Título
Óptica nolineal y dispositivos fotónicos basados en nanopartículas metálicas embebidas en diferentes medios
Nonlinear optics and photonic devices based on metallic nanoparticles embedded in different media
Autor
HECTOR SANCHEZ ESQUIVEL
Colaborador
RAUL RANGEL ROJO (Asesor de tesis)
Nivel de Acceso
Acceso Abierto
Materias
Resumen o descripción
En este trabajo de tesis, se presenta el estudio de la nolinealidad de tercer orden de materiales nanoestructurados. Los materiales estudiados son nanocubos cóncavos de oro en agua destilada, nanopartículas esféricas de plata embebidas en una matriz de sílice y un arreglo ordenado de nanoprismas de plata depositados en sílice. Para el caso de las nanopartículas de oro, se utiliza la técnica de barrido en z con un láser de femtosegundos para resolver las contribuciones de absorción y refracción nolineal. Las muestras consisten en nanocubos de 30, 45 y 70 nm de lado. Los resultados muestran una contribución de absorción nolineal débil y un índice de refracción nolineal negativo y se determinaron las contribuciones electrónica y térmica a la respuesta obtenida. Para los arreglos de nanoprismas de plata, la respuesta nolineal fue estudiada utilizando de nueva también la técnica de barrido en z con pulsos de femtosegundos y picosegundos. La nanoestructura es un arreglo hexagonal de nanoprismas depositados sobre un sustrato dieléctrico. Se estudió la dependencia de la nolinealidad con la longitud de onda, irradiancia y contribución térmica. Para la absorción nolineal, se observan los efectos de absorción saturable así como inducida para diferentes longitudes de onda e intensidades. Para la parte refractiva, solamente se observa refracción nolineal positiva. La dinámica ultra-rápida de los nanoarreglos es estudiada mediante el uso de las técnicas resueltas en el tiempo de excitación y prueba y compuerta Kerr óptica. La respuesta temporal se encuentra en el orden de los picosegundos y consiste en dos procesos de signos opuestos y con tiempos de respuesta diferentes. Las aplicaciones de los materiales plasmónicos son estudiados mediante la fabricación de guías de onda ópticas. Los métodos de acoplamiento por prisma y luz esparcida son usados para estudiar la propagación lineal de las guías de onda, y los perfiles de los modos de propagación son calculados. Los efectos nolineales en las guías de onda son estudiados al acoplar un haz láser con pulsos de femtosegundos a la guía utilizando un sistema fibra-a-guía. Los efectos observados son absorción nolineal y automodulación de fase.
In this thesis, a study of the third order optical nolinearities of nanostructured materials is presented. The materials studied are gold concave nanocubes in distilled water, spherical silver nanoparticles embedded in a silica matrix, and silver nanoprisms deposited on silica. For the case of the gold nanoparticles, the z-scan technique with a femtosecond laser source is employed to resolve the nonlinear absorption and refraction contributions to the response. The samples consist of 30, 45 and 70 nm side length gold nanocubes. The results show a weak nonlinear absorption contribution, and a negative nonlinear refractive index and the electronic and thermal contributions to the response were determined. For the silver nanoprism arrays, the nonlinear response was studied using also the z-scan technique with femtosecond and picosecond pulses. The nanostructure is a hexagonal array of nanoprisms on embedded in a silica substrate. The dependence of the nonlinearity with wavelength, irradiance and thermal variables are studied. For the nonlinear absorption, a combination of saturable absorption and induced absorption is found at different wavelengths and intensities. On the other hand, only positive nonlinear refraction is observed. The ultrafast dynamics of the nanoarrays are studied using the time resolved techniques excite-probe and optical Kerr gate. The temporal response is found to be in the order of picoseconds and consists of two processes of opposite sign and different response times. Applications of plasmonic materials are studied by fabricating optical waveguides. These waveguides are manufactured using an ion multi-implantation processes. Scattered light imaging and coupling prism methods are used to study the linear propagation properties of the waveguides, and the propagation modes profiles is calculated. The nonlinear effects on the waveguides was studied by coupling a femtosecond laser beam to the waveguides using a fiber-to-guide system. The effects observed are nonlinear absorption and self-phase modulation.
Editor
CICESE
Fecha de publicación
2017
Tipo de publicación
Tesis de doctorado
Recurso de información
Formato
application/pdf
Idioma
Español
Sugerencia de citación
Sánchez Esquivel, H. 2017. Óptica nolineal y dispositivos fotónicos basados en nanopartículas metálicas embebidas en diferentes medios. Tesis de Doctorado en Ciencias. Centro de Investigación Cientíofica y de Educación superoir de Ensenada, Baja California. 123 pp.
Repositorio Orígen
Repositorio Institucional CICESE
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