Guías ópticas activas de polímero con puntos cuánticos coloidales
- Autores: Henry Gordillo Millan
- Directores de la Tesis: Juan Pascual Martínez Pastor (dir. tes.), Isaac Suárez Álvarez (dir. tes.)
- Lectura: En la Universitat de València ( España ) en 2013
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Miguel Vicente Andrés Bou (presid.), Salvador Sales Maicas (secret.), Gines Lifante Pedrola (voc.)
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- Resumen
En este trabajo se propone la integración de nanoparticulas semiconductoras coloidales en matrices de polímero para desarrollar nanocomposites que puedan ser utilizados en nuevos dispositivos fotónicos, y en particular como núcleos de guías de onda activas. De esta manera se dispersaron distintas familias de QDs (de CdSe, CdTe, CdS y PbS) y QRs (CdSe-CdS y PbS-CdS) en matrices de polímero (PMMA y SU-8), con el fin de demostrar que los nanocomposites elaborados a partir de estos materiales pueden funcionar como núcleos en guías de onda. En primer lugar se fabricaron y caracterizaron guías de onda planas, estudiando la dependencia de las propiedades de propagación de la luz con la concentración de QDs de CdSe en la matriz de PMMA. Se observó que el factor de llenado aumenta las pérdidas en la propagación, encontrando que para esos QDs se obtiene un guiado óptimo con factores de llenado entre 10-3 y 10-4. Al utilizar tales concentraciones de QDs en los nanocomposites se consiguió guiar PL a través de la capa, no solo acoplando el bombeo óptico a 405 nm desde el canto sino también desde la superficie superior de las guías. Mediante bombeo óptico desde la superficie superior es posible estimar la ganancia y pérdidas en las guías de onda (método VSL), y para ello se ha realizado un modelo que explica la saturación de ganancia con la longitud de la guía. Se ha encontrado un crecimiento en la ganancia y las pérdidas con la concentración de QDs en los nanocomposites. Sin embargo, no se obtuvo ganancia neta debido a que los efectos de reabsorción causados por el solapamiento entre los espectros de absorción y emisión de PL no permiten que los valores de ganancia superen a las pérdidas. Las guías de onda planas fueron elaboradas incorporando otras familias de QDs con el fin de obtener PL guiada a otras longitudes de onda. Se utilizaron para este propósito QDs de CdTe, CdS y PbS, en lugar de los de CdSe, encontrando resultados similares en lo referente a las condiciones de propagación de la luz en las guías. Esto indica que las condiciones encontradas para el guiado óptimo pueden ser extrapoladas a capas de nanocomposites que integren otros QDs sintetizados de forma similar. Como ulterior desarrollo de los resultados anteriores se demostró que es posible la incorporación de más dos o más tipos de QDs en la misma guía de onda de PMMA, obteniendo guiado de luz multicolor y observando que, al ajustar de forma conveniente las proporciones de QDs de CdS, CdTe y CdSe en el nanocomposite, es posible controlar las componentes de color de la señal de emisión a la salida de la guía, pudiéndose obtener incluso la emisión de luz blanca. Se han fabricado guías de onda bidimensionales dispersando nanopartículas de CdSe y de PbS en una matriz de SU-8, obteniendo PL guiada en estas estructuras y encontrando unas condiciones de guiado similares a las anteriores. En estos nanocomposites existe emisión de luz parásita propia de la resina SU-8. Se han realizado pruebas con estructuras de guías mixtas o bicapa, que combinen una capa pasiva sobre una activa elaborada a partir del nanocomposite de CdSe/PMMA. Se estudiaron dos estructuras diferentes, una estructura plana depositando una capa de PMMA sobre la capa activa y otra fabricando guías bidimensionales de SU-8 (de esta forma se minimiza la emisión parásita de la resina). Se encontró que la PL proveniente de los QDs de CdSe en la capa activa se acopla a las capas pasivas de PMMA y SU8, obteniéndose una mayor señal a la salida, debido a que es posible minimizar las pérdidas de propagación de la PL y del bombeo óptico. En el caso de la estructura SU-8/CdSe-PMMA es interesante decir que la PL queda confinada en la guía bidimensional (y se minimiza la emisión parásita de la resina). Finalmente, se han fabricado guías de onda planas con nanocomposites que integran QRs de CdSe-CdS y PbS-CdS en matrices de PMMA. Este tipo de nanopartículas exhiben un solapamiento cuantitativamente inferior entre los espectros de emisión y absorción, dado que el borde de absorción asociado a la cubierta es mucho más importante que el asociado al núcleo (donde se produce la emisión de forma exclusiva). Por ello, se encontraron unos valores de ganancia mayores que usando QDs, junto a unos valores de pérdidas más reducidos. Todo ello hace pensar que con este tipo de QRs es posible obtener ganancia neta en las guías de onda. De hecho, en guías de onda de CdSe-CdS/PMMA con factores de llenado alto se llegaron a medir estrechamientos de los espectros de PL guiada al aumentar la potencia de bombeo, lo cual es indicativo de emisión estimulada. Por tanto, se propone continuar con este tipo de nanopartículas en investigaciones futuras encaminadas al desarrollo de capas para amplificación óptica y láseres (con bombeo óptico o incluso eléctrico).
