1. UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO
Desarrollo de Guías de Onda Sol-Gel para Óptica No-
Lineal
P R E S E N T A:
Dr. Torres Zúñiga Vicente
Centro de Ciencias Aplicadas
y Desarrollo Tecnológico
2. 1. Introducción
a) Motivación de la investigación
b) Fundamentos de ONL cuadrática
c) Diseño de moléculas orgánicas para SHG
d) Tecnología sol-gel para dispositivos fotónicos
2. Detalles, resultados y análisis experimentales
a) Fabricación y caracterización de monolitos híbridos
b) Depósito y caracterización de películas delgadas hibridas
c) Desarrollo de nuevas técnicas de caracterización para
materiales ONL (fotoacústica)
d) Manufactura y desempeño de guías de onda
3. Conclusiones principales
2
3. • Los materiales orgánicos con aplicaciones
opto-electrónicas ocuparan nichos
tecnológicos importantes en el futuro cercano.
• Proponemos una metodología de
investigación multidisciplinar para dar una
aplicación particular a una familia de
polímeros que pueden emitir generación de
segundo armónico (SHG) óptico.
• Desarrollo de instrumentación y técnicas de
diagnostico láser para la manufactura y
caracterización de estos nuevos materiales 3
4. • Óptica lineal: (1)
P 0 E
• Se propone que la Polarización puede escribirse como un desarrollo en
serie: Aproximación Dipolar
(1) ( 2) ( 3)
Pi E 0 ij Ej ijk E j Ek ijkl E j Ek El ...
j j ,k j , k ,l
Pi ( E )= Pi(1) + Pi(2) + Pi(3) +…
i t i t i t
Et Ee Ee Ee c.c.
P( 2) (t ) 0 2 ( 2)
EE* ( 2)
E 2e i2 t
c.c. ONL de Segundo orden
P(3) (t ) 0
(3)
E3 (e i3 t
3e i t
c.c.) ONL de Tercer orden
4
5. χ (2)
Campo óptico incidente
i t
Et Ee Eei t
Ee i t
c.c.
P(2) (t ) 0
(2)
E 2e i2 t
c.c.
5
6. 1064 nm 532 nm
• Dentro del material, la dispersión natural de la onda
fundamental y la generada causa efectos de
interferencia destructiva , la cual es responsable de la
disminución de la emisión del SHG. 6
7. • Los materiales carentes de simetría puntual
son los adecuados para mostrar efectos de
SHG
7
8. • Térmica y mecánicamente
inestables por si mismos
• Sencillos de pre-diseñar• Pueden sufrir foto-
degradación
• Baratos de sintetizar
• Adaptable diferentes formatos
8
10. Área máxima para sol-
gel
500 m2/gr
• Es la hidrólisis de precursores moleculares y su
policondensación a una forma vidriosa y amorfa.
• Por su porosidad final permite la agregación de sustancias
orgánicas e inorgánicas durante la formación de la red
vidriosa en condiciones de presión atmosférica y ~20oC. 10
11. • Uso exclusivo de ondas acústicas energéticas en la
producción de materiales sol-gel ultra-puros (sonogel): se
evita el uso de catalizadores ácidos o básicos en el proceso.
• TEOS • Formación de
• Agua la fase Sol
• Ondas • Evaporación
ultrasónicas • Adición de
intermitentes sustancias
por 3 horas de • Formación de
síntesis la fase Gel
11
13. • Disoluciones saturadas
cromóforo/THF; asegura que se
cuentan con muchas moléculas
ópticamente activas en las muestras
• Diferentes proporciones de la
disolución inicial mezclada con el
sonogel y contenida moldes de
teflón.
• Después de 3 semanas
se obtienen muestras
en estado sólido
13
14. • Mediante un
microscopio de
reflexión se obtuvieron
estas imágenes
• Se observan diminutos
defectos;
despreciables para los
estudios ópticos
subsecuentes.
14
18. • Sistema de depósito por giro: spin coating
Los líquidos deben ser newtonianos
Las velocidades no alcanzan el régimen turbulento
Los parámetros a considerar son:
• la velocidad de giro
• tiempo neto del depósito
Inercia =Adhesión
18
27. • Este experimento
preliminar fue importante
para contar con un marco
más solido en los siguientes
experimentos
27
28. • La técnica fotoacústica
podría ser una
herramienta relevante
para estudiar la
anisotropía en películas
poliméricas, como las
utilizadas para emisión de
SHG:
28
29. • Usamos nuestra película delgada
• Es una variación del primer
experimento
• Cambiamos el estado de polarización
29
30. Parámetro de orden
Índice de refracción
extraordinario
Campo eléctrico
• Mediciones relativas de MAX (T) de espectros
ópticos son tradicionalmente utilizadas.
• Proponemos el uso de FALP para hacer mediciones
equivalentes. 30
31. • El incremento de temperatura provoca la
desorientación de los cromóforos. Lo que se puede
deducir de las señales de UV-Vis, SHG, y
especialmente de fotoacústica de láser pulsado.
31
32. • Se demuestra la
correcta orientación en
la película: contraste
en el RMS de la señal
FALP a temperaturas
extremas
• Anisotropía en la
película orientada, que
se pierde al aumentar
la temperatura
32
33. • Es una estructura capaz de confinar y
transmitir en su interior la luz
• La guía de onda plana es el primer paso para
realizar dispositivos sofisticados
33
36. • Una variación
del arreglo
experimental
de franjas de
Maker.
36
37. • La longitud de coherencia esta indeterminada
• En estas condiciones físicas, se logra la
máxima emisión de SHG
37
38. • Se lograron obtener materiales híbridos novedosos
con dos moléculas (PB- y PC-DR19) en la matriz
sonogel en diversos formatos para aplicaciones de
ONL: bulto, película, y guía de onda.
• Proponemos usar la técnica fotoacústica con láseres
polarizados para estudiar la estructura de las
películas delgadas dicroicas y orientadas para ONL.
• Se desarrollo e implemento instrumentación
diversa: interfaces para el microscopio, control
automático para el spin-coating, interface
determinar el ángulo de Brewster, algoritmo de
análisis de interferogramas e innovaciones en la
técnica FALP. 38
39. Dentro del trabajo de investigación se han presentado las sig. publicaciones especializadas (ciencia y
tecnología), internacionales e indizadas
1. Torres-Zúñiga V., Castañeda-Guzmán R., Pérez-Ruiz J. S., Morales-Saavedra O. G., & Zepahua-Camacho
M. Opt Express 16, 25, pp. 20724-20733 (2008).
2. Vergara M. E. S., Morales-Saavedra O. G., Ontiveros-Barrera F. G., Torres-Zúñiga V., Ortega- Martínez
R., & Rebollo A. O. Mat Sci and Eng B: Solid-State Materials for Advanced Technology 158, 1-3, pp. 98-
107 (2009).
3. Morales-Saavedra O. G., Ontiveros-Barrera F. G., Torres-Zúñiga V., Guadalupe-Bañuelos J., & Ortega-
Martínez R. Smart Mat and Struc 8 (085024), pp. 14 (2009).
4. Torres-Zúñiga V., Morales-Saavedra O. G., Rivera E., & Ortega-Martínez R. Jou Mod Opt, 57, pp. 65-73
(2010).
5. Torres Zúñiga V., Morales-Saavedra O. G., Hennrich G., Flores-Flores J. O. & Ortega-Martínez R.
Mol Crys Liq Crys 527, pp. 1-11 (2010).
6. Torres-Zúñiga V.}, Morales-Saavedra O. G., Rivera E., Castañeda-Guzmán R, Bañuelos-Muñeton J. G. &
Ortega-Martínez R., Jou Sol-Gel Sci Tech 56 (1), pp. 7-18 (2010).
7. Torres-Zúñiga V., Castañeda-Guzmán R., Morales-Saavedra O.G., Pérez-Martínez A.L., & Ogawa
T., Opt Las Eng, Aceptado (2011).
8. Torres-Zúñiga V., Sánchez-Vergara M.E. , Morales-Saavedra O.G. , Alvarez C. & Bañuelos J.G., Proc. SPIE
8011, 801144 (2011).
9. Torres Zúñiga V., & Morales-Saavedra O. G., Mat. Chem. & Phys.}) [Aceptado, febrero 2012].
10. Torres Zúñiga V., Castañeda-Guzmán R., & Morales-Saavedra O.G., International Journal of
Thermophysics [enviado febrero 2012].
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