Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10889/14482
Title: Μη γραμμικές οπτικές ιδιότητες σιλισενίου με χρήση ns, ps και fs παλμών λέιζερ
Other Titles: Nonlinear optical properties of silicene under ns, ps and fs laser excitation
Authors: Σταύρου, Μιχάλης
Keywords: Μη γραμμική οπτική
Τεχνική Z-scan
Σιλισένιο
Keywords (translated): Nonlinear optics
Z-scan technique
Silicene
Abstract: Η μη γραμμική οπτική είναι ο τομέας της οπτικής που εξετάζει φαινόμενα που απορρέουν από την αλληλεπίδραση της ύλης με ισχυρά ηλεκτρομαγνητικά πεδία. Τέτοια φαινόμενα, λαμβάνουν χώρα εξαιτίας της τροποποίησης των εγγενών οπτικών ιδιοτήτων της ύλης υπό την παρουσία ακτινοβολιών πολύ υψηλής έντασης, και η μη γραμμικότητα τους έγκειται στο γεγονός ότι συμβαίνουν όταν η απόκριση του μέσου εξαρτάται κατά μη γραμμικό τρόπο από την ένταση του οπτικού πεδίου. Τυπικά, μόνο η ακτινοβολία ενός λέιζερ είναι ικανή να επάγει αλλαγές στις οπτικές ιδιότητες ενός υλικού και να οδηγήσει στην ανάδειξη πληθώρας μη γραμμικών οπτικών φαινομένων. Τα τελευταία χρόνια, έχουν μελετηθεί εκτενώς υλικά με έντονη μη γραμμική οπτική απόκριση με σκοπό την αξιοποίηση τους σε διάφορες πρακτικές εφαρμογές στους τομείς της φωτονικής και της οπτο-ηλεκτρονικής. Ειδικότερα, τα υλικά αυτά μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως οπτικοί περιοριστές για την προστασία ευαίσθητων ανιχνευτών από την ισχυρή ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, καθώς και ως οπτικοί διακόπτες ή οπτικές δίοδοι διευκολύνοντας τη μετάδοση της πληροφορίας χωρίς να απαιτείται η μετατροπή του οπτικού σήματος σε ηλεκτρικό. Από την ανακάλυψη του γραφενίου μέχρι σήμερα, η σύνθεση νέων δισδιάστατων (2D) υλικών έχει προσελκύσει μεγάλο ερευνητικό ενδιαφέρον. Τα δυσδιάστατα υλικά που έχουν συντεθεί πρόσφατα έχουν κεντρίσει την προσοχή εξαιτίας των μοναδικών ιδιοτήτων τους και των πιθανών εφαρμογών τους στην οπτο-ηλεκτρονική. Ένα από αυτά, είναι το σιλισένιο (silicon nanosheets, SiNS). Το σιλισένιο είναι ένα κρυσταλλικό δισδιάστατο υλικό που αποτελείται εξ’ ολοκλήρου από άτομα πυριτίου. Σκοπός της παρούσας ερευνητικής εργασίας είναι η διερεύνηση των μη γραμμικών οπτικών ιδιοτήτων τρίτης τάξης δύο παραγώγων σιλισενίου. Ειδικότερα, μελετήθηκαν το υδρογονωμένο σιλισένιο (SiNS – H) και το χημικά τροποποιημένο υδρογονωμένο σιλισένιο με 1-δωδεκένιο (SiNS – dodecene) υπό μορφή διασπορών. Η μελέτη πραγματοποιήθηκε μέσω της τεχνικής Ζ-scan υπό διέγερση παλμών λέιζερ χρονικής διάρκειας 4ns και 35ps στα 532nm και 1064nm, καθώς και υπό διέγερση 90fs στα 800nm. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι και τα δύο παράγωγα σιλισενίου παρουσίασαν σημαντική μη γραμμική οπτική απόκριση, συγκρίσιμη και αρκετά μεγαλύτερη από άλλα 2D υλικά. Στο πρώτο κεφάλαιο, δίνεται έμφαση στις βασικές έννοιες της μη γραμμικής οπτικής και παρέχονται συνοπτικά στοιχεία θεωρίας για τα σημαντικότερα μη γραμμικά οπτικά φαινόμενα. Στο δεύτερο κεφάλαιο, περιγράφεται η πειραματική διάταξη και η τεχνική μέσω της οποίας διεξήχθησαν τα πειράματα της παρούσας εργασίας. Ακόμη, παρουσιάζεται ο τρόπος με τον οποίο έγινε η ανάλυση των πειραματικών δεδομένων, μέσω της οποίας υπολογίστηκε η μη γραμμική επιδεκτικότητα τρίτης τάξης καθώς και το πραγματικό και φανταστικό της μέρος. Στο τρίτο κεφάλαιο περιγράφονται οι ιδιότητες του σιλισενίου και των παραγώγων του. Επίσης, παρέχονται τα αποτελέσματα από τη σύνθεση των υπό μελέτη συστημάτων. Τέλος, παρουσιάζονται τα πειραματικά αποτελέσματα των παραγώγων σιλισενίου και γίνεται σύγκριση με άλλα υλικά που έχουν μελετηθεί στο παρελθόν από την ομάδα μας.
Abstract (translated): Nonlinear optics is the field of optics which examines phenomena resulting from the interaction of intense electromagnetic fields with matter. Such phenomena occur because of the modification of the optical properties of a material by the presence of high intensity radiation. Nonlinear optical phenomena are ‘’nonlinear’’ in the sense that they happen when the response of a material to an applied optical field depends in a nonlinear manner on the strength of the optical field. Typically, only the radiation of a laser is sufficiently intense to modify the optical properties of a material, resulting in the appearance of a plethora of nonlinear phenomena. In recent years, researchers have been extensively studying materials with strong nonlinear optical response in order to exploit them in various practical applications related with photonics and opto-electronics. Particularly, they can be used as optical limiters, protecting sensitive devices from high intensity laser beams. Furthermore, they can be applied as optical switches or optical diodes, facilitating the information transmission without having to convert the optical signal to electronic. The synthesis of novel 2D materials has come to great research interest in the last few years. The pioneer of the 2D materials, graphene , has triggered the beginning of the 2D-era. A variety of newly synthesized 2D materials has been recently receiving attention due to their unique properties and potential applications in optoelectronics . One of them is the cousin of graphene, i.e., same group IVA element, silicene. Silicene is a crystalline two-dimensional nanomaterial composed entirely of silicon (Si) atoms. In that spirit, the purpose of the present work is to investigate the third-order nonlinear optical (NLO) response of two-dimensional (2D) silicon nanosheet (SiNS) derivatives, namely, hydride terminated SiNS (SiNS-H) and dodecene functionalized SiNS-H (SiNS – dodecene). Both SiNS derivatives were investigated in the form of dispersions. The Z-scan technique was employed to study the two derivatives, using 4ns and 35ps laser pulses at both 532nm and 1064nm, and 90fs laser pulses at 800nm. The findings were exciting, since SiNSs are found to exhibit NLO response under conditions that most other 2D materials don’t. In the first chapter, the fundamentals of nonlinear optics and the most important nonlinear processes are briefly described. The second chapter, presents the Z-scan technique and describes the analysis procedure of the experimental data for the determination of the third-order susceptibility. In the third chapter, some theoretical information about the properties of silicon nanosheet and SiNSs derivatives are presented. Moreover, the results of the synthesis of the two SiNS derivatives are shown. Finally, the obtained experimental results are summarized and are compared with other results reported in bibliography.
Appears in Collections:Τμήμα Φυσικής (ΜΔΕ)



This item is licensed under a Creative Commons License Creative Commons