Não-linearidades de terceira ordem de nanocolóides, filmes finos e vidros fotônicos

Abstract

A duração do pulso de um laser e a intensidade do feixe óptico ao qual um material é submetido são fatores importantes no desenvolvimento de sistemas de chaveamento e limitação óptica. Isso motiva a busca por novos materiais que apresentem alta não-linearidade óptica, a fim de que possam ser usados para aplicações fotônicas. Neste trabalho estudamos a resposta não-linear de materiais nanoestruturados (colóides e filmes contendo nanopartículas e vitrocerâmicas) e vidros especiais face a feixes ópticos suficientemente intensos, com a finalidade de caracterizá-los e explorar seu potencial para as aplicações mencionadas acima. As susceptibilidades de terceira ordem ( (3) c ) de colóides contendo nanopartículas (NPs) de níquel e de colóides contendo NPs de óxido de ferro foram analisadas fazendo uso da técnica de varredura Z (Z-scan) utilizando um laser de Nd: YAG (532 nm). Um índice de refração não-linear, n2 , de até uma ordem de grandeza maior que o do tolueno (material usado como referência) foi medido e um coeficiente de absorção nãolinear, a 2 . de magnitude de até 96 cm/GW foi verificado no caso dos colóides com nanopartículas de níquel. A absorção não-linear (associada ao conceito de limitação óptica) de vitrocerâmicas contendo nanocristais de niobato de sódio foi analisada no visível no regime de nanossegundos. A dependência da refração não-linear e da absorção não-linear (associadas às partes real e imaginária de (3) c respectivamente) com os parâmetros desses materiais (como tamanho das NPs e o fator de preenchimento razão entre o volume das NPs e o volume total do colóide ou da vitrocerâmica) foi interpretada e modelos teóricos foram aplicados aos resultados experimentais. O comportamento não-linear de filmes germanatos contendo NPs de ouro foi analisado através da varredura Z (532 nm) e da técnica da chave Kerr (800 nm) nos regimes de pico e fentosegundos, respectivamente, e um n2 de até quatro ordens de grandeza maior que no dissulfeto de carbono (material usado na calibração experimental) foi obtido. A dinâmica temporal de filmes e vidros contendo óxido de bismuto foi estudada, bem como os índices de refração não-lineares, em 800 nm. No caso dos vidros, um estudo de limitação óptica também foi feito na região do visível (532 nm). Por fim, as propriedades ópticas não-lineares de vidros tungstatos-chumbo-fosfatados e vidros teluritos foram medidas na região do infravermelho próximo e verificou-se que seu tempo de resposta é ultrarrápido (< 100 fs). Indicadores de mérito desses vidros foram calculados, demonstrando que são fortes candidatos para serem usados em chaves totalmente ópticas