Investigando processos ópticos não lineares através de medidas ópticas
lineares
Augusto Sousa Forzan Siqueira, Marcelo G. Vivas
Estudante de IC (Instituto de Ciência e Tecnologia - ICT / Bacharelado Interdisciplinar em Ciência e
Tecnologia) E-mail: [email protected]
Introdução: O processo de absorção de dois fótons (A2F) é um fenômeno óptico não linear no qual dois
fótons são absorvidos por átomos, moléculas ou gases no mesmo evento quântico [1] . A A2F permite
variadas aplicações tecnológicas como: microscopia óptica de alta resolução, fabricação de nanodispositivos poliméricos, armazenamento óptico de informação tridimensional [1].
Materiais e métodos: Embora para observar o efeito de A2F seja necessário o uso de lasers ultrarrápidos,
existe uma maneira de estimar a probabilidade de este efeito ocorrer utilizando apenas medidas de absorção
e fluorescência. De acordo com a Teoria de Perturbação Dependente do Tempo de segunda ordem, a seção
de choque de absorção de dois fótons máxima pode ser escrita como [1]:
(1)
 2 5
 0 1   max  
2 PA
2
2
2 max
L4 01 01 g01
,
5  nhc 2
Na Eq. (1) a função forma de linha normalizada e o momento de dipolo de transição podem ser obtidos
diretamente do espectro de absorção linear usando a seguinte Eq.:
(2)
2
max
01 g01

3 103 ln 10  hc n max  01 
,
 23 N A L2 01
A diferença entre o momento de dipolo permanente do primeiro estado excitado e fundamental, 01 ,pode
ser obtido, na interação de dipolo elétrico, a partir de medidas do deslocamento de Stokes dado por:
(3)
3

2
01 
4
hc
F
vol ,
O parâmetro /F pode ser obtido realizando medidas de absorção e fluorescência em distintos solventes.
Vol é o volume da cavidade molecular assumida como esférica, obtida através de cálculos baseados em
química quântica. Neste contexto, como sabemos que a banda de mais baixa energia é descrita por apenas
um estado eletrônico, podemos obter a seção de choque de A2F do estado fundamental para o primeiro
estado excitado substituindo as Eqs. (2), (3) em (1) de tal forma que:
 0 1
A2 F max 
 01  
3
  
6 3 10 ln 10 L2 
vol max 01 .
5
NA
n F
 01
(4)
Seção de choque de A2F/ SS (GM)
Resultados: A Figura 1 mostra um resultado experimental obtido para moléculas orgânicas comparando a
acurácia do método indireto baseado em medidas solvatocrômicas (Eq. (4)) com aquelas obtidas diretamente
a partir da técnica óptica não linear (Varredura-Z) com pulsos de femtossegundos. Observa-se uma boa
concordância entre os dados.
200
160
120
80
40
40
80
120
160 200
Seção de choque de A2F/ VZ (GM)
Figura 1 – Comparação entre as seções de choque de A2F.
Conclusão: Em resumo, o método baseado em medidas ópticas lineares é uma boa técnica para estimar a
magnitude do efeito óptico não linear como A2F.
Financiamento: FAPEMIG, CNPq e CAPES.
Referências: [1] Vivas, M. G., et. Al.2013, Revealing the Electronic and Molecular Structure of Randomly
Oriented Molecules by Polarized Two-Photon Spectroscopy, J. Phys. Chem. Letters, 4: 1753-1759.
Alfenas – MG – Brasil
12, 13 e 14 de novembro de 2015