RICERCA ITALIANA     

Sintesi e analisi delle proprieta' ottiche e strutturali di materiali a matrice vetrosa inorganica in relazione alla nonlinearita' ottica derivante da poling termico e UV

Università degli Studi di Napoli "Federico II"

Abstract

L'obbiettivo di questo progetto è la preparazione e la caratterizzazione di materiali vetrosi inorganici innovativi adatti per essere sottoposti a poling, al fine di ottenere l'attività ottica non-lineare. Per raggiungere tale obbiettivo sarà necessario:
1) Comprendere i meccanismi che sono alla base del poling nei vetri;
2) Studiare approfonditamente l'influenza della tecnica di preparazione dei vetri sul poling (sol-gel, fusione, ....).
3) Studiare l'influenza della presenza, nella matrice vetrosa, di particelle nanometriche (cluster metallici, nanoparticelle amorfe e cristalline) sul meccanismo di poling.
4) Investigare l'influenza delle differenti tecniche di poling (termico o UV) sulla struttura dei vetri studiati.
Infine sarà di grande importanza interpretare gli effetti microscopici responsabili del comportamento non-lineare al fine di ottimizzare la procedura di poling.
Saranno prodotti sia vetri a base di silice che non. I vetri prodotti saranno caratterizzati mediante analisi termica differenziale, risonanza elettronica di spin, spettroscopia UV-VIS-IR e Raman, XRD e microscopia elettronica sia prima che dopo il processo di poling.

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca

Pasquale PERNICE Università degli Studi di NAPOLI "Federico II"

Obiettivo del Programma di Ricerca

Scopo del lavoro proposto è lo STUDIO FONDAMENTALE DEI MECCANISMI DI INSORGENZA DI PROPRIETA' OTTICHE NON-LINEARI DEL SECONDO ORDINE IN MATERIALI VETROSI NANOSTRUTTURATI al fine di controllarle ed ottimizzarle. In questo modo nuovi materiali potranno essere ingegnerizzati per ottenere materiali vetrosi con non-linearità comparabili con quelle dei migliori cristalli compiendo un fondamentale passo verso dispositivi pratici quali duplicatori di frequenza "all-fibre" ed a guida d'onda, convertitori di frequenza parametrici, modulatori elettroottici, deviatori e sensori di campo elettrico.
Al fine di raggiungere questo scopo ambizioso, il progetto vede impegnati gruppi di ricerca Italiani tra i più importanti nel campo dei vetri per la fotonica. Alcuni sono leader nella ricerca fondamentale della scienza dei vetri, una competenza che potrà essere utilizzata per lo sviluppo di nuovi materiali ottimizzati per il poling. La combinazione di queste diverse competenze permetterà di ottenere un significativo avanzamento delle conoscenze in questo campo.
Al fine di estendere l'applicabilità del poling si comincerà con il migliorare la comprensione di base del processo di poling per potere successivamente ottimizzare il materiale. Questo richiede un'estesa investigazione strutturale spettroscopica ed un confronto iterativo tra la teoria e i risultati sperimentali.
Molti partecipanti a questo progetto sono anche coinvolti in progetti UE (e.g. IST) e potranno >>>

Risultati parziali attesi

Attività 1: preparazione di vetri nanostrutturati contenenti particelle metalliche mediante diffusione del metallo in vetri commerciali e/o nuovi vetri. Almeno 5 vetri nanostrutturati (il bulk o in film) contenenti Ag o Au, saranno mandati alle R.U.2 e R.U.3 per il poling e la caratterizzazione.

Attività 2:Sintesi mediante fusione di vetri nanostrutturati: saranno preparati almeno una serie di vetri speciali (più di 3 differenti composizioni) e, mediante opportuni trattamenti termici, una serie di vetri nanostrutturati (con nanostrutture a differente grado di crescita e per differenti composizioni), per una preliminare (RU1,2,3) caratterizzazione strutturale, elettrica e per il poling.

Attività 3: Sintesi via sol-gel di vetri e vetroceramici nanostrutturati: saranno preparati almeno una serie di vetri bulk o film (con più di 3 diverse composizioni) ed una serie di vetroceramici nanostrutturati (con più di 3 composizioni differenti) per una caratterizzazione preliminare (RU 1,2,3), per la pulitura ottica e per il poling.La messa a punto delle apparecchiature per il poling termico ed UV poling. Prove preliminari con materiali di riferimento in forma di bulk (silice pura o altri vetri precedentemente studiati) e confronto con analoghe prove eseguite presso qualificati laboratori (ORC). Poling dei materiali prodotti in questo progetto.Si definirà una procedura efficiente di qualificazione delle caratteristiche strutturali e ottiche dei materiali >>>

Durata

24 mesi

Base di partenza scientifica nazionale o internazionale

I sistemi completamente ottici sono la migliore risposta per l'esigenza di gestione di grossi flussi di dati, che costituisce il nocciolo della moderna società dell'informazione (ad esempio il network metropolitano ed i computer ottici). In questo contesto, mentre le fibre ottiche e/o le guide d'onda integrate forniscono un'eccellente soluzione per i dispositivi ottici a basso costo, per le funzionalità attive non-lineari, quali i deviatori ottici (ad esempio i network urbani richiedono protezioni contro la rottura di fibre ed il guasto dei trasmettitori), la modulazione (e.g. display e sensori), la rotazione o la conversione di lungezza d'onda, sono richiesti i materiali cristallini, quali il litio niobato ed i semiconduttori.
Le proprietà ottiche non-lineari di un materiale in un sistema mono-dimensionale sotto un campo elettromagnetico, E, derivano da una polarizzazione, P, che può essere espressa in termini di suscettibilità macroscopica, chi, e di campo elettrico applicato, E [1]:
P=epsilon0[chi(1)E+chi(2)EE+chi(3)EEE+...]
Dove epsilon0 è la permittività nel vuoto. In questa espansione chi(1) è la suscettibilità dielettrica normale o lineare del mezzo e contribuisce a tutti i fenomeni associati con l'ottica lineare quali la riflessione, la rifrazione, l'interferenza etc. Il termine chi(1) è molto più grande dei termini non-lineari chi(2), chi(3) e così via. Quella parte della polarizzazione associata con i termini dal secondo ordine in su da luogo a >>>