Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10889/10650
Title: Μη γραμμική οπτική απόκριση γραφενίου και παραγώγων του
Other Titles: Nonlinear optical response of graphene and graphene derivatives
Authors: Παπαδάκης, Ιωάννης
Keywords: Γραφένιο
Μη γραμμική οπτική
Παράγωγα γραφενίου
Λέιζερ
Keywords (translated): Graphene
Nonlinear optics
Graphene derivatives
Laser
Z-scan
Abstract: Η μη γραμμική οπτική είναι ο κλάδος της οπτικής, όπου στις αλληλεπιδράσεις ακτινοβολίας-ύλης, η ένταση της ακτινοβολίας είναι αρκετά υψηλή, ώστε οι οπτικές ιδιότητες της ύλης να εξαρτώνται όχι μόνο από τις εγγενείς ιδιότητές της και από το μήκος κύματος της προσπίπτουσας ακτινοβολίας, αλλά και από την ένταση της ακτινοβολίας. Υπενθυμίζεται ότι στην γραμμική οπτική, όπου η ένταση της ακτινοβολίας είναι χαμηλή, η επαγόμενη πόλωση είναι ανάλογη με το ηλεκτρικό πεδίο της ακτινοβολίας. Στην περίπτωση της μη γραμμικής οπτικής, η επαγόμενη πόλωση παύει να είναι ανάλογη του ηλεκτρικού πεδίου και εμφανίζονται επιπλέον όροι, που αντιστοιχούν και σε νέες συχνότητες μεταξύ άλλων. Υλικά με σημαντική μη γραμμική απόκριση είναι πολύ χρήσιμα για την φωτονική και την οπτό-ηλεκτρονική. Μερικά παραδείγματα χρήσης τους είναι: οι οπτικοί περιοριστές (optical limiters) για την προστασία ευαίσθητων ανιχνευτών από δέσμες laser υψηλής έντασης, οι οπτικοί διακόπτες (optical switches), οι οπτικές λογικές πύλες (optical logic gates) κ.ά. Τα τελευταία χρόνια το γραφένιο και τα παράγωγά του έχουν προσελκύσει το ενδιαφέρον της επιστημονικής κοινότητας τόσο στον τομέα της βασικής έρευνας όσο και στη χρήση σε τεχνολογικές εφαρμογές. Σκοπός της παρούσας μεταπτυχιακής διπλωματικής εργασίας είναι ο προσδιορισμός της μη γραμμικής απόκρισης του γραφενίου αλλά και δύο παραγώγων του, του φθοριομένου γραφενίου (fluorographene) και του υδρογονωμένου φθοριομένου γραφενίου (hydrogenated fluorographene), υπό μορφή διαλυμάτων. Η μελέτη των παραπάνω διαλυμάτων πραγματοποιήθηκε με την πειραματική τεχνική Z-Scan και προσδιορίστηκαν η μη γραμμική επιδεκτικότητα τρίτης τάξης, χ(3) καθώς και το πραγματικό και το φανταστικό μέρος αυτής για τα γραφένια αυτά. Η διέγερση έγινε με παλμούς χρονικής διάρκειας 35ps στα 532nm και 1064nm καθώς και 4ns στα 532nm και 1064nm. Στο πρώτο κεφάλαιο θα γίνει μια σύντομη εισαγωγή στη μη γραμμική οπτική και στα σημαντικότερα μη γραμμικά μεγέθη που αφορούν την παρούσα μελέτη. Στο δεύτερο κεφάλαιο παρουσιάζεται η τεχνική z-scan καθώς και ο τρόπος με τον οποίο προκύπτουν και υπολογίζονται τα μη γραμμικά μεγέθη, που ενδιαφέρουν εδώ. Στο τρίτο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα πειραματικά αποτελέσματα αφού πρώτα γίνει μια σύντομη περιγραφή των ιδιοτήτων του γραφενίου και των παραγώγων του.
Abstract (translated): During the last years, the nonlinear optical properties of different carbon allotropes such as fullerenes, carbon nanotubes, graphene and various kinds of carbon nanoparticles have greatly attracted the attention of the scientific community. This research interest has been boosted by the several potential applications of these systems in photonic and optoelectronic technologies, ranging from optical limiters and optical data storage to optical computing, solar cells and several others. Concerning the different carbon allotropes, graphene is the most recently discovered. Although the discovery of this two dimension lattice of π-conjugated carbon atoms is quite new, it has already been established as a promising material for future electronics and optoelectrinics, because of the ability to tailor its optical and electrical properties. An important member in the large family of graphene derivatives is graphene fluoride, which is a two dimensional wide band gap semiconductor, being optically transparent in the visible spectrum. The stronger the fluorination is the more carbon bonds of graphene are transformed from sp2 to sp3 hybridization. Therefore the ability of tuning this ratio can be a powerful tool for continuous tuning of graphene fluoride band gap, thus modifying the behavior of the material from conductor to insulator. In the present work the nonlinear optical properties of hydrogenated graphene fluoride are also studied. This derivative is a further functionalized member of the graphene family, also exhibiting sp3 and sp2 hybridization the formal being related to the C-F and C-H groups whereas the latter associates with the graphenics domains formed by partial hydride reduction of CF. In conclusion the nonlinear optical properties of graphene, graphene fluoride and hydrogenated graphene fluoride are studied by means of the Z-scan technique using 35ps and 4ns laser pulses at 532nm and 1064nm. From the measurements, the nonlinear absorption and refraction and the corresponding third-order susceptibility χ(3) are determined.
Appears in Collections:Τμήμα Φυσικής (ΜΔΕ)

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
master papadakis 050717.pdfΜεταπτυχιακή Εργασία3.11 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.