Estudo da rotação não linear da polarização elíptica: influência da origem da não linearidade refrativa

Resumo

As não linearidades ópticas de terceira ordem de materiais podem ter origens de diferentes mecanismos físicos, dos quais têm diferentes características como: magnitude, tempo de resposta, signal, etc. Efeitos de origem térmica, por exemplo, tendem a ser grandes, mas muito lentos para aplicações em dispositivos fotônicos. Por outro lado, efeitos eletrônicos não ressonantes são ultra rápidos mas são muito menores que os efeitos térmicos. Na área de caracterização de novos materiais com potencial para aplicação em fotônica, é muito importante descobrir não só a(s) magnitude(s) mas também a(s) origem(s) da(s) não linearidade(s). Portanto, novas técnicas experimentais para um estudo mais completo de propriedades ópticas não lineares são bem vindas. Neste projeto propomos o estudo da refração não linear de terceira ordem usando a técnica tradicional de varredura-z e um novo método de determinação de rotação não linear da polarização elíptica. Como veremos, cada uma dessas técnicas permite obter uma particularidade do efeito não linear e cujos resultados em conjunto permitem determinar com maior precisão a magnitude e a origem da não linearidade. Neste projeto, apresentamos algumas propostas de estudo de efeitos não lineares refrativos em materiais isotrópicos por dois efeitos que eles podem provocar, um é o efeito lente induzido por um feixe laser com perfil espacial gaussiano o outro é o efeito de rotação não linear da polarização elíptica. O primeiro efeito será explorado pela técnica de varredura-z e o segundo por uma nova técnica que estamos propondo nesse projeto. Cada uma dessas técnicas permite a obtenção de uma característica particular da refração não linear. A técnica de varredura-z tradicional já se encontra bastante estabelecida como um método padrão de determinação de não linearidades de materiais, no entanto, ela ainda apresenta algumas limitações como não permitir, em muitos casos, a distinção da origem do sinal e também, por exemplo, efeitos lentos e rápidos podem concomitantemente contribuir para o sinal de varrredura-z. Como sabemos, a técnica de varredura-z é muito utilizada para investigar não linearidades absortivas e refrativas em diferentes tipos de materiais devido a sua simplicidade e precisão, mas existem outras técnicas experimentais importantes que podem fornecer informações adicionais. Diferentes modificações e aperfeiçoamentos na técnica de varredura-z foram introduzidos ao longo dos anos para melhorar a sensibilidade e a precisão no estudo de não linearidades. Já a rotação da polarização ainda foi pouco explorada e pode auxiliar na determinação da magnitude e a origem da não linearidade. Além disso, estudos preliminares mostraram que é possível obter a rotação não linear da polarização elíptica com altíssima precisão com o uso de um amplificador lock-in de duas fases, permitido um ganho significativo na precisão da determinação dos valores de não linearidades.Neste estudo, serão usado laseres comerciais que produzem pulsos de picossegundos (ps) e femtossegundos (fs) para o estudo de vários processos não lineares. Além disso, um amplificador paramétrico óptico que gera pulsos de fs de comprimento de onda sintonizável será usado para o estudo da dependência espectral de processos não lineares. Diferentes materiais com vidros, solventes orgânicos, materiais poliméricos, etc, serão estudados com o intuito de desenvolver e estabelecer uma nova técnica para a medida mais precisa da rotação não linear da polarização. A técnica de varredura-z será utilizada para fins de comparação, uma vez que ela já é bastante conhecida e precisa. Diferentes efeitos não lineares, de diferentes origens e tempo de respostas, também serão explorados. (AU)