Desenvolvimento de novas técnicas de caracterização ótica não linear e estudos de novos materiais

Abstract

Nesta tese reportamos caracterizações de propriedades óticas lineares, não lineares e termo-óticas de diversas amostras por técnicas convencionais de caraterização lineares, não lineares e também apresentamos duas novas técnicas experimentais inéditas de caracterização ótica não linear. Apresentamos aspectos básicos da ótica não linear e efeitos térmicos pertinentes para o entendimento do trabalho. Podemos agrupar os desenvolvimentos apontados em dois grupos principais. No primeiro grupo estudamos propriedades de líquidos através de técnicas convencionais não lineares. Trabalhamos na caracterização termo-ótica de suspensões coloidais de nanopartículas de carbono e estudamos propriedades óticas não lineares e termo-óticas de diversos líquidos iônicos pelas técnicas de varredura Z. Também, investigamos as dinâmicas moleculares de líquidos dihalometanos, por espectroscopia de efeito Kerr ótico resolvido no tempo. Na análise pela primeira técnica, apresentamos um procedimento de atenuação de ruído e desvios sistemáticos que foi fundamental naquelas medidas e é de grande beneficio em tais análises. Propomos duas novas técnicas de caracterização de propriedades não lineares no segundo grupo dos desenvolvimentos abordados nesta tese. A primeira técnica apresentada é uma variação da técnica de varredura I. Introduzimos a detecção do sinal com a utilização de um disco como filtro espacial, técnica de varredura I eclipse, o que acarreta em um ganho significativo de sensibilidade quando comparada com à tradicional e é capaz de caracterizar propriedades não lineares com vantagens experimentais em relação as técnicas convencionais. A segunda técnica visa o entendimento da dinâmica molecular existente em interfaces. Apresentamos a espectroscopia de efeito Kerr ótico superficial resolvida no tempo capaz de analisar respostas moleculares através da birrefringência induzida em uma interface. Os trabalhos reportados aqui auxiliam no desenvolvimento do conhecimento para o uso em aplicações tecnológicas das distintas amostras apresentadas. Além disso, o procedimento de atenuação de ruído discutido e as novas técnicas exibidas podem estudar amostras e determinar propriedades que até então eram limitadas ou incompletas, ampliando as possibilidades do emprego de novos materiais em diversos propósitos.

In this thesis, we defined linear, nonlinear and thermo-optical properties of several samples by linear and nonlinear characterization techniques, and we also present two new experimental methods of nonlinear optical characterization. We introduce fundamental aspects of nonlinear optics and relevant thermal effects for the understanding of the work. We can group the developments pointed out in two main groups. In the first group, we worked on the thermo-optical characterization of colloidal suspensions of carbon nanoparticles, the study of nonlinear and thermo-optical optical properties of several ionic liquids, using the Z-scan and EZ-scan techniques; and investigated of the molecular dynamics of dihalomethane liquids, via timeresolved optical Kerr effect spectroscopy. In the analysis by the first technique, we presented a procedure for noise and systematic deviations attenuation that was fundamental in those measures, and it is of great benefit in such analyses. We proposed two new techniques of nonlinear characterization in the second group of developments associated with this thesis. The first technique presented was a variation of the I-scan method. We introduced signal detection with the use of a disk as a spatial filter, the eclipse I-scan technique, which led a significant gain in sensitivity when compared to the traditional ones and it could characterize nonlinear optical properties with practical advantages over conventional ones. The second technique aims to understand the molecular dynamics existing in interfaces. We presented the superficial time-resolved optical Kerr effect spectroscopy capable of analysing molecular responses through induced birefringence at an interface. The reported works assist in the development of knowledge with a focus on technological applications of the different samples treated here. Besides, the noise attenuation procedure discussed and the new proposed techniques can study samples and determine properties that until then were limited or incomplete, increasing the possibilities of new materials uses.