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Dissertação de Mestrado
DOI
10.11606/D.76.2012.tde-20042012-172609
Documento
Autor
Nome completo
Émerson Cristiano Barbano
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Carlos, 2012
Orientador
Banca examinadora
Misoguti, Lino (Presidente)
Catunda, Tomaz
Cruz, Flávio Caldas da
Título em português
Técnica de varredura-Z com pulsos de femtossegundo e geração de terceiro harmônico
Palavras-chave em português
Geração de terceiro harmônico
Óptica não linear
Pulsos ultracurtos
Técnica de varredura-Z
Resumo em português
Neste trabalho fizemos um estudo da geração de terceiro harmônico (GTH) usando pulsos de femtossegundos (fs). A GTH é uma importante técnica que permite estudar propriedades ópticas não lineares de terceira ordem de materiais. Estudamos a GTH aplicando as técnicas de franjas de Maker e a de varredura-Z em diferentes materiais levando em conta as contribuições de suas interfaces. A técnica de franjas de Maker com GTH permite a determinação de propriedades ópticas lineares e não lineares de volume, mas não de interface, portanto, a técnica de varredura-Z na condição de focalização forte foi implementada para estudar a influência da interface na GTH. Estudamos diversos vidros ópticos (sílica, K10, SK11, LLF1 e LLF6) e também diferentes soluções (acetona, clorofórmio, DMSO e tolueno) em uma cubeta. Em termos de número de interfaces, usando uma lâmina de vidro temos duas, no caso de um sanduíche de dois vidros temos três (entrada, meio e saída) e temos quatro interfaces para a cubeta. Observamos que elas contribuem tanto nas intensidades quanto nos espectros dos terceiros harmônicos (TH) gerados. Dependendo do tipo de interface e do sentido de propagação, tanto a intensidade quanto o espectro do TH são diferentes. Observamos que a reflexão de Fresnel atua significativamente nas diferenças de intensidades da GTH nas interfaces entre dois meios com índices de refração lineares diferentes. Uma interferência construtiva ocorre quando o feixe de laser propaga de um material com índice de refração mais alto para outro com índice mais baixo, aumentando a intensidade do laser e, consequentemente, gerando mais TH. Uma interferência destrutiva ocorre numa propagação oposta. Outro efeito interessante observado foi que, além da magnitude da não linearidade do meio, existem as contribuições da propagação e da modulação de fase cruzada no alargamento espectral do TH. Dessa forma, o alargamento espectral depende da não linearidade do meio e também do sentido de propagação no caso de interfaces. Em resumo, esse estudo nos levou a uma melhor compreensão dos fenômenos não lineares de GTH nas interfaces, e também possibilitou o surgimento de um novo método que pode ser usado para a determinação da susceptibilidade de terceira ordem de materiais.
Título em inglês
Z-scan tecnique with femtosecond pulse and third-harmonic generation
Palavras-chave em inglês
Nonlinear optics
Third-harmonic generation
Ultrashort pulses
Z-scan technique
Resumo em inglês
In this work we did a study of the third-harmonic generation (THG) using femtosecond pulses. The THG is an important technique which allows studying thirdorder nonlinear optical properties of materials. We studied the THG by the Maker fringes and the Z-scan techniques in different materials taking into account their interfaces contributions. The Maker fringes technique with THG allows the determination of the bulk linear and the nonlinear properties, but not of the interface. Therefore, the Z-scan technique in the tight focused condition was implemented to study the interface influences on the THG. We studied several optical glasses (silica, K10, SK11, LLF1 and LLF6) and different solutions (acetone, chloroform, DMSO and toluene) in a cuvette. In term of numbers of interfaces, using a glass slab we have two, in the case of two sandwiched optical glasses we have three (input, middle and output) and for the cuvette we have four interfaces. We have observed that they play an important role on the third-harmonic (TH) intensities and spectra. Depending of the interface type and propagation direction, the TH intensity and spectrum are different. We have observed that the Fresnel reflection has a significant effect on the THG intensity differences between two media with different linear refractive indices. A constructive interference occurs when the laser beam propagates from one material with higher refractive index to one with lower refractive index, increasing the laser intensity and, consequently generating more TH. A destructive interference occurs in the opposite propagation case. Another important effect observed was that, beside the materials nonlinearity magnitude, there are propagation and cross-phase modulation contributions to the TH spectrum broadening. In this way, the spectrum broadening depends on the materials nonlinear properties and the propagation direction on the case of interfaces. In summary, this study leads to a better understanding of the TH nonlinear phenomena, and also, has allowed one new method for third-order nonlinear susceptibility determination.
 
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Data de Publicação
2012-04-24
 
AVISO: O material descrito abaixo refere-se a trabalhos decorrentes desta tese ou dissertação. O conteúdo desses trabalhos é de inteira responsabilidade do autor da tese ou dissertação.
  • BONI, Leonardo de, et al. Femtosecond third-order nonlinear spectra of lead-germanium oxide glasses containing silver nanoparticles. Optics Express, 2012, vol. 20, p. 6844-6850.
  • BARBANO, E. C., et al. Broadband third-harmonic generation on interfaces using femtosecond pulses. In Photonics West 2011, San Francisco, 2011. Proceding of the Photonics West 2011., 2011. Resumo.
  • BARBANO, E. C., et al. Study of broadband femtosecond third harmonic generation in organic solvent-fused silica interfaces. In Frontiers in Optics 2012, Rochester, 2012. Resumos do Frontiers in Óptics., 2012. Resumo.
  • BARBANO, EC, et al. Study of third-harmonic generation using Z-scan technique. In XXXIV Encontro Nacional de Física da Matéria Condensada, Foz do Iguaçu, 2011. Resumos do XXXIV ENFMC., 2011. Resumo.
  • Barbano, EC, et al. Third-harmonic generation on different interfaces using broadband femtosecond pulses. In XXXIV Encontro Nacional de Física da Matéria Condensada., Foz do Iguaçu, 2011. Resumos da XXXIV ENFMC., 2011. Resumo.
  • Barbano, EC, et al. Third-order nonlinearity determination by third-harmonic generation at interfaces using the intensity and spectra profiles. In XXXV Encontro Nacional de Física da Matéria Condensada, Águas de Lindóia, 2012. Resumos da XXXV ENFMC., 2012. Resumo.
  • Barbano, EC, e MISOGUTI, L. Study of optical third-harmonic generation at interfaces using ultrashort pulses. In XIII Escola de Verão Jorje André Swieca de Óptica Quântica e Óptica Não Linear., São Carlos, 2012. Resumos da XIII Escola de Verão Jorge André Swieca de Óptica Quântica e Óptica Não Linear.., 2012. Resumo.
  • Barbano, EC, MISOGUTI, L., e ZILIO, S C. Geração de terceiro harmônico em vidros com pulsos ultra-curtos. In III Escola Avançada de Óptica e Fotônica, São Carlos, 2010. Resumos da III EAOF., 2010. Resumo.
  • Barbano, EC, MISOGUTI, L., e ZILIO, S C. Third-harmonic generation in optical glasses with ultrashort pulses. In XXXIII Encontro Nacional de Física da Matéria Condensada, Águas de Lindóia, 2010. XXXIII Encontro Nacional de Física da Matéria Condensada., 2010. Resumo.
  • BARBANO, E. C., ZILIO, S. C., and MISOGUTI, L. Ultraviolet third-harmonic femtosecond Maker fringes technique. In Latin America Optics & Photonics 2012, São Sebastião, 2012. Latin America Optics & Photonics 2012., 2012.
  • BONI, Leonardo de, et al. Investigation of the nonlinear absorption and refraction spectra of lead-germanium oxide glasses containing silver nanoparticles. In XI Brazilian MRS Meeting, Florianópolis, 2012. XI Brazilian MRS Meeting., 2012. Resumo.
  • BONI, Leonardo de, et al. Third-order nonlinear spectra of lead-germanium oxide glasses containing silver nanoparticles. In XXXV Encontro Nacional de Física da Matéria Condensada, Águas de Lindóia, 2012. Resumos da XXXV ENFMC., 2012. Resumo.
  • SANTOS, FA, et al. Third-order optical nonlinearity of lithium tellurite glasses measured by Z-scan. In XXXIV Encontro Nacional de Física da Matéria Condensada, 2011. Resumos da XXXIV ENFMC., 2011. Resumo.
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