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    Caracterización de cristales no lineales y su uso en la caracterización de pulsos ultracortos
    (2022) Hidalgo Rojas, Diego Mauricio; Seifert, Birger; Pontificia Universidad Católica de Chile. Instituto de Física
    Los cristales no lineales se usan ampliamente en la óptica no lineal y en la caracterización de pulsos. Estos cristales no lineales suelen ser materiales birrefringentes, ya que su anisotropía óptica da mayor facilidad para obtener altas eficiencias en fenómenos como la conversión de armónicos, por ejemplo, generación del segundo armónico y del tercer armónico. Durante bastante tiempo se han estudiado y utilizado cristales inorgánicos u orgánicos, siendo los primeros los más comunes en el comercio. No obstante, existe un nuevo material que debido a su gran respuesta no lineal teórica es un buen candidato para ser un cristal no lineal ideal, capaz de ser ajustado en su composición para mejorar la eficiencia en ciertas longitudes de ondas, estos cristales son los “metal-organic framewroks” MOFs, los cuales son cristales híbridos que poseen en su estructura iones metálicos unidos con ligandos orgánicos. Los cristales no lineales se han utilizado en varios experimentos, uno de estos es la caracterización de pulsos ultracortos. Esto abrió un área que parecía estancada por la imposibilidad de obtener, desde la electrónica, la información completa de un pulso. Con los cristales no lineales se comienzan a utilizar fenómenos no lineales en diferentes métodos para obtener una señal y reconstruir el pulso en base a ésta, lo que se conoce como problema inverso. En esta tesis se muestran dos investigaciones relacionadas por el uso de cristales no lineales. Primero se estudia un MOF sintetizado en la Universidad de Santiago de Chile llamado Zn(3 − ptz)2. El tamaño de las muestras resultan ser mayores a 1 mm dando la posibilidad de estudiar tanto la birrefringencia como la generación del segundo armónico de manera precisa y sin métodos que utilicen polvos, esto es, estudiando muestra por muestra de manera individual. De esta forma fuimos capaces de caracterizar lineal y no linealmente el cristal, coincidiendo con varios resultados calculados teóricamente. Además, se muestra por primera vez en cinco años de estudios, la generación del tercer armónico en este cristal. La segunda investigación se basa en el uso de un cristal no lineal comercial en la caracterización de pulsos ultracortos con un método no interferométrico y usando un algoritmo directo, dando mayor rapidez en la obtención de los resultados, se reconstruyeron pulsos complejos generados con un “pulse shaper” obteniendo errores menores al 1 %. De esta forma, no solo hemos caracterizado un nuevo cristal no lineal de gran tamaño, si no que además hemos reconstruido pulsos utilizando un cristal no lineal comercial.
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    Caracterización de propiedades clásicas y cuánticas de pulsos de femtosegundos
    (2017) Rojas Aedo, Ricardo; Seifert, Birger; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Física
    Este informe de tesis versa sobre propuestas hacia la caracterización de las propiedades clásicas y cuánticas de pulsos de femtosegundos, que en principio pueden ser expandidas a pocos pico segundosy a atto segundos, al menos en su sentido conceptual. El texto principalmente analizará en detalle el método de caracterización de propiedades clásicas de pulsos, basado en la mezcla no lineal de diferentes trenes pulsados, llamado FROG, reinterpretando el campo mezcla, desde una perspectiva clásica, donde se desarrolla una nueva técnica de caracterización analítica y no interferométrica llamada “VAMPIRE analítico” , y otra perspectiva cuántica, donde surge una propuesta para el análisis de las propiedades cuánticas internas de pulsos haciendo uso de esquemas tipo FROG . Por completitud en la última línea, además se comentará como generar estados cuánticos interesantes (no-coherentes), y los resultados obtenidos experimentalmente en el laboratorio, con pulsos de femtosegundos utilizando fibras ópticas.
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    D-SCAN de múltiples reflexiones para mediciones rápidas de pulsos ultracortos
    (2024) Capdeville Lienqueo, Francisco Hernán; Seifert, Birger; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Física
    La caracterización de pulsos ultracortos es esencial para comprender y optimizar procesos ópticos avanzados, como optimización de láseres ultracortos, información cuántica, el control de fenómenos ultrarrápidos, entre otros. En este trabajo se hizo una revisión de distintos métodos de caracterización hasta llegar al que se utilizó en la investigación, el método de “Escaneo de dispersión” (D-scan, del inglés Dispersion scan) con el cual se quiso caracterizar pulsos generados por un oscilador de Titanio-Zafiro con bloqueo de modos por lente Kerr. Aunque este láser puede producir pulsos de 800 nm de longitud de onda central y 70 fs de duración, también se puede modificar para generar pulsos más largos, en específico de 100 fs de duración y centrado en 820 nm debido a que esta era la brecha no cubierta en la literatura por d-scan en su versión de disparo ´único, al ser difícil generar un intervalo de dispersión que permita caracterizar estos pulsos largos. Bajo esta premisa se innovó en una nueva variación de este método implementando experimental un sistema de múltiples reflexiones (MR) diseñado para incrementar la sensibilidad y rango de dispersión del método d-scan, aprovechando reflexiones sucesivas en “acopladores de salida” (OCs, del inglés output couplers). Para una caracterización más interesante se generaron doble pulsos con una separación temporal de 270 fs entre subpulsos. Los pulsos se reconstruyeron utilizando las mediciones de espectrogramas d-scan y modelos teóricos basadas en pulsos sin chirp. Para esto se empleó un algoritmo de búsqueda aleatoria, mostrando una alta concordancia y errores de reconstrucción inferiores al 5 %. Además, se exploraron las implicaciones de dispersión en medios ópticos, incluyendo prismas y otros materiales. Al igual que la búsqueda de nuevas variaciones del método de MR d-scan en donde no existan perdidas importantes en la reflexiones de los OCs. Este trabajo resalta la robustez del método d-scan para caracterizar pulsos ultracortos, demostrando su aplicabilidad en sistemas ópticos y validando su utilidad como herramienta para investigaciones en óptica.
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    Direct reconstruction of two ultrashort pulses based on non-interferometric frequency-resolved optical gating
    (OSA - The Optical Society, 2021) Hidalgo-Rojas, Diego; Rojas-Aedo, Ricardo; Wheatley, Robert A.; Gence, Loik; Seifert, Birger
    © 2021 Optical Society of America.We describe a non-interferometric ultrashort-pulse measurement technique based on frequency-resolved optical gating (FROG) with which pulses can be reconstructed directly, i.e. non-iteratively. Two different FROG spectrograms are measured, which represent the only information required to reconstruct the amplitudes and phases of two independent input pulses. The direct reconstruction method is demonstrated with a single-shot FROG setup used to obtain the spectrograms generated from two synchronized input pulses. To demonstrate and determine the reconstruction quality for complex pulses, a programmable pulse shaper is used to modify the pulses sourced from a Kerr-lens mode-locked Ti:sapphire oscillator.
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    Effect of bone age and anatomy on the variability of the bovine bone by-product by Terahertz time-domain spectroscopy and energy-dispersive X-ray microanalysis
    (2024) Wahaia, Faustino; Kasalynas, Irmantas; Karaliunas, Mindaugas; Urbanowicz, Andrzej; Seifert, Birger; Valusis, Gintaras; Ferraro, Vincenza
    Bone is among the main by-products of the meat and dairy livestock. Currently, in many countries, it is valorised in pet food, disposed through incineration or exported. However, thanks to its biological and mechanical properties, it could be used in several bio-based products such as coatings, packaging, phosphorous, calcium and magnesium supply, flame retardants, etc. Successful valorisations routes of discarded bones need a comprehensive characterization of the bone tissue variability with major biological factors such as age of the animal and the anatomy of the bone itself. In this study, this variability was assessed through Terahertz time-domain spectroscopy and energy dispersive X-ray microanalysis. Bones optical properties (refractive index and absorption coefficient) and main minerals (calcium and phosphorous), were determined for adult cows' femurs and tibias, from the same breed and breeding system and in the age range 93-120 months. Clustering analysis was then carried out, by unsupervised statistical tools (Principal Component Analysis and Agglomerative Hierarchical Clustering). Results showed that the bones considered can be grouped in two classes, represented by each anatomy; besides, the anatomy was most significant than age. The refractive index increased with age and was higher for femur; the cluster of tibias was more homogeneous than femurs. The THz radiation showed to be a useful and non-destructive tool to assess bovine bones variability and also their optical properties. This radiation could be applied to the predict animal bone components (collagen and minerals) extractability so as to valorise each cluster according to its potential.
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    Local sampling of the quantum phase-space distribution of a continuous-wave optical beam
    (2012) Wallentowitz, Sascha; Seifert, Birger; Godoy Montecinos, Sergio Juan Pablo.
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    Mimicking anti-correlations with classical interference
    (2013) Godoy Montecinos, Sergio Juan Pablo.; Seifert, Birger; Wallentowitz, Sascha
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    Multiple-reflections single-shot dispersion scan for fast ultrashort-pulse measurements
    (2024) Capdeville, Francisco; Villanueva, Fernando; Hidalgo Rojas, Diego Mauricio; Wahaia, Faustino; Wheatley, Robert; Wallentowitz, Sascha; Volkmann, Ulrich; Seifert, Birger
    A single-shot non-interferometric ultrashort-pulse measurement method based on the dispersion scan (d-scan) technique with a substantially extended time span for the pulses to be measured is presented. While single-shot d-scan is typically used for rather short femtosecond pulses, the presented multiple-reflections d-scan (MR d-scan) technique allows measurement of both short and long femtosecond pulses. Single-shot d-scan is currently limited to pulses with a maximum duration of 60 fs using a chromatic dispersion, i.e., a group delay dispersion (GDD) of 4400 fs2 at 840 nm provided by customized random nonlinear crystals. MR d-scan achieves a GDD of 31100 fs2 at 820 nm in this work, but can generally achieve an increase in GDD of up to two orders of magnitude. MR d-scan works with commonly available output couplers, does not rely on a homogeneous, precisely imaged beam profile and has an in-line configuration. As an example, long femtosecond double pulses are measured and reconstructed.
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    Optical properties of millimeter-size metal-organic framework single crystals using THz techniques
    (2025) Wahaia, Faustino; Kasalynas, Irmantas; Pashnev, Daniil; Valusis, Gintaras; Urbanowicz, Andrzej; Karaliunas, Mindaugas; Singh, Dinesh Pratap; Wallentowitz, Sascha; Seifert, Birger
    Metal-organic frameworks (MOFs) crystals are promising emerging materials for terahertz (THz) photonics i.e., for THz wave generation through difference frequency or optical rectification and electrooptic detection, including optical components for THz beam steering. The present work reports optical properties of three different non-centrosymmetric single MOF crystals, grown by an innovative solvo-thermal technique with tunable morphology, termed MOF [Zn(3-ptz)2]n (MIRO-101). THz time-domain spectroscopy (TTDS) in the range of 0.25 - 1.5 THz has been used for the measurement of the transfer function, H(w) of these MOF crystals. Through this experimental function Hexp(w), optical parameters such as refractive index, nMOF(w) and absorption coefficient, aMOF(w) have been calculated for the analysis of the optical properties of this crystal. The results indicate that this MOF crystal offers opportunities for long-term exploration of properties toward the creation of novel nonlinear THz photonics materials, as a THz radiation emitter via Different Frequency Generation (DFG) or Optical Rectification (OR) and Electro-optic (EO) detection via optical sampling, including for its use in optoelectronics, and materials science.
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    Phase and intensity retrieval of ultrashort laser pulses with single-shot VAMPIRE
    (2014) Sperlich, Karsten; Seifert, Birger; Stolz, Heinrich
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    Phase structure of soliton molecules
    (2007) Hause, A.; Seifert, Birger
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    Phase-Coherent Optical Frequency Up-Conversion with Millimeter-Size Zn(3-ptz)2 Metal-Organic Framework Single Crystals
    (2023) Hidalgo-Rojas, Diego; Garcia-Garfido, Juan; Enriquez, Javier; Rojas-Aedo, Ricardo; Wheatley, Robert Alastair; Fritz, Ruben A.; Singh, Dinesh P.; Herrera, Felipe; Seifert, Birger
    Metal-organic frameworks (MOFs) have emerged as candidate materials for nonlinear optics due to their enhanced optical and chemical stability in comparison with conventional organic crystals. However, producing large single crystals that support perfect phase matching conditions for frequency conversion is a long-standing challenge due to the highly metastable conditions in which MOF crystals tend to self-assemble in solution. By modulating the synthesis and growth conditions, this limitation is overcome to produce millimeter-sized Zn(3-ptz)(2) uniaxial MOF single crystals. Optimized MOF crystals with large birefringence in the visible & UDelta;n & AP; -0.3 and high transparency allow for the observation of strong second-harmonic (SHG) and third-harmonic generation (THG) signals for the first time, using femtosecond near-infrared pump pulses. For conditions of type-I SHG phase-matching, the measured effective nonlinear coefficient of Zn(3-ptz)(2) is d(eff) & AP; 0.10 pm V-1, the largest measured nonlinearity for MOF materials to date. The experiments quantitatively agree with first-principles simulations based on the crystal lattice structure. The damage threshold is estimated on the order of 0.2 TW cm(-2) for raw single crystals, which can be further increased with additional crystal engineering steps. The demonstration of efficient frequency up-conversion of light with long-range phase coherence establishes MOF single crystals as promising materials for nonlinear optical devices.
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    Spectrographic phase-retrieval algorithm for femtosecond and attosecond pulses with frequency gaps
    (2014) Seifert, Birger; Wallentowitz, Sascha; Volkmann, Ulrich
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    Structural, optoelectronic and photo-thermoelectric properties of crystalline alloy CuAlxFe1-xO2 delafossite oxide materials
    (2020) Wheatley, Robert Alastair; Roble Albeal, Martín Cristián; Gence, Loik; Acuña Porras, Camilo; Guzmán de la Cerda, Diego José Edgardo; Vojkovic Lagno, Smiljan Andrej; Seifert, Birger; Wallentowitz, Sascha; Volkmann, Ulrich; Díaz, Donovan; Rojas Aedo, R.; Hidalgo Rojas, D.
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    Surface Morphology of Vapor-Deposited Chitosan : Evidence of Solid-State Dewetting during the Formation of Biopolymer Films
    (2016) Retamal Ponce, María José; Corrales, Tomás P.; Cisternas, Marcelo; Moraga, Nicolás; Díaz, Diego; Catalán, Rodrigo; Seifert, Birger; Huber, Patrick; Volkmann, Ulrich
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    Trim-to-Coherence Fourier Transform
    (2009) Bohm, M.; Seifert, Birger