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Optical spin readout (OSR) in fullerene-based systems has the potential to solve the spin readout and scalability challenges in solid-state quantum information processing. While the rich variety of chemical groups that can be linked (covalently or not) to the fullerenes opens the possibility of making large and controlled arrays of qubits, optical methods can be used to measure EPR down to a single spin thanks to the large energy of optical photons compared to the microwave ones. After reviewing the state of the art of OSR, for which the diamond NV cen- ters constitute the benchmark, we undertake the study of fullerene-based species for OSR. An optically detected magnetic resonance (ODMR) setup was imple- mented in a commercial EPR spectrometer for this purpose. Each experimental chapter focuses on one of the molecular systems in question: a functionalised C₆₀ fullerene with a phosphonate group (C₆₀-phosphine), porphyrin-fullerene ar- chitectures (weakly, strongly and moderately coupled) and finally erbium-doped trimetallic nitride template (TNT) fullerenes (focusing on ErSc₂N@C₈₀). In the C₆₀-phosphine system, coherent optically detected magnetic resonance (ODMR) in the triplet state has been achieved. Since a large variety of organic and organometallic molecules can be attached to it both via the fullerene cage and the phosponate group, this result makes it a very useful template to study OSR molecules chemically linked to a qubit. In the porphyrin based structures, an intermediate coupling case in the form of a trimer-fullerene host-guest complex is found to allow detection of both the porphyrin and fullerene triplet sates by CW ODMR, which makes organo-metallic complexes a possible coupling route for a qubit to an OSR component. In the TNT fullerene, crystal field mixing makes the Er³⁺ inaccessible by ODMR. However, optical photons cause a mechanical rearrangement of the en- dohedral cluster which in turns impacts on the observed EPR. In particular, the dynamics of this process have been studied for the first time and hint to- wards diffusion kinetics at low pump power. An orientational selectivity has been discovered by using a polarised pump, and the time dynamics indicate the rearrangement of the matrix via difusion on a free volume around the fullerenes. This shows that the endohedral Er³⁺ in ErSc₂N@C₈₀ can probe the environment outside the cage.

O processo de sinterização de pastilhas de UO2-Er2O3 tem sido investigado devido à sua importância na indústria nuclear e ao comportamento complexo durante a sinterização. O presente estudo contempla o desenvolvimento de combustíveis nucleares para reatores de potência visando aumentar a sua eficiência no núcleo do reator por meio da elevação da taxa de queima. O érbio é indicado para ciclos mais longos, significando menos paradas para troca de combustível e menos rejeitos. Neste trabalho foi estudado o uso de óxido de érbio variando as concentrações na faixa de 1-9,8%, o qual foi adicionado ao pó de UO2 e ao lubrificante sólido ADS por meio de mistura mecânica, visando verificar a taxa de densificação e um possível bloqueio de sinterização. Os pós foram compactados e as pastilhas foram sinterizadas a 1700°C sob atmosfera de H2. Os resultados demonstram um característico bloqueio da sinterização no sistema UO2-Er2O3, porém de forma mais discreta do que no sistema UO2-Gd2O3, o qual ocorre no intervalo de temperatura de 1500 a 1700°C, retardando a densificação. Os ensaios dilatométricos indicam uma retração de 21,87% quando utilizado o Er2O3 a 1% de concentração em massa. Essa retração é maior do que as encontradas com concentrações superiores ou mesmo sem adição do veneno queimável, nos fornecendo um melhor grau de incorporação do elemento érbio, resultando em pastilhas com densidade adequada para uso como combustível nuclear. / The sintering process of UO2-Er2O3 pellets has been investigated because of its importance in the nuclear industry and the complex behavior during sintering. The present study includes the development of nuclear fuel for power reactor in order to increase the efficiency of the fuel through longer refueling intervals. The erbium is indicated for longer cycles, which means less stops to refueling and less waste. In this work, it was studied the use of erbium oxide by varying the concentrations in the range of 1-9.8%, which was added to UO2 powder through mechanical mixing, aiming to check the rate of densification and a possible sintering blockage. The powders were pressed and sintered at 1700°C under hydrogen atmosphere. The results show a sintering blockade in the UO2-Er2O3 system that occurs in the range of 1500-1700°C temperature. Dilatometric tests indicate a retraction of 21.87% when used Er2O3 at 1% mass concentration. This retraction is greater than is observed with higher concentrations or even without the addition of the burnable poison, providing us with a better degree of incorporation of the element erbium, resulting in pellets with density suitable for use as nuclear fuel.

O presente trabalho tem como objetivo estudar a produção e caracterização de filmes finos do tipo GeO2-Bi2O3 (BGO) produzidos por sputtering-RF com e sem nanopartículas (NPs) semicondutoras, dopados e codopados com íons de Er3+ ou Er3+/Yb3+ para a produção de amplificadores ópticos. A produção de guias de onda do tipo pedestal baseados nos filmes BGO foi realizada a partir de litografia óptica seguida por processo de corrosão por plasma e deposição física a vapor. A incorporação dos íons de terras-raras (TRs) foi verificada a partir dos espectros de emissão. Análises de espectroscopia e microscopia foram indispensáveis para otimizar os parâmetros dos processos para a construção dos guias de onda. Foi observado aumento significativo da luminescência do Er3+ (região do visível e do infravermelho), em filmes finos codopados com Er3+/Yb3+ na presença de nanopartículas de Si. As perdas por propagação mínimas observadas foram de ~1,75 dB/cm para os guias pedestal em 1068 nm. Para os guias dopados com Er3+ foi observado aumento significativo do ganho na presença de NPs de silício (1,8 dB/cm). O ganho óptico nos guias de onda amplificadores codopados com Er3+/Yb3+ e dopados com Er3+ com e sem NPs de silício também foi medido. Ganho de ~8dB/cm em 1542 nm, sob excitação em 980 nm, foi observado para os guias pedestal codopados com Er3+/Yb3+ (Er = 4,64.1019 átomos/cm3, Yb = 3,60.1020 átomos/cm3) com largura de 80 µm; para os guias codopados com concentração superior de Er3+/Yb3+ (Er = 1,34.1021 átomos/cm3, Yb = 3,90.1021 átomos/cm3) e com NPs de Si, foi observado aumento do ganho óptico de 50% para guia com largura de 100 µm. Os resultados apresentados demonstram que guias de onda baseados em germanatos, com ou sem NPs semicondutoras, são promissores para aplicações em dispositivos fotônicos. / This work aims to study the production and characterization of GeO2-Bi2O3 (BGO) thin films produced by RF-sputtering with and without semiconductor nanoparticles (NPs),doped and codoped with Er3+ or Er3+/Yb3+ ions for the production of optical amplifiers. The pedestal type waveguide production based on BGO thin film was done trough optical lithography followed by reactive ion etching and physical vapor deposition processes. The incorporation of the rare-earth ions was verified from the emission spectra. Spectroscopy and microscopy analysis were indispensable to optimize the processes parameters for the waveguide fabrication. It was observed minimum propagation losses of ~1,75 dB/cm, at 1068 nm for the pedestal type waveguides. Optical gain was also measured in the Er3+/Yb3+ codoped waveguides with and without Si nanoparticles. Optical gain of 8 dB/cm, at 1542 nm, under 980nm pumping were obtained for 80 µm width Er3+/Yb3+ codoped waveguides (Er = 4,64.1019 atoms/cm3, Yb = 3,60.1020 atoms/cm3). For waveguides doped with higher concentration of Er3+/Yb3+ (Er = 1,34.1021 átomos/cm3, Yb = 3,90.1021 átomos/cm3) and containing silicon nanoparticles, it was observed 50% enhancement of the optical gain for 100 µm width waveguides. For the Er3+ doped waveguides, it was observed significant gain enhancement in the presence of silicon nanoparticles (1.8 dB/cm). The present results demonstrate that germanate waveguides, with or without semiconductor NPs are promising for applications in photonic devices.

O presente trabalho apresenta a produção e a investigação das propriedades ópticas de guias de onda vítreos baseados no sistema PbO-GeO2, codopados com íons de érbio de itérbio e contendo nanopartículas metálicas de ouro e prata, para aplicações como dispositivos fotônicos na terceira janela de telecomunicações (1530 nm). Os guias de onda foram obtidos por meio de processos convencionais utilizados em microeletrônica usando a técnica RF Magnetron Sputtering para deposição do material sobre uma estrutura do tipo PEDESTAL. Os primeiros guias produzidos apresentaram irregularidades laterais próximas ao núcleo que contribuíram para o aumento das perdas. Mudanças no processo de fabricação como a diminuição da espessura da máscara de cromo usada para a corrosão do SiO2, etapa adicional para a corrosão e a diminuição da espessura do guia de onda proporcionaram redução das perdas por propagação e aumento do ganho óptico em ~50% estimado em 6,0 dB/cm, em 1530 nm, para um guia de onda de 80 µm de largura. Entretanto, as dificuldades para medir guias com menores larguras levaram-nos a produzir guia de onda PEDESTAL utilizando SiO2 como máscara de corrosão do silício que permitiram redução significativa das irregularidades lateral; neste caso foi possível medir a perda e o ganho em guias com largura de até 1 µm. Acrescenta-se que guias de 6 µm tiveram aumento do ganho em 50% na presença de nanopartículas de ouro, atingindo 7,5 dB/cm para potência de bombeamento de 60 mW, portanto inferior à utilizada para o caso do guia sem nanopartículas de ouro, cuja saturação do ganho ocorreu em 100 mW. Guias com nanopartículas de prata foram também produzidos, obtendo-se ganho máximo de 4,0 dB/cm para um guia de 80 µm. Os resultados obtidos nos guias de onda PbO-GeO2 codopados com Er3+ e Yb3+ são promissores e mostram possibilidade de aplicação dos guias de onda como amplificadores ópticos na terceira janela de telecomunicações. / This work presents the production and investigation of optical properties of erbium and ytterbium ions codoped PbO-GeO2 waveguides, containing metallic nanoparticles (NPs), for applications as photonic devices in the third window Telecommunications (1530 nm). The waveguides were obtained by microelectronics conventional processes and by RF Magnetron Sputtering technique using a pedestal type structure. The first pedestal waveguides presented irregulaties, in the lateral region, that contributed to the propagations losses enhancement. Changes in the fabrication process, as the decrease of the chromium used for SiO2 corrosion, additional step for the etching and decrease of the waveguide thickness provided reduction of the propagation losses and enhancement of the optical gain of about 50%; so we obtained 6.0 dB/ cm, at 1530 nm, for 80 µm waveguide width. The difficulty to measure waveguides with smaller width lead us to develop PEDESTAL waveguides using SiO2 as silicon mask for corrosion enabled the decrease of the roughness nearby the core. In this case it was possible to measure propagation losses and gain for waveguides width of 1 µm. It was obtained enhancement of 50 % for the waveguides with 6 µm width in the presence of gold NPs and the result was 7.5 dB/cm at 60 mW pumping power; for the case of the waveguide without gold NPs gain saturation occurred at 100 mW. Waveguides with silver NPs were also produced and the maximum gain was of 4.0 dB/cm for 80 µm. These results show the possibility of using Er3+and Yb3+ codoped PbO-GeO2 pedestal type waveguides as optical amplifiers in the third telecommunications window.

Neste trabalho são apresentadas a preparação e investigação das propriedades luminescentes dos sistemas vítreos PbO-GeO2 e PbO-GeO2-Ga2O3 dopados com íons de érbio e contendo nanopartículas (NPs) metálicas de prata, ouro e cobre, para aplicações em dispositivos fotônicos. Estes vidros apresentam larga janela de transmissão (400-4500nm), alto índice de refração (~1,9) e baixa energia de fônon (700cm-1). Com a finalidade de verificar a nucleação das nanopartículas metálicas, foram realizadas análises por Microscopia Eletrônica de Transmissão que indicaram a presença de nanopartículas metálicas, cristalinas, aproximadamente esféricas e com tamanho médio entre 2 e 10nm. As medidas de absorção óptica evidenciaram a incorporação dos íons de Er3+ na forma trivalente e a presença de bandas de absorção relacionadas à ressonância dos plasmons superficiais, localizadas em aproximadamente 470nm (no caso das NPs de prata) e em torno de 800nm (no caso das NPS de cobre). As medidas de emissão foram realizadas através da excitação das amostras com laser cw de 980nm e potência de 80mW. Foram medidas bandas de emissão associadas à conversão ascendente de freqüências do Er3+ em 530, 550 e 670nm devidas às transições 2H11/2->4I15/2, 4S3/2->4I15/2 e 4F9/2->4I15/2 respectivamente. Nas amostras contendo NPs de prata, para concentrações de 1,0 e 2,0% de AgNO3, foi observado aumento significativo da emissão da luz verde (530 e 550nm) com o crescimento do tempo de tratamento térmico, quando comparadas com a emissão em 670nm. Para as amostras com NPs de ouro, com concentrações de 0,5 e 1,0% de Au2O3 verificamos um aumento maior da emissão em 670nm quando comparada com as emissões em 530 e 550nm. Para amostras com NPs de cobre, as emissões associadas à conversão ascendente de freqüências do Er3+ foram igualmente afetadas pela presença das NPs e possuem intensidade significativamente inferior as dos casos anteriores. O estudo da variação da intensidade de fluorescência com a potência do laser de excitação nos permitiu concluir que dois fótons participam do processo de conversão ascendente de freqüências na presença e na ausência de NPs metálicas. Os aumentos ocorridos na luminescência são provavelmente causados pelo aumento do campo local nas proximidades dos íons de terras-raras devido ao tamanho observado para as NPs (2-10nm). Portanto, a presença das NPs metálicas desempenha papel fundamental no aumento e/ou diminuição da luminescência da conversão ascendente de freqüências dos íons de Er3+, conferindo aos vidros propriedades novas que são bastante interessantes para aplicações em dispositivos fotônicos. / This work presents the preparation and investigation of the luminescent properties of PbO-GeO2 and PbO-GeO2-Ga2O3 vitreous systems, doped with Erbium ions and containing silver, gold and copper metallic nanoparticles (NPs), for applications in photonic devices. These glasses have a large transmission window (400-4500nm), high refractive index (~1,9) and low phonon energy (700cm-1). Transmission Electronic Microscopy analysis were performed, to verify the metallic NPs nucleation. This analysis indicated that the NPs are metallic and crystalline, approximately spherical, with average size between 2 and 10nm. Optical Absorption measurements showed the Er3+ ions incorporation are in trivalent form and the presence of the absorption bands related to the surface plasmon resonance (SPR) centered around 470nm (for silver NPs) and around 800nm (for copper NPs). Emission measurements were performed pumping the samples with a cw laser (980nm; 80mW). Bands associated to Er3+ frequency upconversion centered around 530, 550 and 670nm were observed due to the transitions 2H11/2 -> 4I15/2, 4S3/2 -> 4I15/2 e 4F9/2 -> 4I15/2, respectively. For the samples containing silver NPs, for 1,0 and 2,0% of AgNO3, it was observed a higher enhancement of the green emission (530 and 550nm), with the increasing of the annealing time, when compared to the emission at 670nm. The samples with 0,5 and 1,0% of Au2O3 showed higher enhancement of the emission centered at 670nm, when compared to the emissions at 530 and 550nm. For the samples with copper NPs, the Er3+ emissions were uniformly affected by the presence of the NPs, and have lower intensity than the other ones. The study of the variation of the fluorescence intensity with the pump laser power indicated that two photons are involved in the frequency upconversion process in the presence and in the absence of the metallic NPs. The observed enhancements in the luminescence are probably due to the local field enhancement in the proximities of the rare-earth ions, due to the small size observed for the NPs (2-10nm). Thus, the presence of metallic NPs plays an important role in the enhancement and/or quenching of the Er3+ frequency upconversion, given new properties to glasses which are of great interest for application in photonic devices.

A erosão em dentina radicular tem se intensificado e novas terapias foram introduzidas para possibilitar a diminuição da sintomatologia dolorosa. O objetivo deste estudo foi avaliar o efeito da associação do verniz fluoretado aos lasers de Er:YAG ou Nd:YAG na permeabilidade da dentina radicular erodida. Sessenta fragmentos de dentina radicular bovina (2 x 2 x 2 mm) foram submetidos a um desafio erosivo inicial, por meio da imersão em ácido cítrico a 0,3% (pH= 3,2) por duas horas. A seguir, os espécimes foram divididos aleatoriamente em seis grupos (n=10) de acordo com o tratamento: verniz fluoretado, verniz fluoretado + laser de Er:YAG, verniz fluoretado + laser de Nd:YAG, verniz placebo (sem flúor, controle), verniz placebo + laser de Er:YAG, verniz placebo + laser de Nd:YAG. Após 24 horas do emprego do verniz, foram aplicados os lasers de Er:YAG (100 mJ e 3 Hz) ou de Nd:YAG (70 mJ e 15 Hz). Novos desafios erosivos utilizando o mesmo ácido, durante cinco dias, quatro vezes ao dia, por um minuto foram realizados após o tratamento da dentina. Para análise da permeabilidade os espécimes foram submetidos à coloração histoquímica. Os espécimes foram seccionados e analisados por microscopia óptica. A permeabilidade relativa foi quantificada pela relação entre a profundidade de penetração dos íons cobre e espessura da dentina. Os dados obtidos foram analisados através da ANOVA a dois critérios e a interação entre os fatores laser e verniz não foi significativa (p= 0,858), bem como para o fator verniz (p= 0,768). Constatou-se efeito significativo para o fator laser (p< 0,001), sendo que os valores de permeabilidade na dentina radicular irradiada com os lasers Er:YAG ou Nd:YAG não diferiram entre si e ambos foram inferiores àqueles observados para o grupo não irradiado. Pode-se concluir que lasers de Er:YAG e Nd:YAG podem controlar a permeabilidade da dentina radicular erodida, independentemente da aplicação de verniz. / The prevalence of root dentine erosion has increased and new therapies were introduced to minimize painful symptoms. This study evaluated the combined effect of fluoride varnish to Er:YAG and Nd:YAG lasers irradiation in controlling the permeability of eroded root dentine. Sixty fragments of bovine slabs (2 x 2 x 2 mm) were subjected to an erosive challenge, through immersion in citric acid 0.3% (pH= 3.2) during two hours. Then, the specimens with pre-formed lesions were divided in six groups (n=10) according to the respective treatment: fluoride varnish, fluoride varnish + Er:YAG laser, fluoride varnish + Nd:YAG, placebo varnish (F-free, control), placebo varnish + Er:YAG laser, placebo varnish + Nd:YAG laser. Twenty-four hours after varnish application, specimens were irradiated with Er:YAG laser (100 mJ, 3 Hz) or Nd:YAG laser (70 mJ and 15 Hz). After surface treatment, further erosive challenges were performed with the same acid during 1 min, 4 times a day, for 5 days. Specimens were sectioned and subjected to optical microscopic. The relative permeability was quantified by the ratio between the depth of penetration of copper ions and the thickness of dentin. Two-way ANOVA demonstrated no significant interaction between laser and varnish (p= 0,858), as well as for varnish (p= 0,768). There was significant effect of laser (p< 0,001), and permeability values of irradiated dentine had no difference when comparing both tested lasers and both of them were lower than that observed for non-irradiated group. It may be concluded that Er:YAG and Nd:YAG lasers can control the permeability of root dentin eroded, regardless of fluoride varnish application.

Neste trabalho são apresentadas a preparação e investigação das propriedades luminescentes dos sistemas vítreos PbO-GeO2 e PbO-GeO2-Ga2O3 dopados com íons de érbio e contendo nanopartículas (NPs) metálicas de prata, ouro e cobre, para aplicações em dispositivos fotônicos. Estes vidros apresentam larga janela de transmissão (400-4500nm), alto índice de refração (~1,9) e baixa energia de fônon (700cm-1). Com a finalidade de verificar a nucleação das nanopartículas metálicas, foram realizadas análises por Microscopia Eletrônica de Transmissão que indicaram a presença de nanopartículas metálicas, cristalinas, aproximadamente esféricas e com tamanho médio entre 2 e 10nm. As medidas de absorção óptica evidenciaram a incorporação dos íons de Er3+ na forma trivalente e a presença de bandas de absorção relacionadas à ressonância dos plasmons superficiais, localizadas em aproximadamente 470nm (no caso das NPs de prata) e em torno de 800nm (no caso das NPS de cobre). As medidas de emissão foram realizadas através da excitação das amostras com laser cw de 980nm e potência de 80mW. Foram medidas bandas de emissão associadas à conversão ascendente de freqüências do Er3+ em 530, 550 e 670nm devidas às transições 2H11/2->4I15/2, 4S3/2->4I15/2 e 4F9/2->4I15/2 respectivamente. Nas amostras contendo NPs de prata, para concentrações de 1,0 e 2,0% de AgNO3, foi observado aumento significativo da emissão da luz verde (530 e 550nm) com o crescimento do tempo de tratamento térmico, quando comparadas com a emissão em 670nm. Para as amostras com NPs de ouro, com concentrações de 0,5 e 1,0% de Au2O3 verificamos um aumento maior da emissão em 670nm quando comparada com as emissões em 530 e 550nm. Para amostras com NPs de cobre, as emissões associadas à conversão ascendente de freqüências do Er3+ foram igualmente afetadas pela presença das NPs e possuem intensidade significativamente inferior as dos casos anteriores. O estudo da variação da intensidade de fluorescência com a potência do laser de excitação nos permitiu concluir que dois fótons participam do processo de conversão ascendente de freqüências na presença e na ausência de NPs metálicas. Os aumentos ocorridos na luminescência são provavelmente causados pelo aumento do campo local nas proximidades dos íons de terras-raras devido ao tamanho observado para as NPs (2-10nm). Portanto, a presença das NPs metálicas desempenha papel fundamental no aumento e/ou diminuição da luminescência da conversão ascendente de freqüências dos íons de Er3+, conferindo aos vidros propriedades novas que são bastante interessantes para aplicações em dispositivos fotônicos. / This work presents the preparation and investigation of the luminescent properties of PbO-GeO2 and PbO-GeO2-Ga2O3 vitreous systems, doped with Erbium ions and containing silver, gold and copper metallic nanoparticles (NPs), for applications in photonic devices. These glasses have a large transmission window (400-4500nm), high refractive index (~1,9) and low phonon energy (700cm-1). Transmission Electronic Microscopy analysis were performed, to verify the metallic NPs nucleation. This analysis indicated that the NPs are metallic and crystalline, approximately spherical, with average size between 2 and 10nm. Optical Absorption measurements showed the Er3+ ions incorporation are in trivalent form and the presence of the absorption bands related to the surface plasmon resonance (SPR) centered around 470nm (for silver NPs) and around 800nm (for copper NPs). Emission measurements were performed pumping the samples with a cw laser (980nm; 80mW). Bands associated to Er3+ frequency upconversion centered around 530, 550 and 670nm were observed due to the transitions 2H11/2 -> 4I15/2, 4S3/2 -> 4I15/2 e 4F9/2 -> 4I15/2, respectively. For the samples containing silver NPs, for 1,0 and 2,0% of AgNO3, it was observed a higher enhancement of the green emission (530 and 550nm), with the increasing of the annealing time, when compared to the emission at 670nm. The samples with 0,5 and 1,0% of Au2O3 showed higher enhancement of the emission centered at 670nm, when compared to the emissions at 530 and 550nm. For the samples with copper NPs, the Er3+ emissions were uniformly affected by the presence of the NPs, and have lower intensity than the other ones. The study of the variation of the fluorescence intensity with the pump laser power indicated that two photons are involved in the frequency upconversion process in the presence and in the absence of the metallic NPs. The observed enhancements in the luminescence are probably due to the local field enhancement in the proximities of the rare-earth ions, due to the small size observed for the NPs (2-10nm). Thus, the presence of metallic NPs plays an important role in the enhancement and/or quenching of the Er3+ frequency upconversion, given new properties to glasses which are of great interest for application in photonic devices.

"Hydroxyl ions are a common contaminant in optical fibers, and are responsible for strong absorption centered at 1380 nm that becomes significant over long optical path lengths. Recently, however, special fabrication methods have been developed that minimize the hydroxyl ion contamination, permitting use of the entire 1300-1700 nm spectral region for telecommunications. There is therefore interest in examining the Nd 4F3/2 to 4I13/2 transition for a potential optical amplifier at 1400 nm. In this thesis, the excited state absorption cross section and the overall gain/loss spectrum of neodymium in a silica glass fiber were determined for the 1200-1500 nm wavelength region using the pump-probe method. The ground state absorption cross section was also determined from transmission measurements, and the stimulated emission cross section was calculated using the fluorescence spectrum and the McCumber relation. Oscillator strengths for absorption and emission transitions were calculated in the 800-1600 nm wavelength range using the Judd-Ofelt method. The above procedures were followed for both the Nd-doped fiber, as well as an erbium-doped silica fiber. The shape of the Nd emission spectrum is also noteworthy, since the characteristic Nd peak at 1064 nm is not observed, although there is strong emission at 1092 nm. The pump-probe measurements revealed significant excited state absorption loss between 1200 and 1350 nm, due to excitation from the 4F3/2 to the higher 4G9/2 and 4G7/2 states. Between 1350 and 1475 nm, there was no net gain or loss that could be observed beyond the level of the noise. For the glass fibers studied, it appears that in the spectral region of interest for an optical amplifier, the stimulated emission and excited state absorption cancel one another out."

Orientador: Luis Vicente de Andrade Scalvi / Banca: Sandra Helena Pulcinelli / Banca: Giancarlo Esposito de Souza Brito / Banca: Ligia de Oliveira Ruggiero / Banca: Tomaz Catunda / O Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia de Materiais, PosMat, tem caráter institucional e integra as atividades de pesquisa em materiais de diversos campi da Unesp / Resumo: Através do processo sol-gel, foi sintetizado o material semicondutor dióxido de estanho ('SN"O IND. 2') dopado com as terras-raras 'ER' e 'EU', sendo obtidas amostras na forma de xerogéis (pós) e filmes finos, neste último caso pela técnica de emersão. A introdução das terras-raras provoca desordens estruturais no material e impede o crescimento dos cristalitos, cujo tamanho varia entre 5-20NM, devido a segregação dos terras-raras na superfície das partículas, o que está relacionado a sua baixa solubilidade em 'SN"O IND. 2'. A análise das propriedades ópticas mostra emissão eficiente dos íons terras-raras 'ER POT. 3'/' e 'EU POT. 3'/' quando introduzidos nesta matriz. A emissão é confirmada tanto por excitação direta destes íons, como por processos de transferência de energia, tanto correspondente ao bandgap da matriz como a transição 'INTPOT. 2 F IND. 7/2 de íon 'YB POT. 3'/' em amostras codopadas com 'ER POT. 3'/' e 'YB POT. 3'/'. A análise por fotoluminescência permite distinguir terras-raras em sítios substitucionais a 'SN POT. 4'/' ou em centros na superfície das partículas. A investigação das propriedades elétricas mostra um aumento de resistividade de até seis ordens de magnitude em relação a filmes não dopados. Isto está relacionado com o carácter aceitador de íons 'ER POT. 3'/' e 'EU POT. 3'/' em 'SN"O IND. 2', que é naturalmente tipo-N, oque acarreta alta compensação de carga e também barreiras de potencial intergranulares que diminuem a mobilidade eletrônica. Foi investidada também a captura de elétrons fotoexcitados por centros de 'ER' e 'EU' termicamente ativados. À medida que se aumenta a temperatura e a concentração de 'ER' e 'EU', maior é a taxa de captura. Do modelo proposto, foram obtidos parâmetros importantes, como de captura devido aos defeitos dominantes. / Abstract: The semiconductor material tin dioxide ('SN"O IND. 2') has been produced by the sol-gel process, doped with the rare-earth 'ER' and 'EU'. Samples are obtained in the from of xerogels (powder) and thin films, in this latter case by the dip-coating technique. The incorporation of rare-earth ions promotes structural disorder in the material, which avoids the crystallite growth due to segregation of rare-earth ions to the surface, which is related to the low solubility in the 'SN"O IND. 2' matrix. The crystallite size is in the range 5-20NM. Analysis of optical properties shows efficient emission of rare-earth ions 'ER POT. 3'/' and 'EU POT. 3'/', whem introduced in this matrix. This emission is confirmed either by direct excitation of ions, as well as by energy transfer processes, corresponding to the matrix bandgap or to the transition 'INTPOT. 2 F IND. 7/2 of íon 'YB POT. 3'/' ion in samples codoped with 'ER POT. 3'/' and 'YB POT. 3'/'. Photoluminescence spectra allow distinguishing rare-earth ions in substitutional sites of 'SN' and particles surface located centers. Investigation of electrical properties show a resitivity increase up to 6 orders of magnitude compared to undoped films. This behavior is related with the acceptor like character of 'ER POT. 3'/' and 'EU POT. 3'/' in 'SN"O IND. 2', which is naturally a N-type material, leading to a high charge compensation degree and also to intergrain potential barriers that decrease the electronic mobility. It has also been investigated the capture of photogenerated electrons by "ER' and 'ER' thermally activated centers. When the temperature is raised or the "ER' or 'EU' concentratin is increased the capture ratebecomes faster. From a proposed model, some very relevent parameters are obtained, scu as the capture barrier due to the dominating defect. / Doutor