Made available in DSpace on 2014-10-09T12:33:28Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:04:37Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Dissertacao (Mestrado Profissionalizante em Lasers em Odontologia) / IPEN/D-MPLO / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP; Faculdade de Odontologia, Universidade de Sao Paulo, Sao Paulo

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Devido à necessidade da construção de dispositivos integrados (por exemplo micro laser e inversor óptico), estudos espectroscópicos em amostras altamente dopadas são necessários. Entretanto, o procedimento de se utilizar amostras com alta concentração traz consigo o problema da supressão da luminescência, devido a processos de transferência de energia mais intensos. Portanto, neste trabalho, estudamos os processos de transferência de energia que diminuem a luminescência na região do infravermelho utilizando amostras vítreas à base de fluoreto (fluoroindato e fluorozircoaluminato), dopados com Er+3 em concentrações que variam de 0.1 a 20 mol%Er. Obtivemos parâmetros de transferência de energia através de um modelo para os níveis do Er+3 (sistema de equações diferenciais), microparâmetros de transferência de energia e probabilidades de decaimento radiativo, entre outros. Identificamos dois mecanismos de depolução da região do infravermelho, a migração de energia e a conversão ascendente, e dois mecanismos de população dos níveis 4S3/2 e 4F9/2, a absorção do estado excitado e a conversão ascendente por transferência de energia. A análise dos resultados indicou que a conversão ascendente por transferência de energia é o principal mecanismo de população dos níveis 4S3/2 e 4F9/2 / Given the need of integrated devices, as microchip laser and optical inverter, for instance, spectroscopic studies on samples with large ion doping concentrations are necessary. However, the use of highly doped samples brings with it the problem of luminescence quenching due to intense energy transfer processes. Therefore, in the present work we studied the energy transfer processes that diminish the infrared luminescence in two fluoride glass compositions (fluoroindate and fluorozircoaluminate) doped with Er+3 in the range of 0.1 to 20% molar. For that, we obtained energy transfer parameters using rate equations formalism for Er+3 energy levels. We also obtained the microscopic parameters of energy transfer, and radiative decay rates, among others. Two mechanisms of depopulation of level 4I11/2 were identified, energy migration and up conversion. Similarly the mechanisms responsible for the population of levels 4S3/2 and 4F9/2, were identified as excited state absorption and energy transfer up conversion. The results analysis indicates that the energy transfer up conversion is the major mechanism for the population of levels 4S3/2 and 4F9/2.

Orientador: Newton Cesário Frateschi / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-23T23:25:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Figueira_DaviddaSilvaLeocadio_D.pdf: 7617559 bytes, checksum: 1ebcb7a1b817a2ecee9e9a3abe0c4837 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: O objetivo principal desta tese foi buscar materiais que pudessem gerar ganho óptico por emissão estimulada usando como base o silício e, consequentemente, usar estes materiais em dispositivos fotônicos. A base de emissão ativa usada neste trabalho foi o Silício Amorfo dopado com íons de terra rara, Érbio, (a-Si) com emissão de luz característica na região da banda C usada em telecomunicações ópticas ( ~1550 nm ). O trabalho mostra o desenvolvimento e a evolução da emissão em 1550 nm em diversas condições de fabricação de a-Si, passando por sua oxigenação, criação de nanocristais de silício e com o desenvolvimento de estruturas ressonantes. Com estas amostras sugerimos e fabricamos estruturas compatíveis com tecnologia de Silício tais como microdisco suspensos de Silício e cristais fotônicos bidimensionais baseados em membranas suspensas. Os resultados obtidos ao longo desta tese mostram a viabilidade do uso de íons de Er3+ como dopantes em Si para estas aplicações específicas pois conseguimos aumentar a emissão em 1550 nm destes materiais em mais de 135 mil vezes e também propusemos, experimentalmente, estruturas fotônicas passíveis de se ter ganho, ou seja, que demonstram indícios de emissão estimulada, com estes materiais abrindo caminho, para o uso do Érbio em tecnologias de fotônica de silício / Abstract: The main goal of this work was to find materials that could generate stimulated optical gain based on silicon, and, consequently, use these materials in photonic devices. The sample structure used for this work was amorphous silicon doped with earth rare ions, Erbium (a- Si) with characteristic light emission in the C-band region used in telecommunication (~1550nm). The work shows the development and evolution of the 1550nm emission in many a-Si fabrication conditions, from oxygenation, silicon nano-crystals formation, to the development of resonant structures. With these samples, we have fabricated with these material that were compatible with Silicon technology such as Silicon microdisks and active bidimensional photonic crystal resonator membrane. The results suggest the viability of the use of Er3+ ions as dopant in Si for these specific applications since we were able to increase the 1550nm emission of these materials in over 135 thousand times. We also proposed, experimentally, photonic structures that could generate gain, meaning that they have shown signs of stimulated emission opening a path for the use of Erbium in silicon photonic technologies / Doutorado / Física / Doutor em Ciências

Orientador: Fernando Alvarez / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-24T01:43:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Scoca_DiegoLeonardoSilva_M.pdf: 4961271 bytes, checksum: 2f6307ff4adda022c6df4b03d2014fdd (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Neste trabalho foi investigada a influência do ambiente químico na fotoluminescência de filmes finos de Oxi-nitreto de titânio dopados com érbio (TiNxOy : Er). Os filmes finos foram crescidos utilizando a técnica de Deposição por Feixe de Íons (IBD ¿ Ion Beam Deposition) e, a fim de modificar o ambiente químico ao qual os íons de Er3+ estão submetidos para controlar as características da fotoluminescência dos íons de érbio, foi realizado tratamento térmico sequencial sob atmosfera de oxigênio, durante 30 minutos em cada uma das seguintes temperaturas: 250°C, 500°C, 750°C e 1000°C. A investigação do estado atômico e da concentração relativa de cada elemento presente nos filmes foi analisada através da técnica de XPS, para as amostras antes (AD) de passarem pelo tratamento térmico e após todos os tratamentos serem realizados (TA). A estrutura cristalina dos filmes foi investigada por Difração de Raio-X à Baixo Ângulo (1°) antes (AD) e após (TA) o tratamento térmico, enquanto que, através de espectroscopia Raman, foi acompanhada cada etapa (temperatura) do tratamento térmico, possibilitando a identificação de duas fases distintas do TiO2, onde a 750°C foram detectados modos vibracionais referentes a fase anatásio e, a 1000°C, modos vibracionais relacionados a fase rutilo. Os resultados de XRD à Baixo Ângulo após o tratamento térmico corroboram com os resultados obtidos por espectroscopia Raman a mesma temperatura. As propriedades de fotoluminescência (PL) dos filmes estudados também foram investigadas em cada etapa do tratamento térmico, evidenciando a influência deste tratamento na fotoluminescência dos filmes. Vale ressaltar a influência do nitrogênio inicial, que por estar em diferentes concentrações em cada amostra, favoreceu diferentes ambientes químicos em função do tratamento térmico, que modificou notadamente as características de fotoluminescência das amostras. Também foi possível notar a influência das fases cristalinas do TiO2 na PL dos filmes, pois esta apresentou uma emissão estreita em ~ 550nm para os filmes estudados quando estes se cristalizaram na fase anatásio, comportamento inexistente quando os filmes se recristalizaram na fase rutilo do TiO2. Medidas de PL em função da temperatura também foram realizadas, de forma que o quenching das emissões na região verde do espectro eletromagnético pôde ser observado, fornecendo uma estimativa para a diferença entre os níveis 2H11/2 e 4S3/2 dê ~ 93 meV (750 cm-1), concordando bem com a separação teórica calculada entre esses níveis. Portanto, neste trabalho foram observadas cinco emissões dos íons trivalente de vi érbio, com comprimentos de onda ~525nm, ~ 550nm, ~ 680nm, ~ 980nm e ~ 1540nm referentes as respectivas transições 2H11/2 -> 4 I15/2, 4S3/2 -> 4 I15/2, 4F9/2 -> 4 I15/2, 4I11/2 -> 4 I15/2 e 4I13/2 -> 4 I15/2, sendo que a característica das emissões no visível foram controladas a partir da concentração inicial de nitrogênio e da temperatura do tratamento térmico / Abstract: In this work was investigated the influence of chemical environment on photoluminescence of Erbium doped Titanium Oxi-Nitride thin films (TiNxOy : Er). The thin films were grown by Ion Beam Deposition technique and, in order to study the influence of the chemical environment which Er3+ ions are subjected, was performed a sequential thermal annealing in an oxygen atmosphere, during 30 minutes in each of the following temperatures: 250°C, 500°C, 750°C e 1000°C. The investigation of binding state and the relative concentration of each element in the films was analyzed by XPS technique for samples "as deposited¿ (AD) and after the ¿thermal annealing¿ (TA). The crystalline structure of the films was investigated by X-Ray Diffraction at Small Angle before (AD) and after thermal annealing (TA), while using Raman spectroscopy, each step of the thermal annealing was monitored. With this procedure was possible to identify two distinct phases of TiO2, with vibrational modes emerging at the annealing temperature of 750°C referring to anatásio phase and, annealing temperature of 1000°C associated with rutile. The results of XRD at Small Angle after thermal annealing corroborate the Raman spectra obtained at the same temperature. The properties of photoluminescence (PL) of the studied films were investigated in each stage of thermal annealing, showing the influence of this treatment on photoluminescence of the films. It is worth mentioning the influence of initial nitrogen that, being in different concentrations in each sample, favored different chemical environments after the annealing procedure, which markedly changed the characteristics of photoluminescence of the samples. It was also noted the influence of the crystalline phases of TiO2 in the PL of the films, by displaying a narrow emission at ~ 550nm when the thin film crystallized into anatásio phase, behavior absent when the recrystallization of the films took place in the rutile phase TiO2. PL measurements as a function of temperature also were performed, so the quenching of emission in the green region of electromagnetic spectrum can be observed. These experiments provide an estimate of the difference between the levels 2H11=2 and 4S3/2 of ~ 93 meV (750 cm-1), results that agree fairly well with the calculated theoretical separation between these levels. Therefore, in this work were observed five emissions of trivalent erbium ions, with wavelenghts ~ 525nm, ~ 550nm, ~ 680nm, ~ 980nm and ~ 1540nm regarding their transitions 2H11/2 -> 4 I15/2, 4S3/2 -> 4 I15/2, 4F9/2 -> 4 I15/2, 4I11/2 -> 4 I15/2 e 4I13/2 -> 4 I15/2, with characteristic of the visible emissions were monitored from the initial concentration of nitrogen and the annealing temperature / Mestrado / Física / Mestre em Física

La technologie des fibres optiques monomodes semble aujourd'hui atteindre ses limites fondamentales en termes de débits. Il devient donc nécessaire de proposer une rupture technologique qui permettra, dans un futur proche, de répondre aux besoins toujours croissants des utilisateurs. La technologie de multiplexage spatial a été étudiée de manière intensive depuis 2011 et elle semble être une approche susceptible de répondre au problème posé. Néanmoins, pour que cette approche soit viable technologiquement, il est nécessaire de développer et/ou de revisiter les technologies des différents composants qui constituent la ligne de transmission. Le but de cette thèse consiste à démontrer, grâce à une approche associant théorie et expérience, la possibilité de réaliser des répéteurs optiques adaptés à cette technologie émergente, et plus particulièrement au cas du multiplexage modal de l'information dans des fibres légèrement multimodes. Nous nous sommes intéressés à l'élaboration d'amplificateurs à fibres dopées Erbium permettant l'obtention d'un gain égalisé sur les différents canaux de télécommunication utilisés, à savoir les modes et les longueurs d'onde. Pour cela, nous avons proposé une optimisation de la distribution transverse du dopant (Erbium), associée à un schéma de pompage simple de la fibre active. Deux géométries de fibres ont été étudiées : fibres à symétrie cylindrique (réalisées par procédé de fabrication conventionnel), et fibres à coeur micro-structuré. Nous démontrons qu'il est possible d'obtenir un gain élevé et égalisé sur l'ensemble des canaux, tout en conservant une efficacité énergétique satisfaisante du composant. / The current single mode fiber-based technology seems to reach its fundamental limits in terms of data rate. Thus, new disruptive technologies are required in order to meet the continuously increasing demand for data traffic. Since 2011, Space Division Multiplexing (SDM) has been intensively investigated and seems to be a potential approach to further increase the bandwidth and overcome the capacity crunch. Nevertheless, to make this technology viable, the technologies of the different components of the telecommunication line have to be developed or revisited. The aim of this thesis is to show the possibility of realizing optical repeaters especially designed for this new multiplexing technology, thanks to numerical and experimental results. More specifically, we focus our attention on the design and the characterization of few-mode erbium doped fiber amplifiers enabling gain equalization over the different communication channels used for the transmission, in the case of Mode Division Multiplexing (MDM). For this purpose, we propose an optimization of the transverse erbium distribution into the fiber core, associated with a simple pumping scheme. Two fiber designs have been investigated: fibers with cylindrical geometry (realized with standart fabrication process), and micro-structured-core fibers. Finaly, we demonstrate the possibility of obtaining high and flat gain over the different channels, while conserving a satifying energy efficiency.

Thesis: Ph. D., Massachusetts Institute of Technology, Department of Physics, 1977 / Vita. / Includes bibliographical references. / Ph. D. / Ph. D. Massachusetts Institute of Technology, Department of Physics