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Guide donda a scambio protonico in cristalli ferroelettrici con domini ingegnerizzati superficialmente Prof. Stefano Riva Sanseverino Dipartimento Ingegneria.

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Presentazione sul tema: "Guide donda a scambio protonico in cristalli ferroelettrici con domini ingegnerizzati superficialmente Prof. Stefano Riva Sanseverino Dipartimento Ingegneria."— Transcript della presentazione:

1 Guide donda a scambio protonico in cristalli ferroelettrici con domini ingegnerizzati superficialmente Prof. Stefano Riva Sanseverino Dipartimento Ingegneria Elettrica, Elettronica e delle TLC Università di Palermo Viale delle Scienze Palermo, ITALY & CRES - Centro per la Ricerca Elettronica in Sicilia Via Regione Siciliana Monreale (PA), ITALY

2 Fabbricazione delle guide ottiche in LN In-diffusion di Ti Scambio protonico Scambio protonico inverso In-diffusion di Zn Out-diffusion di Li 2 O Scrittura diretta con laser UV Etching reattivo o ion milling di guide a cresta … 80 m

3 In-diffusione di Titanio (Da P. Bravetti) Diffusione in Guida ( °C) Deposizione di Ti Film di Ti Tracciamento della geometria Photoresist Liftoff Prof. [ m] n o * 10 3

4 Tecnica della provetta sigillata Acido Benzoico (BA) + Benzoato di Litio (LB) Contrasto dindice Campione con maschera in SiO 2 width depth T=300 °C t =1 ÷ 100 h LiNbO 3 AB + BL 2 1 Scambio Protonico

5 Scambio Protonico: sostituzione Li + con H + Aumenta n e e diminuisce n o Li + H Nb O H+H+ H O O O

6 T=350 °C t =10 ÷ 100 h RPE H + Li + + APE LiNbO KNO 3 + NaNO 3 + LiNO Profili dindice n o Scambio Protonico Inverso … poiché con il PE n o diminuisce, con uno scambio inverso fra Li + e H + (in una miscela di nitrati), si può creare uno strato superficiale a barriera guidante –questa volta – modi TE

7 Ottica integrata nonlineare - Necessità di emissione in range di non coperti - Esigenza di sorgenti ampiamente accordabili - Elevata densità di potenza in guida Mezzi Non-Lineari P = ε 0 χ (1) E+ε 0 [χ (2) E 2 + χ (3) E 3 +…] = P L + P NL Effetti del secondo ordineP NL = ε 0 χ (2) E 2 DFG – Difference Frequency Generation SFG – Sum Frequency Generation SHG – Second Harmonic Generation OPO – Optical Parametric Oscillation OPA – Optical Parametric Amplification

8 Phase-matching in guida Sfruttando la Birifrangenza Per quasi-phase-matching (QPM) Lunghezza donda Indice di rifrazione 2 1 Noi possiamo far viaggiare luce di due differenti colori con la stessa velocità, se le polarizzazioni sono scelte in modo che la dispersione cromatica compensi lo scarto fra le velocità di fase dellonda ordinaria e quella straordinaria

9 Periodic poling per QPM Litio Ossigeno Niobio A segni opposti nel termine di polarizzazione P corrispondono segni opposti del tensore nonlineare anti-simmetrico quadratico: Se applichiamo un campo elettrico in direzione Z che sia maggiore del campo coercitivo E c del LN (21 kV/mm) e possibile invertire il segno della polarizzazione ferroelettrica In un processo nonlineare si può dunque compensare il disaccordo di fase dovuto alla dispersione invertendo periodicamente il segno della polarizzazione.

10 SPP-LN LiNbO 3 taglio z Maschera isolante periodica - litografia UV per contatto - esposizione olografica Elettrodi di gel conduttivo Impulso di alta tensione E > Campo coercitivo (21 kV/mm) t V - +

11 Cinetica del processo di Surface Poling First report: A.C.Busacca, et al., Appl.Phys. Lett. 81 pp (2002) Surface poling Spostamento dei domini in direzione trasversa conducting gel Bulk poling Nucleazione Propagazione delle punte Terminazione delle punte sulla faccia opposta Photoresist Coalescenza dei domini Q > 2 A P s P s = 78 C/cm 2

12 Phase-matching in guida Sfruttando la Birifrangenza Per quasi-phase-matching (QPM) Pompa Seconda armonica dove richiesto è pari a:

13 Mark to space ratio 50:50 La profondità dei domini è dellordine delle centinaia di nanometri = 3 m (Top view) = 2 m analisi con FIB (Focused Ion Beam) Risultati sperimentali

14 Misure di SHG con sorgente impulsata a picosecondi P FF =2kW, T=20°C Caratteristiche campione Lunghezza1 cm Larghezza guide1 – 7 m Periodo SPP 16.8 m FWHM = 1 nm QPM = nm L = 1 cm I reticoli hanno buona uniformità in quanto contribuiscono alla generazione su tutta la lunghezza

15 Efficienza di conversione vs. lunghezza donda Risposta del fotodiodo vs. Potenza di pompa Misure di QPM nellUltravioletto - SPPLN lungo 2 cm - Scambio protonico in fase - Durata scambio: °C - Perdite di Fresnel: 14 % Pompa e 16 % SH - Sorgente di pompa accordabile: CW Ti:Sapphire Laser - Temperatura per misure di QPM: 250 °C - Risonanza nm


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