Spectral relationship of photoinduced refractive index and absorption changes in fulgide films

Fulgides are one kind of organic photochromic compound, which are famous for their thermal irreversibility. In this report, from the difference spectra of the absorption A() of one kind of pyrrylfulgide, the spectral refractive index change n() was calculated by the Kramers-Kronig relation (KKR), and a good correlation of theoretically derived values and the experimental values of the n measured by a modified Michelson interferometer was found. Further, it is demonstrated that it was possible to calculate the spectral dependence of diffraction efficiency from the easily accessible absorption changes. This method will be a useful tool for the characterization and optimization of fulgide films. The results show that the diffraction efficiency is high at 488 and 750 nm, where the absorption is very small, so we can realize non-destructive reconstruction.

Degenerate Two-Photon Absorption in All-Trans Retinal: Nonlinear Spectrum and Theoretical Calculations

In this work we investigate the degenerate two-photon absorption spectrum of all-trans retinal ill ethanol employing the Z-scan technique with femtosecond pulses, The two-photon absorption (2PA) spectrum presents a monotonous increase as the excitation wavelength approaches the one-photon absorption band and it peak at 790 nm. We attribute the 2PA hand to the mixing of states (1)B(u)+-like and vertical bar S(1)>, which are strongly allowed by one- and two-photon, respectively. We modeled the 2PA spectrum by using the sum-over-states approach and obtained spectroscopic parameters of the electronic transitions to vertical bar S >, vertical bar S(2)> (""(1)Bu(+)""), vertical bar S(3)>, and vertical bar S(4)> singlet-excited states. The results were compared with theoretical predictions of one- and two-photon transition calculations using the response Functions formalism within the density functional theory framework with the aid of the CAM-B3LYP functional.

Excitation spectrum for ultrafast photogeneration of charged solitons in polyacetylene

Ultrafast photoinduced absorption by infrared-active vibrational modes is used to detect charged solitons in oriented trans-polyacetylene. Soliton pairs are photogenerated within similar to250 fs with quantum efficiencies (phi(ch)) approaching unity. The excitation spectrum of phi(ch) shows an onset at similar to1.0 eV with a weak photon energy dependence up to 4.7 eV. The results are consistent with the ultrafast soliton formation predicted by Su and Schrieffer and with the Su-Scrieffer-Heeger threshold of 2E(g)/pi for soliton pair production. The recombination dynamics of charged solitons is very fast (initial decay<1 ps) with a modest dependence on the pump photon energy.

Excitation spectrum for ultrafast photogeneration of charged solitons in polyacetylene

Ultrafast photoinduced absorption by IRAV modes is used to detect charged solitons in oriented polyacetylene. We find that soliton pairs are photogenerated within our time resolution of similar to250 fs with similar to100% quantum efficiency (phi(ch)). The excitation spectrum of phi(ch) shows an onset at 1.0 eV, with a weak photon energy dependence up to 4.7 eV. These results agree with the ultrafast soliton formation predicted by Su and Schrieffer and with the SSH threshold of 2E(g)/pi for soliton pair production.

Temperature Effect on the Two-Photon Absorption Spectrum of All-trans-beta-carotene

In this report, we investigate the influence of temperature on the two-photon absorption (2PA) spectrum of all-trans-beta-carotene using the femtosecond white-light-continuum Z-scan technique. We observed that the 2PA cross-section decreases quadratically with the temperature. Such effect was modeled using a three-energy-level diagram within the sum-over-essential states approach, assuming temperature dependencies to the transition dipole moment and refractive index of the solvent. The results show that the transition dipole moments from ground to excited state and between the excited states, which governed the two-photon matrix element, have distinct behaviors with the temperature. The first one presents a quadratic dependence, while the second exhibits a linear dependence. Such effects were attributed mainly to the trans -> cis thermal interconversion process, which decreases the effective conjugation length, contributing to diminishing the transition dipole moments and, consequently, the 2PA cross-section.

Optical Characterization of the Hole Polaron in a Series of Diketopyrrolopyrrole Polymers Used for Organic Photovoltaics

Abstract: A strategy that is often used for designing low band gap polymers involves the incorporation of electron-rich (donor) and electron-deficient (acceptor) conjugated segments within the polymer backbone. In this paper we investigate such a series of Diketopyrrolopyrrole (DPP)-based co-polymers. The co-polymers consisted of a DPP unit attached to a phenylene, naphthalene, or anthracene unit. Additionally, polymers utilizing either the thiophene-flanked DPP or the furan-flanked DPP units paired with the naphthalene comonomer were compared. As these polymers have been used as donor materials and subsequent hole transporting materials in organic solar cells, we are specifically interested in characterizing the optical absorption of the hole polaron of these DPP based copolymers. We employ chemical doping, electrochemical doping, and photoinduced absorption (PIA) studies to probe the hole polaron absorption spectra. While some donor-acceptor polymers have shown an appreciable capacity to generate free charge carriers upon photoexcitation, no polaron signal was observed in the PIA spectrum of the polymers in this study. The relations between molecular structure and optical properties are discussed. Keywords: organic solar cell; organic photovoltaic; diketopyrrolopyrrole; chemical doping; spectroelectrochemistry; photoinduced absorption; hole polaron

Probing ultrafast carrier dynamics, nonlinear absorption and refraction in core-shell silicon nanowires

We investigate the relaxation dynamics of photogenerated carriers in silicon nanowires consisting of a crystalline core and a surrounding amorphous shell, using femtosecond time-resolved differential reflectivity and transmission spectroscopy at 3.15 eV and 1.57 eV photon energies. The complex behaviour of the differential transmission and reflectivity transients is the mixed contributions from the crystalline core and the amorphous silicon on the nanowire surface and the substrate where competing effects of state-filling and photoinduced absorption govern the carrier dynamics. Faster relaxation rates are observed on increasing the photogenerated carrier density. Independent experimental results on crystalline silicon-on-sapphire (SOS) help us in separating the contributions from the carrier dynamics in crystalline core and the amorphous regions in the nanowire samples. Further, single-beam z-scan nonlinear transmission experiments at 1.57 eV in both open- and close-aperture configurations yield two-photon absorption coefficient beta (similar to 3 cm/GW) and nonlinear refraction coefficient gamma (-2.5 x 10 (-aEuro parts per thousand 4) cm(2)/GW).

Signature optique d’effet Stark dans une bicouche de CuPc:C60

Les hétérojonctions formées de deux matériaux, un donneur et un accepteur (D/A), sont la base de la majorité des mélanges photovoltaïques organiques. Les mécanismes de séparation des charges dans ces systèmes représentent aujourd'hui l'un des sujets les plus chauds et les plus débattus dans ce domaine. Nous entrons au coeur de ce débat en choisissant un système D/A à base de phtalocyanine de cuivre (CuPc) et de fullerène (C60). Pour sonder les états excités de nos molécules et obtenir de l'information sur les phénomènes à l'interface D/A, nous réalisons une expérience pompe-sonde, appelée absorption photoinduite (PIA). Nous y mesurons le changement fractionnaire de transmission au travers de l'échantillon. Les mesures de PIA sont réalisées à l'état de quasi équilibre, à T=10K. Nous observons une modulation prononcée dans la région du photoblanchiment de l'état fondamental qui nous indique que la pompe induit un décalage du spectre d'absorption de l'état fondamental. Ce décalage peut être expliqué par deux processus : soit l'échantillon est chauffé par la pompe (effet thermique) ou bien des charges sont créées à l'interface entre les deux matériaux (effet Stark). La dépendance en température du spectre d'absorption entre 10K et 290K montre une signature thermique pour un changement de température de 80K. Grâce au ratio des raies Raman anti-Stokes et Stokes, nous démontrons que la pompe chauffe l'échantillon de 34 K, température insuffisante pour attribuer notre signal à un effet thermique. Nous évaporons ensuite la bicouche CuPc/C60 sur de l'ITO et du saphir, substrats qui possèdent des conductivités thermiques différentes et nous observons le même signal de PIA, excluant par le fait même l'hypothèse de l'effet thermique. Puisque notre étude est comparable à la spectroscopie à effet Stark, nous procédons à une analyse similaire en comparant notre signal de PIA au spectre de la transmittance et à ses dérivés première et seconde. Nous observons alors que notre signal reproduit presque parfaitement la dérivée seconde de la transmittance. Ces résultats sont conformes à une signature optique d'effet Stark due à la création de charges à l'interface D/A.

Photoacoustic detection of two photon absorption in formaldehyde using pulsed dye laser

Absorption spectra of formaldehyde molecule in the gas phase have been recorded using photoacoustic (PA) technique with pulsed dye laser at various power levels. The spectral profiles at higher power levels are found to be different from that obtained at lower laser powers. Two photon absorption (TPA) is found to be responsible for the photoacoustic signal at higher laser power while the absorption at lower laser power level is attributed to one photon absorption (OPA) process. Probable assignments for the different transitions are given in this paper.

TL, EPR and optical absorption studies on natural alexandrite compared to natural chrysoberyl

The TL, optical absorption (OA) and EPR properties of natural Brazilian alexandrite and chrysoberyl have been investigated. The TL measurements for natural alexandrite show five peaks between 100 and 450°C, with their emission spectrum having 370 and/or 570 nm components. The intensity of the 320°C TL peak was found to be enhanced with pre-annealing treatment, more prominently above 600°C. The OA and EPR measurements showed that this kind of heat treatment induces the Fe2→ Fe3+ conversion in the natural sample. Chrysoberyl samples exhibited the TL peaks at the same temperatures as alexandrite samples, but the glow curves were more than 200 times less intense than alexandrite ones.

Excitonic behaviour in polymeric semiconductors : the effect of morphology and composition in heterostructures

La compréhension des interrelations entre la microstructure et les processus électroniques dans les polymères semi-conducteurs est d’une importance primordiale pour leur utilisation dans des hétérostructures volumiques. Dans cette thèse de doctorat, deux systémes diffèrents sont étudiés ; chacun de ces systèmes représente une approche diffèrente pour optimiser les matériaux en termes de leur microstructure et de leur capacité à se mettre en ordre au niveau moléculaire. Dans le premier système, j’ai effectué une analyse complète des principes de fonctionnement d’une cellule photovoltaïque hybride à base des nanocristaux d’oxyde de zinc (ZnO) et du poly (3-hexylthiophène) (P3HT) par absorption photoinduite en régime quasi-stationnaire (PIA) et la spectroscopie PIA en pompage modulé dépendant de la fréquence. L’interface entre le donneur (le polymère P3HT) et l’accepteur (les nanoparticules de ZnO), où la génération de charges se produit, joue un rôle important dans la performance des cellules photovoltaïques hybrides. Pour améliorer le mécanisme de génération de charges du P3H: ZnO, il est indispensable de modifier l’interface entre ses constituants. Nous avons démontré que la modification d’interface moléculaire avec cis-bis (4, 40 - dicarboxy-2, 20bipyridine) ruthénium (II) (N3-dye) et a-Sexithiophen-2 yl-phosphonique (6TP) a améliorée le photocourant et la performance dans les cellules P3HT: ZnO. Le 6TP et le N3 s’attachent à l’interface du ZnO, en augmentant ainsi l’aire effective de la surface donneur :accepteur, ce qui contribue à une séparation de charge accrue. De plus, le 6TP et le N3 réduisent la densité de pièges dans le ZnO, ce qui réduit le taux de recombinaison des paires de charges. Dans la deuxième partie, jai introduit une matrice hôte polymérique de polystyréne à masse molaire ulra-élevée, qui se comporte comme un solide pour piéger et protéger une solution de poly [2-méthoxy, 5- (2´-éthyl-hexoxy) -1,4-phénylènevinylène- PPV] (MEHPPV) pour utilisation dans des dispositifs optoèlectroniques quantiques. Des travaux antérieurs ont montré que MEH-PPV en solution subit une transition de conformation, d’une conformation enroulé à haute température (phase bleue) à une conformation de chaîne étendue à basse température (phase rouge). La conformation de la chaîne étendue de la solution MEH-PPV favorise les caractéristiques nécessaires à l’amélioration des dispositifs optoélectroniques quantiques, mais la solution ne peut pas être incorporées dans le dispositif. J’ai démontré que la caractéristique de la phase rouge du MEH-PPV en solution se maintient dans une matrice hôte polymérique de polystyrène transformé de masse molaire très élevée, qui se comporte comme un solide (gel de MEH-PPV/UHMW PS), par le biais de la spectroscopie de photoluminescence (PL) dépendant de la température (de 290K à 80 K). La phase rouge du gel MEH-PPV/UHMW PS se manifeste par des largeurs de raie étroites et une intensité augmentée de la transition 0-0 de la progression vibronique dans le spectre de PL ainsi qu’un petit décalage de Stokes entre la PL et le spectre d’absorption à basse température. Ces approches démontrent que la manipulation de la microstructure et des propriétés électroniques des polymères semi-conducteurs ont un impact direct sur la performance de dispositifs pour leurs développements technologiques continus.

Excitonic behaviour in polymeric semiconductors : the effect of morphology and composition in heterostructures

La compréhension des interrelations entre la microstructure et les processus électroniques dans les polymères semi-conducteurs est d’une importance primordiale pour leur utilisation dans des hétérostructures volumiques. Dans cette thèse de doctorat, deux systémes diffèrents sont étudiés ; chacun de ces systèmes représente une approche diffèrente pour optimiser les matériaux en termes de leur microstructure et de leur capacité à se mettre en ordre au niveau moléculaire. Dans le premier système, j’ai effectué une analyse complète des principes de fonctionnement d’une cellule photovoltaïque hybride à base des nanocristaux d’oxyde de zinc (ZnO) et du poly (3-hexylthiophène) (P3HT) par absorption photoinduite en régime quasi-stationnaire (PIA) et la spectroscopie PIA en pompage modulé dépendant de la fréquence. L’interface entre le donneur (le polymère P3HT) et l’accepteur (les nanoparticules de ZnO), où la génération de charges se produit, joue un rôle important dans la performance des cellules photovoltaïques hybrides. Pour améliorer le mécanisme de génération de charges du P3H: ZnO, il est indispensable de modifier l’interface entre ses constituants. Nous avons démontré que la modification d’interface moléculaire avec cis-bis (4, 40 - dicarboxy-2, 20bipyridine) ruthénium (II) (N3-dye) et a-Sexithiophen-2 yl-phosphonique (6TP) a améliorée le photocourant et la performance dans les cellules P3HT: ZnO. Le 6TP et le N3 s’attachent à l’interface du ZnO, en augmentant ainsi l’aire effective de la surface donneur :accepteur, ce qui contribue à une séparation de charge accrue. De plus, le 6TP et le N3 réduisent la densité de pièges dans le ZnO, ce qui réduit le taux de recombinaison des paires de charges. Dans la deuxième partie, jai introduit une matrice hôte polymérique de polystyréne à masse molaire ulra-élevée, qui se comporte comme un solide pour piéger et protéger une solution de poly [2-méthoxy, 5- (2´-éthyl-hexoxy) -1,4-phénylènevinylène- PPV] (MEHPPV) pour utilisation dans des dispositifs optoèlectroniques quantiques. Des travaux antérieurs ont montré que MEH-PPV en solution subit une transition de conformation, d’une conformation enroulé à haute température (phase bleue) à une conformation de chaîne étendue à basse température (phase rouge). La conformation de la chaîne étendue de la solution MEH-PPV favorise les caractéristiques nécessaires à l’amélioration des dispositifs optoélectroniques quantiques, mais la solution ne peut pas être incorporées dans le dispositif. J’ai démontré que la caractéristique de la phase rouge du MEH-PPV en solution se maintient dans une matrice hôte polymérique de polystyrène transformé de masse molaire très élevée, qui se comporte comme un solide (gel de MEH-PPV/UHMW PS), par le biais de la spectroscopie de photoluminescence (PL) dépendant de la température (de 290K à 80 K). La phase rouge du gel MEH-PPV/UHMW PS se manifeste par des largeurs de raie étroites et une intensité augmentée de la transition 0-0 de la progression vibronique dans le spectre de PL ainsi qu’un petit décalage de Stokes entre la PL et le spectre d’absorption à basse température. Ces approches démontrent que la manipulation de la microstructure et des propriétés électroniques des polymères semi-conducteurs ont un impact direct sur la performance de dispositifs pour leurs développements technologiques continus.

Cr^4＋：YAG被动调QNd：YAG陶瓷激光器的研究

介绍了近几年迅速发展的一种新型激光介质——透明Nd：YAG多晶陶瓷的发展状况，对比分析了多晶陶瓷与单晶的光谱特性、激光特性和连续实验研究情况。并对钛宝石激光器调谐至808nm，端面抽运Nd：YAG陶瓷被动调Q全固态激光器的脉冲运转进行了较为详细的理论分析和实验研究。采用初始透射率为90％的Cr^4＋：YAG可饱和吸收晶体，被动调Q的阈值功率为119mW，当端面抽运功率为465mW时，获得波长为1064nm，脉宽为16ns，重复频率为18．18kHz，单脉冲能量为3．4μJ，平均输出功率为61mW的稳定调Q

The Oscillations of Tau Pegasi

We present extensive spectroscopic time series observations of the multiperiodic, rapidly rotating, delta Scuti star tau Pegasi. Information about the oscillations is contained within the patterns of line-profile variation of the star's blended absorption-line spectrum. We introduce the new technique of Doppler deconvolution with which to extract these patterns by modeling the intrinsic stellar spectrum and the broadening functions for each spectrum in the time series. Frequencies and modes of oscillation are identified from the variations using the technique of Fourier-Doppler imaging and a two-dimensional least-squares cleaning algorithm. We find a rich mode spectrum with degrees up to l = 20 and with frequencies below about 35 cycles day-1. Those modes with the largest amplitudes have frequencies that lie within a narrow band. We conclude that the observed spectrum can be explained if the modes of tau Peg propagate in the prograde direction with l ~= |m| and with frequencies that are about equal in the corotating frame of the star. We discuss the implications of these results for the prospect of delta Scuti seismology.

Étude de dépendance des dynamiques de Polarons avec microstructures des semi-conducteurs polymériques

Cet ouvrage présente une étude portant sur le polymère P3EHT (poly(3-(20-ethyl)hexyl-thiophene)). Parmi les nombreuses caractéristiques de la dynamique des polarons pouvant être étudiées, seules celles liées aux changement de morphologie le seront dans ce travail. De plus, la vérification du modèle HJ permet d’expliquer la photophysique des polymères conjugués, grâce à l’étude des spectres de photoluminescence. L’étude de la dynamique des polarons à travers l’absorption photo-induite en fonction de la fréquence a permis de trouver les durées de vie pour un même échantillon avec des morphologies différentes. Les résultats ont démontré que la morphologie est non seulement fondamentale pour l’étude des polarons, mais consiste aussi en une caractéristique essentielle pour comprendre le nouveau modèle HJ.