Propriedades não-lineares de nanocompósitos e vidros especiais

Abstract

Neste trabalho foi estudada a resposta não linear de vidros especiais e de sistemas nanoestruturados, como colóides e vitrocerâmicas contendo nanopartículas. A motivação para esta pesquisa advém do grande potencial de aplicabilidade dos materiais estudados na Fotônica. Por exemplo, materiais vítreos com alta não linearidade, que possuam uma rápida resposta não linear e que possam ser usados na óptica integrada, constituem uma classe de materiais de alto interesse tecnológico como possíveis candidatos a chaves lógicas totalmente ópticas. Quanto aos materiais nanoestruturados, suas propriedades podem ser controladas a partir de parâmetros préestabelecidos como o tamanho e a fração volumétrica das nanopartículas, e este controle os torna promissores para aplicações nas mais diversas áreas da Nanofotônica. Considerando isto, foi realizado um estudo sistemático das propriedades ópticas não lineares de vidros antimonetos e tungstatos-fluorofosfatos, e de dois tipos de compósitos: uma vitrocerâmica com nanocristais de NaNbO3 e sistemas coloidais com nanopartículas de prata. Foram estudados os comportamentos não lineares refrativos e absorsivos dos materiais, em função do comprimento de onda e da duração dos pulsos dos lasers de excitação, da composição vítrea dos sistemas e da concentração de nanopartículas. Técnicas experimentais, tais como excitação-e-prova, chave Kerr, varredura Z e limitação óptica, foram empregadas. A dependência da resposta não linear com parâmetros intrínsecos dos materiais foi interpretada, a partir de princípios básicos que definem o comportamento eletromagnético dos sistemas. Modelos teóricos apropriados foram aplicados aos resultados experimentais. Os principais resultados deste trabalho foram: · a caracterização não linear de vidros antimonetos e vidros tungstatos-fluorofosfatos para aplicações como chaveadores ópticos ultrarápidos e limitadores ópticos, respectivamente; · o estudo detalhado da resposta não linear de uma vitrocerâmica contendo nanocristais de niobato de sódio em função da fração volumétrica dos nanocristais; · a identificação de contribuições de alta ordem na susceptibilidade não linear de suspensões de nanopartículas de prata em sistema aquoso; · a observação, em colóide de prata com CS2, do cancelamento da refração e da absorção não linear devido a mecanismos de competição entre as susceptibilidades não lineares da nanopartícula de prata e do próprio CS2