Doctoral Thesis
DOI
https://doi.org/10.11606/T.76.2004.tde-16032005-102425
Document
Author
Full name
Leonardo de Boni
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Carlos, 2004
Supervisor
Committee
Zilio, Sergio Carlos (President)
Atvars, Teresa Dib Zambon
Catunda, Tomaz
Figueiredo Neto, Antonio Martins
Vieira Junior, Nilson Dias
Title in Portuguese
"Não linearidades ópticas em azocompostos"
Keywords in Portuguese
Absorção de dois fótons
Absorção de estado excitado
Absorção multifotônica
Azocompostos
Dependência com a temperatura
Femptossegundos
Óptica Não Linear
Pulso de Luz Branca
refração não linear
técnica de excitação e prova
Tempo de vida
Varredura-Z
Abstract in Portuguese
Neste trabalho, são estudadas as alterações das propriedades ópticas
lineares e não lineares de soluções de azocompostos devidas aos mecanismos de
isomerização e às alterações das propriedades estruturais com a temperatura. A
dependência da transição pipi* com a estrutura linear dos azocompostos é
notada já nas medidas dos espectros de absorção em função da temperatura para
o isômero trans.
Através do conhecimento dos níveis de energia e dos tempos de relaxação
via isomerização, foi possível obter a dinâmica entre os isômeros cis e trans. As
medidas não lineares forneceram propriedades interessantes associadas aos
estados de energia dos compostos. Por exemplo, através de experimentos de
varredura-z e de excitação e prova, foi possível ver que os azocompostos
apresentam uma alta transparência quando excitados, a qual desaparece com o
término da isomerização. Medidas em função do comprimento de onda mostraram
que a transparência observada está presente em toda a banda pipi* e não
ocorre na banda npi* . Também foi observado que o tempo de isomerização
muda de acordo com o comprimento de onda de excitação, o que pode estar
relacionado com a superposição das duas bandas. Os resultados obtidos em
femtossegundos foram essenciais para descrever o processo dinâmico de
fotoisomerização, observado, por completo, através de medidas com varredura-Z
em picossegundos e nanossegundos. Essas medidas forneceram os valores das
seções de choque dos isômeros cis, que são difíceis de serem quantificadas devido
ao curto tempo de vida desse isômero.
Além dos resultados ressonantes, foram feitos experimentos de absorção
de dois fótons em femtossegundos usando a técnica de varredura-Z. Esses estudos
mostraram a dependência das seções de choque de absorção de dois fótons com
características estruturais das moléculas, tais como comprimento de conjugação,
grupos push-pull e planaridade.
Os resultados ressonantes e não ressonantes obtidos em femtossegundos
serviram de base para a calibração da técnica de varredura-Z com pulsos de luz
branca. Essa técnica se mostrou adequada para a obtenção dos espectros das não
linearidades ópticas ressonantes e não ressonantes em uma única medição (de 5
minutos), diminuindo assim flutuações do laser durante o experimento.
Title in English
Optical nonlinearities in azocompounds
Keywords in English
Azocopounds
Excited state absorption
Femtosecond
life-time
Moltiphoton absorption
Nonlinear optics
nonlinear refraction
pump-probe method
Thermal dependence
Two-photon absorption
white light continuum
Z-scan
Abstract in English
This work reports on the temperature dependence of linear and nonlinear
properties of azocompounds solutions due to isomerization mechanisms. The
dependence of pipi* transitions on the linear structure of azocompounds is
already noticeble in the measurements of absorption spectra as function of the
temperature for the trans isomer.
Knowing the energy levels and the relaxation times through isomerization, it
was possible to obtain the exchange dynamics between cis and trans
conformations. Nonlinear measurements provided interesting properties associated
with the energy levels of de compounds. For exemple, through Z-scan and pumpprobe
experiments, it was possible to verify that azocompounds present a high
transparency when excited and that this transparency disapears when the
izomerization ends. The wavelength change has shown that the observed
transparency is present along the complete pipi* band, but not in the npi*
band. It was also observed that the isomerization time changes with the exciting
wavelength, which may be related to the superposition of both bands. The results
obained with femtoseconds pulses were essential to completily describe the
photoisomerization process observed with Z-scan measurements using picoseconds
and nanoseconds pulses. These measurements provided values of the crosssection
of the cis conformation, which are difficult to be quantified due to the short
lifetime of this isomer.
Besides ressonant results, experiments of two-photon absorption in the
femtosecond regime using the Z-scan technique were made. These studies shown
the dependence of the two photons absorption cross-section on structural features
of molecules such as conjugation length, push-pull groups and planarity.
The ressonant and nonressonant results obteined with femtoseconds have
provide the calibration of the Z-scan technique with white light pulses. This
technique has been found able to obtain the spectra of ressonat and nonressonant
nonlinearities in a single measurement (about 5 minutes), diminishing laser
fluctuation during the experiment.
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Publishing Date
2005-04-08