Progettazione e Implementazione di un Microscopio a Generazione di Seconda Armonica: Esplorazione del Poling dei Domini Ferroelettrici in LiNbO3 = Design and Implementation of a Second Harmonic Generation Microscope: Exploring Ferroelectric Domain Poling in LiNbO3

La microscopia a Generazione di Seconda Armonica (SHG) è una potente tecnica di microscopia ottica non lineare che ha fatto significativi progressi nel campo dell'imaging biologico. Il principio della microscopia SHG si basa sul processo di generazione della seconda armonica, dove due fotoni si combinano in un mezzo non-centrosimmetrico ed emettono un fotone con il doppio dell'energia, quindi, con metà della lunghezza d'onda, contribuendo alla generazione di immagini ad alta risoluzione. La microscopia SHG può anche essere utilizzata per visualizzare le caratteristiche dei domini ferroelettrici, rendendola essenziale per gli studi moderni di ottica non lineare e quantistica in materiali ferroelettrici come il niobato di litio. Il poling è una tecnica utilizzata per modificare le caratteristiche dei materiali ferroelettrici, come il niobato di litio: questo metodo comporta l'applicazione di un forte campo elettrico al materiale, innescando così un processo di allineamento della polarizzazione spontanea all'interno dei suoi domini. Il poling periodico del materiale con domini alternati è fondamentale per facilitare processi ottici non lineari efficienti, dalla generazione della seconda armonica all'amplificazione parametrica ottica. Questa configurazione è progettata per facilitare il Quasi Phase Matching (QPM) all'interno del materiale, un elemento chiave per aumentare l'efficienza SHG. Notabilmente, il successo di questa tecnica dipende da vari parametri degli impulsi di polarizzazione, come la loro ampiezza, durata, tempi di salita e discesa. Per indagare più a fondo su quali di questi fattori influenzino maggiormente la qualità del poling, è estremamente utile poter immaginare la profondità dei domini ferroelettrici attraverso la microscopia SHG; lo scopo di questa Tesi di Master era di progettare un tale strumento. Per consentire la progettazione di un microscopio SHG, è stata prima raggiunta una comprensione completa dei principi fisici fondamentali alla base della generazione della seconda armonica. Ciò ha comportato l'approfondimento dei processi ottici non lineari che danno origine a questo fenomeno, consentendo una buona comprensione dei meccanismi che contribuiscono alla generazione del segnale di seconda armonica. Successivamente, è stata intrapresa un'ampia revisione della letteratura e dei fogli di dati tecnici attuali. Ciò ha permesso una comprensione approfondita dei microscopi SHG attualmente disponibili, inclusi i principi di progettazione, i componenti utilizzati e le tecniche operative impiegate. Questa revisione della letteratura ha aiutato a identificare componenti chiave e prassi standard, nonché a riconoscere potenziali aree di miglioramento o modifica. L'implementazione successiva dello strumento ha prodotto risultati soddisfacenti: il campione può essere effettivamente scandito con il nostro laser, immaginato attraverso canali a campo largo con un'adeguata ingrandimento, e può produrre un segnale SHG osservabile. In conclusione, questo microscopio SHG promette di guidare significativi avanzamenti nello studio del poling periodico nel niobato di litio e materiali correlati. Facilitando l'imaging ad alta risoluzione e non distruttivo di questi domini, questo lavoro consentirà una comprensione più profonda del comportamento del materiale dopo il poling.