IC-scan : uma nova técnica para medir o índice de refração não linear de meios espalhadores
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Data de Publicação: | 2022 |
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Texto Completo: | http://www.tede2.ufrpe.br:8080/tede2/handle/tede2/8588 |
Resumo: | Light scattering is one of the most common optical phenomena observed due to the interaction of light with particles suspended in a solution. The relevance of scattering is evidenced by the various non-invasive techniques developed to measure particle size and colloidal stability. However, because scattering is also caused by system imperfections, its contribution can be critically detrimental to the precision and sensitivity of many optical techniques. In nonlinear (NL) optical spectroscopy, the measurement of the refractive index change as a function of intensity is essential to characterize the NL response of materials, allowing to identify their applications in optical and photonic devices. In this work, we present the development of a new NL technique to measure the NL refractive index (𝑛2) mainly in scattering media, based on the analysis of the intensity correlation function (𝑔(2)), at different sample positions, along the propagation direction, around the beam waist. The new technique, which we name IC-scan (Intensity Correlation Scan), uses light scattering to generate speckle patterns that are sensitive to wavefront changes induced by the self-focusing and/or self-defocusing effects. This new methodology allows the measurement of phase modulation effects without being affected by linear scattering when intensity cross-correlation functions between linear and NL regimes are analyzed. As a proof-of-principle, measurements were performed on NL colloids, with high concentrations, containing silica nanospheres and gold nanorods as light scatterers, using a Titanium-Sapphire laser (788nm, 100fs, 76MHz). The results showed that the IC-scan technique to measure 𝑛2 is more robust in scattering media than the Z-scan and D4σ scan techniques, which are well established and widely used, but strongly influenced in media that have high degree of scattering. The values of 𝑛2 obtained show the potential of the new technique, at the same time they show that the results obtained through Z-scan and D4σ are underestimated (or overestimated) due to light scattering effects. |
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CHEVROLLIER, Martine Patrícia ArletteOCAS, Albert Stevens ReynaFONSECA, Eduardo Jorge da SilvaDEGIORGI, Sergio Vladimir Barreirohttp://lattes.cnpq.br/4298720019164340CRISPIM, Mariana Joyce Bezerra da Silva2022-04-29T14:06:27Z2022-02-23CRISPIM, Mariana Joyce Bezerra da Silva. IC-scan : uma nova técnica para medir o índice de refração não linear de meios espalhadores. 2022. 112 f. Dissertação (Programa de Pós-Graduação em Engenharia Física) - Universidade Federal Rural de Pernambuco, Cabo de Santo Agostinho.http://www.tede2.ufrpe.br:8080/tede2/handle/tede2/8588Light scattering is one of the most common optical phenomena observed due to the interaction of light with particles suspended in a solution. The relevance of scattering is evidenced by the various non-invasive techniques developed to measure particle size and colloidal stability. However, because scattering is also caused by system imperfections, its contribution can be critically detrimental to the precision and sensitivity of many optical techniques. In nonlinear (NL) optical spectroscopy, the measurement of the refractive index change as a function of intensity is essential to characterize the NL response of materials, allowing to identify their applications in optical and photonic devices. In this work, we present the development of a new NL technique to measure the NL refractive index (𝑛2) mainly in scattering media, based on the analysis of the intensity correlation function (𝑔(2)), at different sample positions, along the propagation direction, around the beam waist. The new technique, which we name IC-scan (Intensity Correlation Scan), uses light scattering to generate speckle patterns that are sensitive to wavefront changes induced by the self-focusing and/or self-defocusing effects. This new methodology allows the measurement of phase modulation effects without being affected by linear scattering when intensity cross-correlation functions between linear and NL regimes are analyzed. As a proof-of-principle, measurements were performed on NL colloids, with high concentrations, containing silica nanospheres and gold nanorods as light scatterers, using a Titanium-Sapphire laser (788nm, 100fs, 76MHz). The results showed that the IC-scan technique to measure 𝑛2 is more robust in scattering media than the Z-scan and D4σ scan techniques, which are well established and widely used, but strongly influenced in media that have high degree of scattering. The values of 𝑛2 obtained show the potential of the new technique, at the same time they show that the results obtained through Z-scan and D4σ are underestimated (or overestimated) due to light scattering effects.O espalhamento de luz é um dos fenômenos ópticos mais comuns observados devido à interação da luz com partículas suspensas em uma solução, sua relevância é evidenciada pelas várias técnicas não invasivas desenvolvidas para medir o tamanho das partículas e a estabilidade coloidal. No entanto, como o espalhamento também é causado por imperfeições do sistema, sua contribuição pode ser criticamente prejudicial para a precisão e sensibilidade de muitas técnicas ópticas. Na espectroscopia óptica não linear (NL), a medição da variação do índice de refração em função da intensidade é essencial para caracterizar a resposta NL dos materiais, permitindo identificar suas aplicações em dispositivos ópticos e fotônicos. Neste trabalho, apresentamos o desenvolvimento de uma nova técnica para medir o índice de refração NL (𝑛2), principalmente em meios espalhadores, com base na análise da função de correlação da intensidade (𝑔(2)), em diferentes posições da amostra, ao longo da direção de propagação, ao redor da cintura de um feixe. A nova técnica, que chamamos de IC-scan (do inglês, Intensity Correlation-scan), usa o espalhamento de luz para gerar padrões de speckles que são sensíveis às mudanças da frente de onda induzidas pelos efeitos de autofocalização e/ou autodesfocalização. Esta nova metodologia permite medir os efeitos de modulação de fase sem ser afetada pelo espalhamento linear quando são analisadas funções de correlação cruzada de intensidade entre regimes linear e NL. Como prova de princípios, foram realizadas medidas em coloides NLs, com concentrações altas, contendo nanoesferas de sílica e nanobastões de ouro que se comportam como espalhadores de luz, usando um laser de Titânio-Safira (788nm, 100fs, 76MHz). Os resultados mostram que a técnica IC-scan para medir 𝑛2 é muito mais robusta em meios espalhadores do que as técnicas de varredura Z (Z-scan) e D4σ, que são bem estabelecidas e amplamente utilizadas, porém fortemente influenciadas em meios que possuem alto grau de espalhamento. Os valores de 𝑛2 obtidos, evidenciam o potencial da nova técnica, ao mesmo tempo que mostram que os resultados obtidos através de Z-scan e D4σ são subestimados (ou sobre-estimados) devido aos efeitos de espalhamento de luz.Submitted by Mario BC (mario@bc.ufrpe.br) on 2022-04-29T14:06:26Z No. of bitstreams: 1 Mariana Joyce Bezerra da Silva Crispim.pdf: 3589851 bytes, checksum: 62fcaee19c948d87ba53c897b1860884 (MD5)Made available in DSpace on 2022-04-29T14:06:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Mariana Joyce Bezerra da Silva Crispim.pdf: 3589851 bytes, checksum: 62fcaee19c948d87ba53c897b1860884 (MD5) Previous issue date: 2022-02-23application/pdfporUniversidade Federal Rural de PernambucoPrograma de Pós-Graduação em Engenharia FísicaUFRPEBrasilUnidade Acadêmica do Cabo de Santo AgostinhoÍndice de refraçãoEspalhamento de luzCorrelação de intensidadeENGENHARIASIC-scan : uma nova técnica para medir o índice de refração não linear de meios espalhadoresinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesis-761962378915184685860060060014368776284275036114518971056484826825info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFRPEinstname:Universidade Federal Rural de Pernambuco (UFRPE)instacron:UFRPEORIGINALMariana Joyce Bezerra da Silva Crispim.pdfMariana Joyce Bezerra da Silva Crispim.pdfapplication/pdf3589851http://www.tede2.ufrpe.br:8080/tede2/bitstream/tede2/8588/2/Mariana+Joyce+Bezerra+da+Silva+Crispim.pdf62fcaee19c948d87ba53c897b1860884MD52LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-82165http://www.tede2.ufrpe.br:8080/tede2/bitstream/tede2/8588/1/license.txtbd3efa91386c1718a7f26a329fdcb468MD51tede2/85882022-04-29 11:06:27.018oai:tede2: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Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttp://www.tede2.ufrpe.br:8080/tede/PUBhttp://www.tede2.ufrpe.br:8080/oai/requestbdtd@ufrpe.br ||bdtd@ufrpe.bropendoar:2024-05-28T12:37:10.967462Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFRPE - Universidade Federal Rural de Pernambuco (UFRPE)false |
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