Óptica não linear em vidros especiais e filmes com nanoestruturas

Abstract

Nesta trabalho foi estudado as propriedades ópticas não-lineares de vidros especiais e filmes finos dopados com nanopartículas usando diferentes técnicas ópticas não-lineares. A Varredura Z com Eclipse com controle de efeitos térmicos é a principal técnica empregada, possibilitando a distinção dos efeitos térmicos e eletrônicos nas propriedades ópticas não-lineares de terceira ordem. Além disso, outras técnicas experimentais ópticas tais como chaveamento kerr e franjas de maker foram usadas para auxiliar na discussão e estudo dos materiais apresentados neste trabalho. Vidros de Telúrio (TeO2 −ZnO−Na2O) codopados com diferentes composições foram caracterizados utilizando um laser que emite pulsos de 150 fs e 800 nm de comprimento de onda. Valores do índice de refração não-linear, n2, da ordem de 10−15 cm2/W foram medi- dos e coeficientes de absorção não-linear, α2, menor que 0.1 cm/GW foram estimados. Além disso, foi observado tempos de resposta óptico não-linear ultra-rápidos menores que 200 fs e excelentes propriedades mecânicas. Vidros do tipo tungstato-bismutofosfato (com a com- posição NaPO3−WO3−Bi2O3) também foram caracterizados com um laser de fentosegundos em 800nm com valores de n2 da ordem (8-15)×10−16 cm2/W. Indicadores de mérito foram calculados e os resultados mostram que estes vidros especiais têm potencialidades para o uso de dispositivos fotônicos. A técnica de a Polarização Eletrotérmica é também apresentada, a qual é capaz de realizar uma quebra de simetria num material centrosimétrico. Quando o material é submetido a este processo é observado a presença de uma camada com deficiência de íons positivos capaz gerar uma susceptibilidade de segunda ordem, que permite pensar em aplicações de chaveamentos totalmente óptico por meio do campo elétrico. Submetemos vidros com a composição 23K2O 27Nb2O5 50SiO2 a este processo de polarização, e então encontramos valores de d33 = 3.9pm/V(coeficiente não-linear óptico) e LNL = 8.0 μm(espessura não-linear) por meio da técnica de Franjas de Maker, mostrando que é possível observar geração de segundo har- mônico no material centrosimétrico. Por meio do mapeamento micro-Raman confocal obser- vamos as modificações estruturais devido ao processo de polarização na amostra. Finalmente são reportados experimentos sobre filmes finos dopados com nanopartículas, as quais contribuem no incremento das propriedades ópticas devido a efeito de ressonância de plasmon superficial. Foram estudados filmes de óxido de chumbo-germanato contendo nanopartículas de cobre (Cu) e óxido de cobre (Cu2O) e filmes finos de nanopartículas de prata (Ag) depositados em substratos de Sílica e Pirex, ambos depositados por sputtering de RF. Observamos altas não-linearidades ópticas com valores de n2 maiores por três ordens grandeza em comparação com o CS2 (Dissulfeto de Carbono) que apresenta alta não-linearidade. Ob- servamos melhoria nos indicadores de mérito, outro fator importante no desenvolvimento de aplicações em materiais fotônicos