Relazione sulle attività del IV anno Progetto FIRB Relazione sulle attività del IV anno Unità di Padova Dipartimento di Fisica Università di Padova Via Marzolo 8

Composizione Gruppo di Ricerca 2007 Sada Cinzia Ruolo Mazzoldi Paolo Ruolo Bazzan Marco Assegnista Argiolas Nicola Assegnista Ciampolillo MariaVittoria Dottoranda Dipartimento di Fisica - Università di Padova - Via Marzolo 8

Fe:Ti:LiNbO3: Ottimizzazione del processo Studio della diffusione di Fe X-cut e Z cut al variare dello spessore del film di Fe, depositato via RF-sputtering, e dei trattamenti termici Misura dello spessore dei film depositati tramite XRR Stato di ossidazione Fe del film depositato tramite XPS (Fe3+) Determinazione della concentrazione di Fe depositato tramite RBS Profilo di concentrazione del Fe (SIMS+RBS+XRR) Determinazione dei coefficienti di diffusione del Fe (X,Z cut) Analisi del profilo di deformazione tramite HXRD Sviluppo di un modello fenomenologico sulla incorporazione del Fe (Modello di Nernst-Planck con contributo dell’effetto dello stress) Co-drogaggio con Ti Diffusione termica da film sottile depositato via RF-sputtering (processo standard) Post trattamento in Ar per bilanciare il rapporto Fe2+/Fe3+

Condizioni di preparazione: Fe 5 nm depositato per sputtering + diffusione in atm. O2(1000°C,48h) Ti 100nm depositato per sputtering + diffusione in atm. O2 (1000°C,18h) Post-trattamento in Ar (1025°C,2h) Dnosup xt.p. (µm) Dnesup 0.0113 5.15 0.0284 4.94 l=632.8 nm: no = 2.2875, ne = 2.2019

Er:Ti:LiNbO3: Ottimizzazione del processo Ottimizzazione del processi di crescita e del poling Misura della Temperatura di Curie (tramite…) al variare della concentrazione di Er Campione TC Puro Crystal 11423 Puro 0.1%mol. 11413 0.3%mol. 11433 0.5%mol. 11443 0.7%mol. Misura della conducibilità ad alta temperatura al variare della concentrazione di Er Campione Ea (eV) T<900°C Puro Crystal 1.310.02 Puro 1.270.04 Er 0.3%mol. 1.440.03 Er 0.5%mol. 1.460.02 Er 0.7%mol. 1.700.02 Fino a 900°C s~2-510-3(cm)-1

Stima della omogeneità ottica attraverso la diffrattometria ottica Processo di crescita e poling ottimale ↨ cristalli dalle ottime qualità ottiche (assenza disomogeneità)

Studio del campo interno tramite tecniche interferometriche Misure effettuate da INO-Napoli Risultati: la disomogeneità ottica, qualora presente, ha un indice di rifrazione diverso in tutta la sua estensione (non solo all’interfaccia) Alcuni difetti non sono rimovibili con il poling Tencnica complementare alla diffratometria ottica (UNIPD)

Periodic Poled Lithium Niobate: PPLN Ottimizzazione processo di crescita Cz-off center Confronto tra PPLN cresciuti e PPLN ottenuti tramite Electric Field Poling (INO) Sviluppo della metodologia di analisi strutturale tramite diffrazione da raggi X Interesse tecnologico variazione di indice di rifrazione Interesse di fisica di base - sensibile sonda del campo interno; - Evoluzione della struttura dei domini in funzione dei parametri di processo, stabilità nel tempo; - Possibilità di studi in situ

PPLN ottenuti per electric field poling da INO Campione Z-cut con periodo submicrometrico (~700 nm) Diffrattometro ad alta risoluzione Philips MRD (Padova) Riflessioni (0 0 12) (simmetrica) and (2 2 12) (asimmetrica) Periodo L=(714 ± 8) nm Presenza di strain sia verticale che laterale modulato dalla struttura PPLN

Confronto tra PPLN Cz- Off Center (PD) e PPLN per EFP (INO) Mappe nello spazio reciproco ottenute tramite H-XRD (Padova) CZoff-center (PD) Electric Field Poling (INO) In PPLN Cz Assenza di streaks verticali (strain non significativo) Inclinazione del bordo dominio (alcuni gradi) nei PPLN Cz

Analisi risolta nello spazio reciproco con luce di sincrotone PPLN CZ off-center Rilevata struttura periodica Assenza di streaks verticali Strain non misurabile

Progetto FIRB Totale Pubblicazioni nel progetto: 25 Riviste: 16 Proceedings: 9 Attività formativa Tesi di dottorato n.3 Tesi di laurea: n.7 Contratti di ricerca per Giovani ricercatori E. Cattaruzza  ricercatore UNIVE S. Padovani  ricercatrice Plastottica M. Bazzan  assegnista UNIPD

Pubblicazioni nel 2006 relative al progetto FIRB Lavori su rivista con referee “Modeling and characterization of border domain effects in periodically poled lithium niobate crystals grown by the off-center Czochralski technique”, E. Autizi, A.D. Capobianco, F.M. Pigozzo, N. Argiolas,M. Bazzan, E. Cattaruzza, P. Mazzoldi, C. Sada, Optical and Quantum Electronics, vol.38 Issue 1-3, pages 177-185, 2006 “Nuclear and electronic energy loss synergy in the process of damage growth in ion implanted LiNbO3”, M. Bianconi, N. Argiolas, M. Bazzan, G.G. Bentini, M. Chiarini, A. Cerutti, P. Mazzoldi, G. Pennestrì,, C. Sada, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, vol.249 pages 122-125, 2006 “Experimental evidence of domain wall tilting in periodically poled lithium niobate crystals grown by the Czochralski off-center technique”, M.Bazzan, N. Argiolas, C. Sada and E. Cattaruzza, Appl. Phys. Lett. Vol.89 pag. 062901 – 062904, 2006 “Periodically poled lithium niobate structures for second harmonic generation”, M. Bazzan a, N. Argiolas, E. Cattaruzza, A. Gasparini, C. Sada, P. Mazzoldi, A.D. Capobianco, E. Autizi, F.M. Pigozzo, A. Locatelli, L.C. Guarneri, Laser and Optics in Engineering corrected proofs, available on line, 2006 “Refractive index modulations in periodically poled lithium niobate crystals grown by the CzochralskiOff-Center technique” N. Argiolas, M. Bazzan, C.Sada, P.Mazzoldi, F.M. Pigozzo, A.D. Capobianco, E. Autizi, accepted for publication in Ferroelectrics, 2006 “High Resolution X-Ray Characterization of Sub-Micron Periodic Domain Structures in Lithium Niobate Crystals”, M. Bazzan, N. Argiolas, C. Sada and P. Mazzoldi, accepted for publication in Ferroelectrics,

Pubblicazioni nel 2006 relative al progetto FIRB Lavori su proceedings “Prediction of second harmonic generation efficiency in real periodically poled lithium niobate structures grown by the off-center Czochralski technique” E Autizi, A. D. Capobianco, F. M. Pigozzo, C. G. Someda, N. Argiolas, M. Bazzan, E. Cattaruzza, P. Mazzoldi, C. Sada, Proceedings 4th-IEEE/LEOS Workshop on Fibres and Optical Passive Components IEEE Cat. No. 05EX1021. pp121-5 (2006) "Efficient Phase Matched Second Harmonic Generation through Rotated Periodic Poling in LiNbO3 Waveguides" F. M. Pigozzo, E. Autizi, A. D. Capobianco, C. Sada, M. Bazzan, N. Argiolas, P. Mazzoldi, Proceedings of Non Linear Guided Waves (NLGW) 2005,  Dresden Dreikönigskirche Church from 6-9 September 2005, codice articolo ThB “Photorefractive bright soliton in erbium doped lithium niobate”, F. Pettazzi, M. Alonzo, C. Sada, M. Bazzan, N. Argiolas, P. Mazzoldi, V. I. Vlad, A. Petris, E. Fazio, Photonics Europe 3-7/04/2006 Strasburgo Session: Nonlinear Photonic Devices (6183), pp. 618319 – 618328 (2006).