Teste prático opto

Question 1

Cenas IVAN

Answer 1

Particulas maiores -> Red shift (direita)
Particulas maiores-> A absortancia aumenta->Diminuir a refletancia
Particulas menores -> blueshift (esquerda)
Particulas menores -> A absortancia diminui->Aumentar a refletancia

Question 2

Particulas maiores shift

Answer 2

Quando o ambiente ao redor da nanopartícula metálica (como ouro ou prata) tem
maior índice de refração, a energia necessária para excitar os plasmões diminui,
deslocando o pico para o vermelho.

Question 3

Particulas mais esfericas

Answer 3

Deslocam se para o azul e tem um pico mais bem definido

Question 4

Indique os três fatores que afetam o pico de LSPR (Local Surface Plasmon Ressonance) e explique
a sua importância.

Answer 4

tamanho, forma e meio

Question 5

Tamanho

Answer 5

O tamanho da nanopartícula metálica determina como os e- livres oscilam sob o efeito de um campo eletromagnético incidente.
1. Nanopartículas pequenas (<20 nm):
–O pico de LSPR é estreito e ocorre em comprimentos de onda menores (blueshift), devido ao
forte confinamento dos e-.
2. Nanopartículas maiores (>50 nm):
–O pico de LSPR desloca-se para comprimentos de onda maiores (redshift) porque os e- têm
maior espaço para oscilar

Question 6

Forma das NP

Answer 6

A forma da nanopartícula determina como os plasmões oscilam em diferentes direções e eixos.
1. Partículas esféricas:
–Sustentam uma única ressonância isotrópica, com um pico bem definido e estreito.
2. Partículas anisotrópicas (ex.: nanobastões, elipses):
–Apresentam múltiplos modos plasmónicos, como:
▪ Modo longitudinal (eixo maior): Pico deslocado para o vermelho (comprimentos de
onda mais longos).
▪ Modo transversal (eixo menor): Pico em comprimentos de onda menores.
3. Partículas de formas complexas (ex.: nanotriângulos, estrelas):
–Podem exibir ressonâncias adicionais devido a bordas e vértices, ampliando o espectro de
resposta.

Question 7

Meio onde é inserido as NP

Answer 7

A função dielétrica (ε) descreve como um material responde a campos elétricos. A LSPR depende:
1. Do material metálico:
▪ Materiais com alta densidade de e- livres (como ouro ou prata) têm ressonâncias fortes e
bem definidas.
▪ A prata, por exemplo, tem picos LSPR em comprimentos de onda menores (blueshift), enquanto
o ouro apresenta picos em comprimentos de onda maiores (redshift).
2. Do meio circundante:
▪ O índice de refração (n) do meio afeta a posição do pico LSPR:
▪ Índice de refração maior (meio mais denso): Redshift
▪ Índice de refração menor: Blueshift

Question 8

MAquina pico lspp

Answer 8

UV-Vis-Nir espetroscopia

Question 9

Como determinar a existência de LSPR num substrato com nanopartículas metálicas.

Answer 9

Espectroscopia UV-Vis-NIR:
Espectro de espalhamento (Dark Field):
SEM

Question 10

Espectroscopia UV-Vis-NIR:

Answer 10

Mede o espectro de absorção do substrato com nanopartículas
metálicas. A existência de um pico de absorção ou espalhamento distinto no espectro, corresponde à banda de LSPR, indicando a presença de ressonância plasmónica.

Question 11

Espectro de espalhamento (Dark Field)

Answer 11

Pode ser usado para observar o espalhamento de luz pelas nanopartículas no substrato. Picos bem definidos de espalhamento indicam a presença de LSPR.

Question 12

SEM

Answer 12

A análise de imagens obtidas por microscopia eletrónica de varredura (SEM) ajuda a verificar a presença de nanopartículas metálicas no substrato e sua morfologia. A LSPR só ocorre se as nanopartículas tiverem dimensões nanométricas adequadas

Question 13

Indique uma aplicação das NPs metálicas estudadas na aula prática.

Answer 13

Light trapping em células solares de filme fino (Back Plasmonic Reflector): são inseridas NPs
metálicas no contacto traseiro de maneira a luz seja mais dispersa, aumentando assim o seu
percurso óptico e consequentemente maior probabilidade da luz ser absorvida no interior da célula
pelo silício. Assim aumenta-se a eficiência da célula solar.

Question 14

Como é que o FTDT determina os as diferenciais de cada ponto

Answer 14

Ao transformar as equações diferenciais em operações algébricas em torno do ponto

Question 15

O princípio de simulação de métodos numéricos de diferenças finitas (ex: FDTD) consiste em
resolver as equações diferenciais que reagem os efeitos físicos através.

Answer 15

b) da aproximação das derivadas em cada ponto por diferenças finitas das quantidades em torno desse ponto,
transformando assim as equações diferenciais num sistema de equações algébricas que é mais rápido de
resolver computacionalmente.

Question 16

O método FDTD (Finite-Difference Time-Domain) é uma abordagem numérica que resolve as equações diferenciais de
Maxwell no domínio do tempo. Ele faz isso ao:

Answer 16

1. Discretizar o espaço e o tempo em uma grade.
2. Substituir as derivadas diferenciais presentes nas equações por diferenças finitas calculadas com base nas grandezas físicas nos pontos vizinhos da grade (por exemplo, campo elétrico e campo magnético).
3. Resolver iterativamente as equações em cada ponto no tempo e no espaço.

Question 17

Em simulações FDTD o espaço é dividido em regiões suficientemente pequenas de modo a que se possa assumir que os campos eletromagnéticos sejam constantes no interior dessas regiões. Por isso,
para calcular corretamente a absorção de luz num filme fino de silício, devemos ter:

Answer 17

Regiões mais pequenas na parte frontal do filme dado que é aí onde os comprimentos de onda absorvidos e regiões maiores na parte posterior onde são absorvidos os cdo infravermelho.

Question 18

As propriedades de dispersão de nanopartículas plasmônicas podem ser usadas para
confinamento de luz em células solares de filme fino. Para isso, as partículas plasmônicas
podem ser colocadas:

Answer 18

no lado posterior da célula dado que a sua ressonância plasmônica ocorre no infravermelho

Question 19

Diga o que pode levar ao alargamento do pico observado.

Answer 19

–O tamanho das NPs, se são mais pequenas ou maiores de acordo com o comprimento de
onda;
–A forma das NPs, podem possuir diferentes formas que afetam a ressonância das mesmas
–Densidade de eletrões do meio envolvente da NPs,

Question 20

O que podemos fazer para resolver o problema da dispersão intermodal nas fibras?

Answer 20

Este tipo de dispersão intermodal ocorre apenas em fibras multi-mode, devido aos diferentes modos de propagação da luz que geram diferentes tempos de trânsito dentro da fibra. Formas de resolver este problema:
–Uso de fibras single mode, onde apenas há uma única direção de propagação
–Uso de fibras multi-mode graded-index, devido ao seu perfil de índice de refração gradualmente decrescente do núcleo para o revestimento vai existir tempos de
transmissão diferentes, ou seja, a luz que percorre caminhos mais longos terá velocidades superiores.

Question 21

Qual a influência que a introdução de defeitos tem numa fibra?

Answer 21

–Defeitos podem causar espalhamento de Rayleigh, aumentando a dispersão da luz e as
perdas de potencia do sinal transmitido
–Defeitos no revestimento ou na interface núcleo-revestimento podem comprometer o
fenómeno de reflexão total interna, levando ao escape da luz XD
–Defeitos estruturais, tipo bolhas de ar, que levam a alteral do perfil do índice de refração
da fibra

Question 22

Zonas em que é necessário maior refinamento da mesh:

Answer 22

No interior do filme absorsor e em torno da np traseiras.
Para melhorar a precisão nesse tipo de cálculo, é essencial aplicar
refinamento de malha em regiões onde há mudanças bruscas no índice de refração ou interação crítica de campos ópticos.
Justificativa: A Região 3 (interior do
filme absorvedor) é crucial para
modelar a absorção da luz, enquanto a Região 4 (em torno das
nanopartículas metálicas traseiras) é fundamental para capturar
interações plasmônicas que
aumentam a eficiência óptica da
célula. Essas duas regiões
concentram os fenômenos físicos
mais importantes para a precisão da simulação FDTD.