Determination of Some Optical Properties of Water-Dispersed Semiconductor Nano Structures with Using Wavefront Sensor

همین بآ رد لولحم یاهراتخاسونان یکیتپا یاهرتماراپ یخرب نییعت هب اناسر

ههبج رگسح کمک جوم

یلاذ هیقر هرک

3بان

1و

یریما یرپ ،* و3

یفجن دیشرف ،2 3داژن

1و

نایزیزع راشای ، قردنلاک

و3

یدحا ناسحا ،1

یقلاخا

4

ناریا ،لیبدرا ،یلیبدرا ققحم هاگشناد ،مولع هدکشناد ،کیزیف هورگ

1

یروانف هدکشناد ،یسدنهم مولع هورگ ناریا ،لیبدرا ،یلیبدرا ققحم هاگشناد ،نیون یاه

2

یروانف هدکشناد ،یسدنهم مولع هورگ یروانف هاگشناد ،نیون یاه

ناریا ،لیبدرا ،نیمن ،نلابس نیون یاه

3

ناریا ،ناجنز ،ناجنز یلیمکت تلایصحت هاگشناد ،کیزیف هدکشناد

4

هدیکچ

صاوخ زا یکی : ههبج لکش رون

ههبج موهفم نایب هب ادتبا قیقحت نیا رد .تسا رون جوم ههبج یاهرگسح یخرب فیصوت و جوم

اب سپس و هتخادرپ جوم

هلمجدنچ زا هدافتسا ههبج رد لصاح یهاریبا عاونا هکینرز یا

یم صیخشت ار جوم ههبج لکش راب نیلوا یارب قیقحت نیا رد .میهد

تارذونان زا یروبع رون جوم لولحم

همین بآ رد هدومن قیقحت رون جوم ههبج لکش یور رب ار نیگنس تارذونان بوسر و تارذونان تظلغ رثا و هدرک یسررب ار اناسر

یم ناشن شیامزآ جیاتن .میا هک دهد

همین بآ رد لولحم تارذ ونان تظلغ اناسر

.دراد ریثأت رون جوم ههبج رد هدش داجیا یهاریبا رد

هژاو دیلک

ههبج ؛یهاریبا: .هکینرز بیارض ؛نمتراه رگسح ؛جوم

Determination of Some Optical Properties of Water-Dispersed Semiconductor Nano Structures with Using Wavefront Sensor

Roghayeh Zali-Karehnab^1,2, Pari Amiri^2,3, Farshid Najafi Nezhad^1,2, Yashar Azizian-Kalandaragh^1,2, Ehsan Ahadi-Akhlaghi⁴

1Department of Physics, University of Mohaghegh Ardabili, P.O. Box 179, Ardabil, Iran

2Department of Engineering Sciences, Sabalan University of Advanced Technologies (SUAT), Namin, Iran

3Department of Advanced Technologies, University of Mohaghegh Ardabili, Namin, Iran

4Department of Physics, Institute for Advanced Studies in Basic Sciences, PO Box 45195-1159, Zanjan, Iran

Abstract- One of the light's features is the shape of wavefront. In this research, we describe the wavefront concept and some wavefront sensors and then by using Zernike polynomials, determine types of the aberrations that occur on the wavefront. The transmitted wavefront shape of the semiconductor water-soluble nanoparticles and the effect of nanoparticle concentration and deposition of heavy ones on the shape of wavefront have been investigated for the first time in this research. The results show that the concentration of semiconductor water-soluble nanoparticles affects the wavefront aberration.

Keywords: Aberration; Hartmann sensor; Wavefront; Zernike coefficients.

- 1 همدقم

ههبج زا جوم یسدع یهاریبا یسررب رد یجنس یکشزپ مشچ رد ًاصوصخم اه

] 1

، [ یموجن ریواصت دوبهب و موجن ]

2

، [ ت کیتپا یقیبط ] 3 و[

یوج یرزیل تاطابترا ]

4 یم ناشن هنیمز نیا رد تاقیقحت هچخیرات یسررب .تسا هدش هدافتسا[ دهد

نیا دوجو اب ههبج هک

وم ج یدایز دربراک یجنس

یم دناوت کیتپا ملع رد دشاب هتشاد

لو .تسا هتفرگ تروص شهوژپ و قیقحت هنیمز نیا رد دودحم تروص هب نونکات ی

ا یروبع رون هکیراب رد دوجوم تاعلاطا زا هدافتسا اب صاخ یطیحم ز

یم ناوت یگژیو دروم رد ثحب طیحم یاه

ا یسررب و ناونع هب .داد ماجن

یم لاثم فیط اب ناوت یگژیو .دروآ تسدب فلتخم ناگراتس دروم رد یدایز تاعلاطا ناگراتس رون یجنس

زا طیحم فلتخم یاه تارذ تظلغ هلمج

یم طیحم رد دوجوم هچنانچ .دشاب راذگریثأت یروبع رون رب دناوت

وم تارذ ورکیم ریثأت ناققحم ،تاقیقحت زا یرایسب رد رون یور رب ار وج رد دوج

یروبع راب اب تاعلاطا لاقتنا رد هکی

اس رون خ رات هتفای هدومن یسررب ] دنا

5 .[

ههبج رب طیحم ریثأت یم ار نآ زا یروبع رون جوم

ههبج یور یسررب هنوگ نیا هک دومن نایب یهاریبا ساسا رب ناوت م

،جو تروص مک رایسب

یسدع دننام یکیتپا یاهرازبا هطیح رد رتشیب و هتفرگ شهوژپ ،یقیبطت کیتپا یاهرازبا و اه

تسا هتفرگ ماجنا ییاه ]

و1 3 تاقیقحت یسررب اب .[

یم نیشیپ نونکات هک تفایرد ناوت

ههبج تارییغت جوم

لولحم زا یروبع رون اه

ارق هعلاطم دروم ام اذل و تسا هتفرگن ر

نیا رد هدوب نآ رب قیقحت میا

هک تارییغت ههبج جوم لولحم تارذ ونان زا یروبع رون اب ار بآ رد

تظلغ فلتخم یاه هدومن یسررب

و نیب طابترا ز بیارض

و هکینر موهفم یهاریبا

ار یمک تروص هب میهد رارق هعلاطم دروم

.

- 2 ههبج ههبج و جوم جوم

یجنس

ههبج یم راکب جوم راشتنا هوحن نایب یارب جوم نامزمه روط هب جوم هک یطاقن هعومجم یسدنه ناکم هب عقاو رد و دور

نآ هب یم اه و دسر

نآ رد یشاعترا زاف چیه و هدوب ناسکی اه

یم هتفگ جوم ههبج ،درادن دوجو یزاف فلاتخا ههبج .دوش

یم جوم وم تخت تاحفص تروص هب دناوت یزا

تلاح نیا رد هک دشاب راشتنا یاتسار رب دومع و مهاب ههبج یور طاقن مامت یگتفشآ

ب دهاوخ راشتنا یاتسار رد طقف جوم .دو

زا یرگید لکش

ههبج

،جوم ورک جاوما ی تسا

،تروص نیا رد هک ههبج

اه ی جوم هرک تروص هب مه یاه

رود لاح رد همشچ زا هک هدوب زکرم ش

دنتسه ند و

گتفشآ ی

زا کی همشچ لک رد جوم هی

هب تاهج ا رط ا رشتنم ف یم

ددرگ وف رد . ،همشچ زا رترود لصا هرک عاعش شیازفا لیلد هب

ههبج یاه یانحنا ،جوم

ههبج جوم سب رای مک تسا حان رد بلغا و هی

یا م اضف زا دودحم ی

ناوت تروص هب ار اهنآ ههبج

جوم تفرگ رظنرد تخت د لاکشا هتبلا .

یرگی ن زی ارب ی

ههبج جوم یم ناوت تفرگ رظنرد 7]

و [6 .

ههبج یارب یفلتخم یاهرازبا جوم

ههبج یانحنا رگسح هلمج زا دراد دوجو یجنس

1جوم 8] نمتراه رگسح ،[ ]2

2 کیش رگسح ،[ -

نمتراه ]3

2 ،[

وکوف وقاچ هبل نومزآ ]4

[9 نآ زا دروم ود هب هلاقم نیا رد هک ... و .تسا هدش هراشا اه

لاس رد نمتراه ستنارف سناهوی یک شیازفا و یموجن پوکسلت کی رون یاهوترپ یبایدر یارب1900

لیلد هب هک ریوصت تیف وج زا روبع

هنزور هیارآ کی دوب هدش یتارییغت راچد هدافتسا دروم یکیتپا رازبا و نیمز هعومجم لماش هک درک یحارط یا

نزور زا یا ه رگسح زا تباث هلصاف اب اه

یم یارب یرون رازبا نیا زا هدافتسا اب یو .دشاب ب

شلات ،ریواصت دوبه رگسح نیا .دومن یدایز یاه

ههبج یرایسب دربراک یقیبطت کیتپا رد اهدعب ،جوم

.درک ادیپ

1 Curvature sensing

2Hartmann

3Shack-Hartmann

4Foucault knife-edge test

1(لکش کیش رگسح راک زرط زا یکیتامش :) -

هنزور رد هک نمتراه تسا هدش هدافتسا یسدع نآ یاه

6] .[

زا یروبع وترپ رگسح نیا رد ره

هنزور زا کی اه

ور رب ی کی نوتوف رگسح

ًلاومعم(

کی ارآ هی )،CCD یم یزاسراکشآ دوش

. ا اب راک هوحن نی

ا هب رگسح نی

هک تسا تروص یم تبث هیلوا طاقن ناونع هب ار رگسح یور طاقن لحم و هدومن رگسح دراو ار تخت جوم ادتبا

رون سپس ،مییامن

یم رگسح دراو ار یهاریبا یاراد با هبساحم یارب هک تسا یهاریبا هدنهد ناشن هیلوا تلاح هب تبسن رگسح یور طاقن ییاجباج .مینک

ادتبا یهاری

هنزور زا یروبع وترپ بیش ،طاقن ییاجباج یور زا بیش نیا هعومجم ساسا رب و هدروآ تسدب ار اه

لارگتنا شور هب ،اه یم جوم دیلوتزاب و یریگ

ناوت

ههبج لکش د .دومن یزاسزاب ار یدورو جوم

ههد رخاوا ر ،1960

کیش دلانور تلپ نب و5

هعومجم6

ا ی زا یسدع اه ار اب هنزور اب و هدومن نیزگیاج اه

کیش رگسح هب هک دنداد شیازفا ار رگسح تقد راک نیا -

تسا فورعم نمتراه 2]

.[

هاگتسد زا رگید یکی رگسح یهاریبا شجنس یاه

انحنا ی ههبج هیارآ زا نمتراه کیش رگسح هباشم هک تسا جوم سدع زا یا

ی هدش هتخاس اه

هزادنا اب هک نمتراه کیش رگسح فلاخرب یلو ریگ

هباج ی هکل تیعقوم ییاج یم ناشن ار یهاریبا لکش اه

رگسح نیا ،دهد ش

فرط ود رد ار تد

یم یریگ هزادنا ینوناک هحفص اسا رب ،بیترت نیدب .دنک

ههبج یانحنا ،ناکم ود رد یبسن تدش س .تسا هبساحم لباق جوم

- 3 هلمجدنچ و یهاریبا یا

هکینرز یاه

ههبج لکش یم یس دع کی زا یروبع جوم

ناوت ههبج نیب یکیتپا ریس م لوط فارحنا .دش اب هدیچیپ رایس ب د هدیا جوم

و و لآ یهاریبا ار یعقا

یم حرطم یهاریبا ناونع تحت لماک ریوصت زا یفارحنا ره یکیتپا متسیس رد رگید ترابع هب .دنیوگ دوش

7] .[

یهاریبا ،تافارحنا یس ررب و لیلحت یارب هدومن میس قت فلتخم عاونا هب ار اه

دنا فارحنا ،مس یتامگیتس آ ،امک ،یورک یهاریبا :زا دنترابع هک

هکینرز ستیرف . ... و جاجوعا ،نادیم یهاریبا یننضایر فیننصوت یارب فورعم مجنم و سانننشرون نادکیزیف7

هلمجدنچ اه یا

یفرعم ار هکینرز یاه

نآ زا هدافتسا اب هک دومن یم اه

ههبج لکش رییغت ناوت تلاح هب تخت تلاح زا جوم

اه هلمجدنچ نیا طسب ساسا رب ار رگید ی یا

نیا .دومن نایب اه

هلمجدنچ یا هریاد نورد رد یبطق تاننصتخم رد اه یم یطخربج جاحل زا هک دنتننسه راجنهب و دماعتم دحاو یا

نآ ناوت اننضف هیاپ ناونع هب ار اه

ههبج لکش نایب یارب تفرگ رظن رد جوم

6] .[

ههبج فیصوت طق تاصتخم رد هاوخلد جوم

عبات طسوت یب w(r, θ)

یم تروص هلابند طسب تروص هب هک دریگ

هلمجدنچ زا یا یا

یاه هکینرز

یم نایب ریز تروص هب :ددرگ

W(r, θ) = ∑_{n .وm}C_n^mZ_n^m(r, θ) )1(

نآ رد هک Cnm

هلمجدنچ یارب و هدوب طسب بیارض یا

:میراد هکینرز Z_n^m(r, θ) = {NnmRmn(r) cos mθ m ≥ 0

NnmRn−m(r) sin(−mθ) m < 0. )2(

( هطبار رد بیرض ،)2

N_n^m یم تسد هب ریز هطبار زا هک تسا شراجنهب بیرض ، :دیآ

5Roland Shack

6Ben Platt

7 Frits Zernike

N_n^m= √²⁽ⁿ⁺¹⁾

1+δ_{m 0} )3(

و R^m_n(r) = ∑ ^{(−1)l(n−l)!}

l![¹

2(n+m)−l]![¹

2(n−m)−l]!

(n−m)/2

l=0 r^{n−2 l} )4(

هلمجدنچ یا اه ی عاعننش ی نرز هب طوبرم هکی

م ی .دنننشاب ( لودج رد نآ یهاریبا ریباعت و هکینرز لوا هلمج هد ،)1

( لکننش رد و اه رادومن )2

تسا هدش هئارا هکینرز بیارض 6]

.[

2(لکش هلمجدنچ ریوصت :) یا

هکینرز یاه

(لودج یهاریبا عون و هکینرز لوا هلمج هد :)1 6]

[

یهاریبا ناونع یضایر هطبار

دامن

نوتسیپ Z₀⁰ 1

2ρ sinθ تلیت Z1−1

2ρ cosθ پیت Z11

بروم مسیتامگیتسآ

√6ρ² sin2θ Z2−2

ینوناکان

√3(2ρ²− 1) Z20

مسیتامگیتسآ یدومع

√6ρ² cos2θ Z2−2

هس یدومع رپ

√8ρ³ sin3θ Z₃⁻³

یدومع امک

√8(3ρ³− 2 ρ)sinθ Z3−1

یقفا امک

√8(3ρ³− 2 ρ)cosθ Z₃¹

هس بروم رپ

√8ρ³cos3θ Z₃³

(لودج هلمجدنچ :)2 یا

یاه یهاریبا و هکینرز اه

6] [

یهاریبا هطوبرم ترابع

جاجوعا

√(z₁− 2z₆)²+ (z₂− 2z₇)²

یانحنا نادیم 2z₃− 6z₈± √z₄²+ z₅²

یم باختنا ار یتملاع قلطمردق هک مینک

دوش لقادح هزادنا

مسیتامگیتسآ

±2√z₄²+ z₅² نادیم یانحنا هلمج رد تملاع هنیرق

3√z₆²+ z₇² امک 6z₈ یورک

ماجنا تاقیقحت اب یهاریبا هدنهد نانننشن هکینرز تلامج زا ینننصاخ بیکرت هک دنتفایرد ناققحم ،کیتپا رد هدنننش هتفرگ

،امک ،یورک یاه

( لودج رد طباور نیا هک تسا مسیتامگیتسآ و جاجوعا ،نادیم یانحنا تسا هدش نایب )2

6] .[

- 4 شیامزآ حرش

برجت شخب رد ی

ا نی قحت ید تارذونان هیهت زا سپ ،قی مویناتیتدیننسکا

(Ti O₂) ار هدام نیا یبآ لولحم ،توننصارف شور زا هدافتننسا اب

اب

غ تظل ی هت هی دومن ه میا .دنک روبع نآ زا رون هک قباطم هدش صخشم لحم رد نمتراه رگسح نامدیچ رد ،هتخیر فافش فرظ نورد ار لولحم نیا

( لکش اب ههبج سپس و هداد رارق )3

هداد روبع لولحم زا ار تخت جوم .میا

3(لکش هنومن یریگرارق لحم و هدافتسا دروم نمتراه شیامزآ نامدیچ :)

هکینرز بیارض ،نمتراه رگسح زا هدافتسا اب دعب هلحرم رد و هدومن تبث تظلغ نیا رد ار

امزآ تارذ ونان تظلغ شهاک اب ، شی

رارکت ار

هدرک هدومن تبث ار هکینرز بیارض و .میا

ا نی هدش رارکت هلحرم تشه رد دنور هداد رادومن و

( لکش رد هدمآ تسدب یاه طخ .تسا هدش مسر )4

.تسا شیامزآ رارکت لیلد هب رادومن رد اهاطخ

4(لکش تظلغ رد هکینرز بیارض رییغت رادومن :) فلتخم یاه

TiO2

5(لکش نامز رد هکینرز بیارض رییغت رادومن :) تظلغ کی یارب فلتخم یاه

Bi₂O₃

دیس کا تومس یب تارذونان یارب ار هکینرز بیارض دعب هلحرم رد (Bi₂O₃)

نامز رد صاخ تظلغ کی اب ،بآ رد لولحم تبث فلتخم یاه

( لکش رد ار جیاتن و هدرک هدومن مسر )5

.میا

- 5 جیاتن و لیلحت

( لکش رادومن لیلحت یارب ( لودج طباور زا هدافتسا اب )4

یم ،)2 بسحرب ار یهاریبا ریداقم ناوت لکش رادومن و دروآ تسدب هکینرز بیارض

6( دومن مسر ار ) ]

6 .[

6(لکش جنپ ،یورک :هراتس( تظلغ بسحرب یهاریبا رادومن :) )امک :عبرم و مسیتامگیتسآ :ثلثم ،جاجوعا :هریاد ،نادیم یانحنا :یعلض

یم هدید هک روطنامه هدش طیحم زا یروبع رون رد یهاریبا رییغت ثعاب تظلغ رییغت دوش

یم رادومن رد رتشیب تقد اب .تسا هک تفایرد ناوت

یم اذل ،تسا یطخ ًابیرقت یهاریبا جنپ ره رد تظلغ اب یهاریبا راتفر هدهاشم نینچمه .تسا تظلغ زا یشان تارییغت نیا هک تفرگ هجیتن ناوت

یم ود نیا ،تظلغ شهاک اب و دنراد ار تارییغت نیرتشیب نادیم یانحنا و یورک یهاریبا دوش هدش رتشیب یهاریبا عون

یهاریبا ،لباقم رد .دنا یاه

.دنراد یمک رایسب رییغت رگید

7(لکش جنپ ،یورک :هراتس( ینامز ماگ بسحرب یهاریبا رادومن :) )امک :عبرم و مسیتامگیتسآ :ثلثم ،جاجوعا :هریاد ،نادیم یانحنا :یعلض

ار دیسکا تومسیب یبآ لولحم تارذونان هک مود هلحرم رد هداد رارق شیامزآ دروم

نیگنس لیلد هب هدام نیا ،میا نامز تشذگ اب ندوب رت

یم بوسر ( لکش رادومن لیلحت یارب .دنک

( لودج طباور زا هدافتسا اب )5 یم ،)2

هکینرز بیارض بسحرب یهاریبا ریداقم ندروآ تسدب اب ناوت

( لکش رادومن ( لکش رادومن .دومن مسر ار )7

یلبق جیاتن اب زین )7 یم لولحم رد دوجوم تارذ تظلغ نیاربانب ،دراد یناوخمه

یهاریبا یور دناوت اه

یهاریبا هژیو هب .دشاب راذگ ریثأت نادیم یانحنا و یورک یاه

لولحم زا رون روبع زا لصاح یهاریبا ،هدمآ تسدب جیاتن هب هجوت اب همین یبآ یاه

هک تسا تیعقاو نیا هدنهد ناشن ،شیامزآ دروم یاناسر

لغ یهاریبا یور تارذ ونان تظ یم ار تظلغ ریثأت نیرتشیب و هتشاد ریثأت هدمآ دوجو هب یاه

یهاریبا رد ناوت هدهاشم یورک و نادیم یانحنا یاه

.دومن عجارم

[1]. E. M. Daly, Ch. Dainty, "Ophthalmic wavefront measurements using a versatile pyramid sensor", Applied Optics, 2010, Vol 49, No31.

[2]. B. C. Platt; R. Shack, "History and Principles of Shack-Hartmann Wavefront Sensing", Journal of Refractive Surgery, Vol 17, 2001, S573.

[3]. A. Dubra,"Wavefront sensor and wavefront corrector matching in adaptive optics", Optics Express, Vol. 15, Issue 6, 2007, pp. 2762-2769.

[4]. S. Kim, C. Park, H. Kim, "Free space optical communication system based on wavefront sensoreless adaptive optics", Proceedings SPIE-The international society for optical engineering, 2009.

[5]. Y. Li, L. Yu, Y. Zhang, "Influence of anisotropic turbulence on the orbital angular momentum modes of Hermite-Gaussian vortex beam in the ocean", Vol 25, 2017, pp.

12203-12215.

[6]. V. Lakshminarayanan, A. Fleck, "Zernike polynomials: a guide", Journal of Modern Optics, Vol. 58, No. 7, 2011, pp 545–561.

[7]. J. C. WYANT, "Basic Wavefront Aberration Theory for Optical Metrology", APPLIED OPTICS AND OPTICAL ENGINEERING, VOL. 11.

[8]. R. François, "Curvature sensing and compensation: a new concept in adaptive optics

“, Applied Optics, Vol. 27, Issue 7, 1988, pp. 1223-1225.

E. P. Goodwin and J. C. Wyant, "Field Guide to Interferometric Optical Testing", SPIE Press, Bellingham, WA, 2006.