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PROPIEDADES ÓPTICAS NO LINEALES DE TERCER ORDEN EN UNA NUEVA FAMILIA DE VIDRIOS DE TELURIO MEDIANTE LA TÉCNICA Z-SCAN
Full text link"Esta tesis se organiza de la siguiente manera: En el capítulo 1 se muestra una breve introducción a los conceptos de óptica no lineal, centrándose en los procesos no lineales de tercer orden, particularmente en el índice de refracción no lineal y el coeficiente de absorción no lineal, el desglose y comprensión de las expresiones matemáticas que definen a ambos coeficientes no lineales, nos permitirá comprender a detalle los fenómenos involucrados en el estudio.
En el capítulo 2 se hace una breve descripción de los vidrios de telurio, sus principales características y su modo de preparación. Medir las propiedades ópticas no lineales en estas muestras es el objetivo principal del trabajo. La descripción de la técnica experimental llamada Z-scan, arreglo con el que se desarrollan las mediciones en este trabajo, se elaboran en el capítulo 3.
El capítulo 4 muestra los resultados obtenidos y su análisis correspondiente. La tendencia en los resultados, las propiedades más importantes de la familia de vidrio en estudio y las perspectivas del trabajo a futuro se presentan en el capítulo 5.
ESTUDIO DE DIFRACCIÓN NO LINEAL DE GENERACIÓN DE SEGUNDO ARMÓNICO EN REJILLAS GRABADAS EN PIGMENTOS ORGÁNICOS
Full text link"En este trabajo se estudia la respuesta óptica no lineal de Generación de Segundo Armónico (GSA) difractado en muestras con películas delgadas de moléculas orgánicas grabadas como rejillas de difracción por medio de un microscopio multifotónico. Se emplean una serie de parámetros que son importantes considerar para obtener una buena eficiencia en la respuesta del segundo armónico difractado: El tipo de molécula adherida a la superficie de la muestra, el material y las condiciones de limpieza del sustrato, el proceso de adherencia y de las características físicas de las rejillas (abertura y separación entre ellas). La Rodamina 6G y el Cristal Violeta son los compuestos órganicos que se utilizan como adsorbatos, con concentraciones de 5×10−4, durante el proceso del depósito de la monocapa en los sustratos. La monocapa debe ser homogénea y libre de contaminantes, es decir, las muestras se exponen a un proceso de limpieza previo al depósito y la homogeneidad se obtiene por el método de recubrimiento por inmersión. Enseguida se graban las rejillas sobre la superficie del sustrato que producirán el efecto de difracción que se desea estudiar. Se implementa un arreglo experimental apropiado para permitir que la difracción ocurra y que la señal óptica no lineal de segundo armónico pueda ser detectada y medida. Para ello, debe considerarse el cambio de la cintura de un haz Gaussiano, debido a una lente convergente, la distancia de la muestra al detector y parámetros como la impedancia y el nivel de disparo (triguereo) que proviene del láser con tal de obtener una señal lo más limpia posible de ruido externo y así evitar que afecte la visibilidad de la medición. En los resultados se puede apreciar que los primeros órdenes son producidos a distancias muy cercanas a la previstas por la teoría, independientemente del compuesto orgánico que se tratase. Aunque para Cristal Violeta, la razón entre el pico central y los primeros órdenes es mayor que para los de Rodamina 6G, como era de esperarse.
OPTICAL NONLINEAR SPECTROSCOPY OF GOLD AND SILICON NANOPARTICLES
Full text link"The primary focus of this thesis is the characterization of gold and silicon nanoparticles using second-order nonlinear optical spectroscopy. Nonlinear optical measurements are non-invasive and can provide information about surface and interface regions of materials. Nanoparticles have a very high surface to volume ratio, and second-order nonlinear optical phenomena are often produced from surface contributions, making them ideal methods for characterizing these nanostructures.
The two methods featured in this work are second harmonic generation (SHG) and sum frequency generation (SFG) using the two beam, cross-polarized SHG/ SFG (XP2SHG/SFG) technique. Optical characterization of nanoparticles and interfaces is currently a relevant topic in solid state and nano-scale physics. A non-destructive method for characterizing nano-materials is highly desirable and the XP2SHG/SFG technique is still relatively new for these types of materials.
ESPECTROSCOPÍA DE SEGUNDO ARMÓNICO POR REFLEXIÓN EN SILICIO ESTRESADO
Full text link"En esta tesis se presenta el diseño y elaboración de un sistema óptico típico capaz de realizar espectroscopia de la generación de segundo armónico por reflexión considerando su anisotropía rotacional, en un amplio rango de longitudes de onda. Por medio de dicho sistema se obtuvo la respuesta de una muestra de Silicio estresado con orientación cristalina (001) y ángulo ’miscut’ de 5 grados hacia (110) con longitudes de onda en el rango de 700-790 nm, en la combinación de polarización Sin Pout a un ángulo de incidencia de 45 grados, se observó una resonancia típica del Silicio que confirma la funcionalidad del sistema óptico y la sugerencia de una dependencia por parte del estrés en las mediciones.
CRECIMIENTO DE MONOCRISTALES ORGÁNICOS Y METAL-ORGÁNICOS POR EL MÉTODO DE EVAPORACIÓN LENTA Y EL ESTUDIO DE SUS PROPIEDADES ÓPTICAS LINEALES Y NO LINEALES
Full text link"La óptica no lineal es la parte de la óptica que se encarga de estudiar la interacción de la materia con luz de alta intensidad y los fenómenos que se generan por esta interacción. Esta rama ha ganado interés debido a la gran variedad de aplicaciones que tiene. Por lo cual, hay una búsqueda continua de nuevos materiales con propiedades ópticas no lineales. Los cristales orgánicos y metal-orgánicos son materiales que potencialmente pueden presentar alta respuesta óptica no lineal. Para la obtención de estos cristales existen diferentes métodos de crecimiento cristalino, entre los que destacan los métodos que se llevan a cabo en solución a baja temperatura, como la evaporación lenta. Las ventajas de este método son que es fácil de realizar y que no utiliza equipo muy costoso.
En el presente trabajo se crecieron monocristales orgánicos de 4-nitrofenol:urea y 4- cianofenol, y monocristales metal-orgánicos de un compuesto de coordinación de cobre con urea por el método de evaporación lenta. La estructura de los cristales obtenidos se determinó mediante difracción de rayos X de monocristal. Estos cristales también se caracterizaron mediante espectroscopía UV-Visible, fotoluminiscencia y espectroscopía infrarroja para determinar sus propiedades ópticas lineales. La determinación de la estructura de los cristales permitió realizar un estudio del empaquetamiento molecular e identificación de las principales interacciones intermoleculares, además de las posibles estructuras de resonancia en el cristal. Después, se investigó la correlación entre la estructura (considerando las interacciones intermoleculares y el empaquetamiento molecular) con las propiedades ópticas y vibracionales de los cristales. El tercer objetivo de la presente tesis era realizar la caracterización de las propiedades ópticas no lineales de segundo y tercer orden de los cristales crecidos. Para tal fin se montaron las técnicas de generación de segundo armónico (SHG) para medir no linealidades de segundo orden, y fluorescencia por excitación de dos fotones (TPEF) y Z-scan para no linealidades de tercer orden. Finalmente, se realizaron pruebas preliminares de dichos dispositivos y se hicieron mediciones con muestras de referencia. Debido a la contingencia sanitaria, no fue posible realizar las mediciones en los cristales.
IMPLEMENTACIÓN DE LA TÉCNICA DE MEDICIÓN DE PULSOS ULTRA-CORTOS: SHG-FROG (SECOND HARMONIC GENERATION FREQUENCY RESOLVED OPTICAL GATING)
Full text link"FROG (Frequency Resolved Optical Gating) es una familia de técnicas que permiten la caracterización completa (amplitud y fase) de pulsos ultra-cortos. Su implementación se basa en mezclar dos copias del pulso a medir en un medio no lineal y adquirir una traza FROG o espectrograma (espectros de la señal como función del retraso temporal entre los dos pulsos). La extracción de la amplitud y fase del campo eléctrico a partir de la traza experimental se lleva a cabo con un algoritmo computacional. En esta tesis se reporta la implementación de la técnica SHG-FROG, la cual hace uso de la generación de segundo armónico (SHG, por sus siglas en inglés) como la no linealidad. Se discutirán algunas de las ventajas y limitaciones de la técnica. La extracción de la amplitud y fase a partir de trazas simuladas y de una traza experimental se llevaron a cabo utilizando dos algoritmos: el algoritmo básico y el algoritmo PCGP (Principal Component Generalized Projections). Se implementó también un espectrómetro basado en una webcam, lo que constituye una opción de bajo costo para la caracterización de pulsos ultra-cortos.
SÍNTESIS Y CARACTERIZACIÓN DEL ÍNDICE DE REFRACCIÓN NO LINEAL Y COEFICIENTE DE ABSORCIÓN NO LINEAL EN PUNTOS CUÁNTICOS DE ZNO
Full text link"En la actualidad se tiene un gran interés en las propiedades ópticas no lineales de los materiales debido a que gracias a éstas se prevén grandes avances tecnológicos, ejemplo de ello resulta ser la creación de interruptores ópticos, guías de onda, almacenamiento de información en zonas cada vez más pequeñas de los materiales, e incluso se vislumbra la posibilidad de sustituir los actuales dispositivos electrónicos por dispositivos ópticos. En particular un par de nolinealidades que juegan un rol clave en el desarrollo y entendimiento de estos avances son el índice de refracción y coeficiente de absorción nolineal de los materiales, ya que son responsables de manera directa o indirecta de fenómenos como, el efecto Kerr y el efecto Pockels entre otros. Existen varias formas de medir estas propiedades no lineales como lo es la técnica de barrido en z, mezcla de cuatro ondas, etc.
Los materiales que presentan propiedades no lineales de esta clase son aquellos en donde se presentan cambios a nivel molecular o incluso atómico a causa de la interacción con la luz, como es el caso de los nanomateriales que en general exhiben propiedades y comportamientos diferentes a los observados en materiales en bulto, ya que las partículas que tienen un menor tamaño tienen propiedades químicas y físicas que dependen del tamaño. Un material que tenga organización a escala nanométrica de gran interés es el oxído de Zinc (ZnO) ya que es un semiconductor con una banda de energía prohibida de 3.3eV a temperatura ambiente, y en los últimos años los semiconductores con una brecha electrónica grande han sido objeto de extensos estudios, debido al creciente interés en el desarrollo de nuevos materiales no lineales con potenciales aplicaciones en el campo de la óptica integrada. La estructura nanométrica que se eligió para trabajar en esta tesis fue puntos cuánticos, esto debido a sus propiedades ópticas. Por ejemplo, al ser iluminados estos re-emiten la luz en una longitud de onda específica y esta depende del tamaño del punto cuántico.
STUDY OF THE DYNAMICS OF EXCITED SPECIES IN ORGANIC SEMICONDUCTORS IMPLEMENTED IN SOLAR CELLS AND LASERS
Full text link"Recientemente se han desarrollado nuevos materiales orgánicos para ser empleados como dispositivos fotovoltaicos y sistemas láser. Para optimizar el funcionamiento de estos dispositivos es necesario tener un conocimiento detallado de los procesos que determinan su eficiencia como lo son: fotogeneración y transporte de cargas, dinámica de especies excitadas, luminiscencia, emisión estimulada y ganancia óptica. En el presente trabajo se estudiaron las propiedades fotofísicas de nuevos polímeros con propiedades fotovoltaicas, luminiscentes y con ganancia óptica mediante la técnica de Absorción Transitoria. Los resultados muestran para las celdas solares que la presencia de una molécula derivada de Boro (M1) es capaz de incrementar el tiempo de vida de las especies excitadas una vez que evita el tránsito por la banda polarónica del material donador de electrones. Por su parte, para el polímero fluorescente se obtuvieron parámetros favorablemente comparables con rodamina 6G posicionándolo como un candidato potencial para aplicaciones en estado sólido"
Photophysical Study of Polymer-Based Solar Cells with an Organo-Boron Molecule in the Active Layer
Full text linkOur group previously reported the synthesis of four polythiophene derivatives (P1–P4) used for solar cells. The cells were prepared under room conditions by spin coating, leading to low efficiencies. However, after the addition of 6-nitro-3-(E)-3-(4-dimethylaminophenyl)allylidene)-2,3-dihydrobenzo[d]-[1,3,2] oxazaborole (M1) to their active layers, the efficiencies of the cells showed approximately a two-fold improvement. In this paper, we study this enhancement mechanism by performing ultrafast transient absorption (TA) experiments on the active layer of the different cells. Our samples consisted of thin films of a mixture of PC61BM with the polythiophenes derivatives P1–P4. We prepared two versions of each sample, one including the molecule M1 and another without it. The TA data suggests that the efficiency improvement after addition of M1 is due not only to an extended absorption spectrum towards the infrared region causing a larger population of excitons but also to the possible c
Optimizing the Fluorescent Yield in Two-Photon Laser Scanning Microscopy with Dispersion Compensation
Full text linkA challenge for nonlinear imaging in living tissue is to maximize the total fluorescent yield from each fluorophore. We investigated the emission rates of three fluorophores—rhodamine B, a red fluorescent protein, and CdSe quantum dots—while manipulating the phase of the laser excitation pulse at the focus. In all cases a transform-limited pulse maximized the total yield to insure the highest signal-to-noise ratio. Further, we find evidence of fluorescence antibleaching in quantum dot sample
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