Study of nonlinear optical properties of semiconductors via pulse shaping

Técnicas de formatação de pulsos permitem o controle das propriedades espectrais e temporais de um feixe laser criando novas possibilidades de estudo da interação luz-matéria. Neste trabalho estudamos as propriedades ópticas não-lineares via formatação de pulsos ultracurtos de três semicondutores: Óxido de Zinco, Silício e Nitreto de Gálio; em três abordagens diferentes. Discutimos também as consequências da distorção de fase em processos não lineares devido à natureza discreta do dispositivo modulador. Primeiramente, investigamos a otimização da emissão excitônica em um cristal de Óxido de Zinco através de uma técnica de otimização que utiliza algoritmo genético, observamos que a fase espectral que otimiza o processo cria um perfil temporal do pulso que indica um acoplamento do tipo éxciton-fônon no cristal. Estudamos ainda o efeito da aplicação de uma máscara de fase senoidal, criando um trem de pulsos, no processo de formação de estruturações superficiais periódicas induzidas a laser no Silício - o fator de eficácia das estruturações foi controlado através dos tempos de separação entre os sub-pulsos, resultado que pôde ser interpretado usando a teoria de Sipe-Drude. Por fim, estudamos a influência da formatação de pulsos em processos de absorção multi-fotônicos em um filme fino de GaN onde verificamos, inicialmente, que o material apresenta um coeficiente de absorção não-linear atípico. Modelamos este comportamento usando equações de taxa e investigamos sua modificação aplicando uma fase quadrática.Pulse shaping techniques allows the control of spectral and temporal properties of a laser beam, creating new possibilities for the study of the light-matter interaction. In this work we study the nonlinear optical properties, via ultrashort pulses, of three semiconductors; Zinc Oxide, Silicon and Gallium Nitride in three different approaches. We also discuss the consequences of phase distortion in nonlinear processes due to the discrete nature of the light modulator device. Initially, we investigated the optimization of exciton emission in a zinc oxide crystal through using a genetic algorithm; we observed that the spectral phase that optimizes the process creates a temporal pulse profile that indicates an exciton-phonon coupling in the crystal. We also studied the effect of the application of a sinusoidal phase mask, creating a pulse train, in the process of laser induced periodic surface structures in Silicon; the efficacy factor of the produced structures was controlled through the separation time between the sub-pulses and interpreted using the Sipe-Drude theory. Finally, we study the influence of pulse shaping on multi-photon absorption processes in a thin film of GaN; we found, initially, that the material exhibits an atypical nonlinear absorption coefficient. We model this behavior using rate equations and investigate its modification by applying a quadratic phase