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FECYTMAT, 26, 29 y 30 de abril de 2013 1

EL GRAFENO Y LOS LÁSERES

Autores MIGUEL ANTON REVILLA

EDUARDO CABRERA GRANADO FERNANDO CARREÑO SANCHEZ

OSCAR GOMEZ CALDERON ISABEL GONZALO FONRODONA JOSÉ MANUEL GUERRA PEREZ SONIA MELLE HERNÁNDEZ

MARGARITA SANCHEZ BALMASEDA ROSA WEIGAND TALAVERA

Grupo UCM de Física del Láser, Óp7ca Cuán7ca y Óp7ca No Lineal Dpto. Óp7ca

Fac. Ciencias Físicas y Fac. Óp7ca y Optometría


Ac7vidad del grupo

Láseres

Interacción radiación-materia. Optica no lineal, fotónica

Teórico

Experimental

Láseres de estado sólido cw, µs, ns, fs. Nd:YAG Nd:YLF Titanio:Zafiro (6 fs) Colorantes Rubí Láseres de fibra

Procesos Amplificación de radiación Absorción a dos fotones Saturación de la absorción Efecto Kerr óptico Luz lenta en fibras ópticas Quemado espectral


Grafeno. Fundamentos

Síntesis física: Exfoliación CVD (chemical vapour deposition) Crecimiento epitaxial en SiC…. Síntesis química: Reducción de GO Sonicación de grafito….

Propiedades ópticas

1. Igual absorción lineal (2.3 %) a todas las frecuencias

2. Presenta absorción saturada

Propiedades eléctricas y mecánicas


Láseres pulsados con grafeno

Graphene Saturable Absorber Mirror

Monocapa de grafeno Transferido por Graphenea

Laser Phys. 23 (2013) 025003

Absorción saturada = Interruptor Óptico

Conmutación de ganancia Bloqueo de modos


Potencias y duraciones típicas para micromecanizado. General para cualquier longitud de onda, es decir para cualquier láser Se puede modificar un láser ya fabricado Se obtienen pulsos desde µs a ps

Modelización teórica


Láseres de fibra Comunicaciones ópticas, metrología, diagnóstico biomédico λ(Er3+)@1.5 µm 8 MHz


Óp7ca ultrarrápida en grafeno

Oscilador láser de Titanio:zafiro Diseño propio Pulsos de 6 fs a 80 MHz 1 nJ/pulso

I≈2×1014 W/m2

Efecto Kerr en grafeno

€

E =2

ncε0I ≈109 V/m

P = ε0(χ(1)E + χ(2)EE + χ(3)EEE + ...)

Z-scan

Dinámica de portadores

€

n = n0 + n2I


NaGdF4:Er3+/ Yb3+, 35 nm

UCNP: upconversion nanoparticle

Excitación IR, Fluorescencia VIS

FRET eficiente entre UCNPs y GO: Plataforma biosensora altamente sensible

Inhibición de la fluorescencia producida por complejos aptámero-UCNPs-GO

UCNPs y GO para biosensores FRET: Fluorescence Resonant Energy Transfer


Intercambio de energía entre un QD y una hoja de grafeno Sistema: un único QD cerca de una hoja monocapa de grafeno (nanodisco 8-15 nm), embebidos en el cristal fotónico. El QD se modeliza como un sistema atómico tipo Λ. El cristal fotónico modifica el ritmo de decaimiento espontáneo del QD. La capa de grafeno en forma de disco soporta oscilaciones de carga localizadas inducidas por el campo de control (E0

2) y el de prueba (E03).

Transferencia de energía (WQD) debida a la interacción entre las excitaciones ópticas en el QD y el nanodisco de grafeno.

Phys. Rev. B 86 125452 (2012)


Aumento de la absorción a dos fotones en nanocompuestos grafeno-‐QD Un único QD está colocado cercano a una hoja monocapa de grafeno. El voltaje aplicado a la capa de grafeno cambia la resonancia plasmónica. •  El QD se excita con un láser IR (ω). •  El disco de grafeno presenta oscilaciones de carga inducidas por el láser. La frecuencia del plasmón satisface: ω21=2ωsp.

•  El coeficiente de absorción a dos fotones del QD depende fuertemente de la separación R y del voltaje Vg.

Phys. Rev. B (April, 2013), enviado


Agradecimientos

Financiación Nacional: FIS2009-07870 Desarrollo de un oscilador láser de Ti:zafiro de una octava de espectro, estabilizado en fase y aplicaciones.

FIS2010-22082 Memorias Cuánticas de banda ancha en nanomateriales fotónicos

Financiación autonómica: GR35/10-A

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