Extreme ultraviolet wave mixing processes: insights from nonlinear optics

Abstract

La interacción de la luz con átomos, moléculas y materiales ha dado lugar a importantes avances tanto en la teoría como en las ciencias aplicadas, incluidos campos como la nanotecnología y la ciencia de los materiales. Sin embargo, a pesar de los avances en esas áreas, nuestra comprensión de los procesos no lineales en rangos de energía como la radiación ultravioleta extrema (XUV en inglés) sigue siendo limitada. Este trabajo se enfoca en investigar un proceso no lineal en particular: la generación de segundos armónicos, en el régimen ultravioleta extremo, utilizando el marco teórico de la óptica no lineal. La exploración comienza con conceptos establecidos sobre la propagación de ondas dentro de cristales uniaxiales, prestando especial atención al cristal niobato de litio (LiNbO3). Posteriormente, el marco teórico desarrollado se valida experimentalmente en el régimen visible. Tras este proceso de validación, se realizan modificaciones al modelo para incluir la absorción, un proceso físico que ocurre al trabajar con altas energías como en el XUV. Con la absorción integrada en el modelo, en esta tesis se examinan dos geometrías: la geometría de transmisión y la geometría de reflexión. Para evaluar el comportamiento del modelo en la geometría de transmisión, se realizan simulaciones de la Teoría del Funcional de Densidad para obtener los parámetros relevantes como el índice de refracción y los coeficientes no lineales. La geometría de transmisión indica que las películas delgadas de LiNbO3 de 0.1 μm a 0.2 μm pueden generar una potencia de segundo armónico medible.