Neste trabalho utilizamos a técnica de mistura de duas ondas quase degeneradas na investigação das propriedades ópticas não lineares, associadas à mudança de índice de refração com a intensidade da luz, em materiais dopados com cromo: Al2O3:Cr3+ (rubi), BeAl2O4:Cr3+ (alexandrita) e GdAlO3:Cr3+ (aluminato de gadolínio dopado com cromo). A não linearidade Kerr para o GdAlO3: Cr3+ é bastante significativa, de modo que neste material o parâmetro de ganho do feixe de prova apresenta um comportamento muito peculiar e que não encontra explicação nos tratamentos teóricos usuais do processo de mistura de duas ondas. Em particular, o ganho do feixe de prova neste material atinge percentuais superiores a 200%. Desta forma, desenvolvemos um tratamento teórico que descreve a mistura de duas ondas quase degeneradas em meios onde o índice de refração depende da intensidade (n= n0+n2I). Esta abordagem teórica leva em consideração os efeitos de saturação da grade de população produzida pela intersecção dos feixes de luz no meio Kerr (não harmonicidades da grade) e o processo de mistura de duas ondas é considerado como um caso particular do fenômeno da auto-difração difração de ordem zero. Os resultados teóricos foram comparados com os resultados experimentais e várias previsões teóricas como, a dependência do parâmetro de ganho do feixe de prova com a intensidade de saturação do meio, a dependência da diferença de freqüência entre os dois feixes incidentes onde o ganho é máximo com a intensidade do feixe de bombeamento, foram confirmadas experimentalmente / In this work nearly degenerate two-wave mixing technique is used in order to investigate nonlinear optical properties, associated to the refractive índex change by incident light, in a few doped crystals: Al2O3:Cr3+ (ruby), BeAl2O4:Cr3+ (alexandrite) e GdAlO3:Cr3+ (gadolinium aluminate chromium doped). The Kerr nonlinearity in GdAlO3:Cr3+ is very high, so that the probe gain parameter has peculiar behavior in this material and this cannot be explained by using the current approach found in the literature. In particular, the probe gain parameter in this material reaches percentuals above 200%. In this way, we develop a theoretical approach which describes nearly degenerate two-wave mixing in media where the refractive índex is intensity dependent. This theoretical approach takes into account the saturation of the travelling population grating produced by two interesting beams (anharmonicities of the population grating) and the two-wave mixing process is regarded as the zero-order self-diffraction of the incident waves in this grating. The theoretical results are compared with the experimental ones and several theoretical predictions such as, the dependence of the probe gain parameter on the médium saturation intensity were experimentally verified

Neste trabalho, estudamos as propriedade ópticas da tetrapiridilporfirina (TPyP), usando clorofórmio como sol vente. Para a caracterização óptica linear foram medidos os espectros de fluorescência e absorbância, tendo este último nos permitido determinar a seção de choque para o estado fundamental com radiação incidente em 532 nm. Usamos a técnica de varredura Z com trem de pulsos (VZTP) para medirmos a absorção não linear da TPyP, em 532 nm, e determinamos, através de um modelo fenomenológico de cinco níveis, vários parâmetros espectroscópicos tais como seções de choques e tempos de vida dos estados. Além disso, com a utilização da técnica de espalhamento hiperRayleigh (HRS) medimos a primeira hiperpolarizabilidade da TPyP, dissolvida em clorofórmio em 1064 nm usando, como material de referência, a p-nitroanilina (PN A), diluída em metanol. / This work reports on the optical properties of the tetrakis(pyridil)porphyrin (TPyP). In order to perform the linear optical characterization, fluorescence and absorbance spectra were obtained, where the latter allowed the determination of the cross-section for the ground state with incident radiation at À = 532 nm. We used the Zscan tecnique with pulse trains (ZSPT) to measure the nonlinear absorption of TPyP, at 532 nm, and we managed to determine, through a phenomenological five levels model, several spectroscopic parameters such as cross-sections and lifetime of the states. Moreover, we measured the first hyperpolarizability of TPyP dissolved in chloroform, at À = 1064 nm, using the Hyper-Rayleigh scattering (HRS) technique. The reference material used for HRS measurements was p-nitroaniline (PNA) dissolved in methanol.

Neste trabalho, apresentamos uma extensão da técnica de varredura-Z baseada na análise espectral da evolução temporal da transmitância, quando um feixe laser é modulado numa freqüência f. As componentes de Fourier da evolução temporal da transmitância em f e 2f estão respectivamente relacionadas com os efeitos lineares e não-lineares e sua razão pode ser usada na eliminação de efeitos lineares. Este método, denominado varredura-Z resolvida em frequência, permite um aumento significativo na sensibilidade da técnica de varredura-Z em medidas de absorvedores lentos. Tal método se combinado com \"EZ-scan\" permite medidas de modulação de fase correspondentes a distorções da frente de onda de λ/105. A aplicabilidade bem como a sensibilidade desta técnica foram demonstradas em medidas realizadas em absorvedores lentos, especificamente o rubi e o aluminato de gadolínio dopado com cromo. Tais materiais são convenientes para estes fins, pois já tiveram suas não-linearidades investigadas anteriormente por diversos métodos. Como aplicação da técnica fizemos medidas das propriedades ópticas lineares e não-lineares em uma amostra de vidro fluoroindato dopado com cromo. Observamos que os valores de n2 (λ) seguem a curva de absorção desse material, e propomos um modelo que relaciona a origem da não-linearidade com as transições eletrônicas que ocorrem na região do visível. / This work presents an extension of the Z-scan technique based on the spectral analysis of the transmittance time-evolution when the laser beam is modulated at a frequency f. The Fourier components of the transmittance time-evolution at f and 2f are respectively related to the linear and nonlinear effects and their ratio can be used to eliminate spurious linear effects. This method, known as frequency resolved Z-scan, allows a significative increase in the sensitivity of the Z-scan technique for measurements of slow absorbers. When combined with the EZ-scan technique, it can measure transmittance changes corresponding to wavefront distortions of λ/105. The demonstration of the technique was carried out for slow absorbers, ruby and chromium-doped gadolinium aluminate. Such materials were conveniently chosen for this purpose since their optical nonlinearities are well stablished. As an application, we present linear and nonlinear optical properties of a chromium-doped fluorindate glass sample. We found that the values of n2 (λ) follow the absorption curve in this material and we have proposed a model which relates the origin of the nonlinearity with the electronic transitions that occur in the visible region of the spectrum.

Neste trabalho nós crescemos e caracterizamos oticamente cristais de L-treonina e L-lisina-HCl. Esses materiais pertencem a uma família de cristais orgânicos que tem demonstrado potencial para uso como dispositivos ópticos não lineares. Os cristais foram crescidos em solução aquosa pelos métodos de evaporação lenta do solvente e abaixamento controlado da temperatura. Realizamos medidas de óptica linear, índices de refração e a absorção óptica, e de óptica não linear, a geração de segundo harmônico (GSH). Essa nova classe de materiais não linear é de fácil crescimento e apresentam uma boa qualidade óptica e propriedades não lineares comparáveis as dos cristais de KDP. / In this work we grew and optically characterized L-threonine and L-lysine-HCL crystals. These materials belong to a family of organic crystals that have a potential application in nonlinear optical devices. The crystals were grown in aqueous solution by slow solvent evaporation and controlled cooling techniques. We characterized the linear and nonlinear optical properties of these materials, for exarnple, the index of refi-action, optical absorption and second harmonic generation (SHG). This new class of nonlinear medium is easy to grow and present good optical quality and nonlinear properties comparable to KDP crystals.

Orientador: Hugo Enrique Hernández Figueroa / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-18T02:45:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MoresJunior_JoseAmilton_D.pdf: 15207023 bytes, checksum: 112938cdefab40754d08619dd4e4bb3a (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Uma estratégia numérica eficiente para calcular os parâmetros de dispersão de alta ordem em guias ópticos e apresentada. No que e de nosso conhecimento, pela primeira vez na literatura um estudo sistemático dos erros envolvidos no processo de calculo numérico de tais parâmetros e feito, mostrando que a presente estratégia e capaz de modelá?los com precisão superior aquela que pode ser fornecida pelo estado da arte dos processos de fabricação. Tal abordagem combina um simulador modal completamente vetorial baseado no Método dos Elementos Finitos e um algoritmo apropriado de diferenciação por diferenças finitas. O seu desempenho foi cuidadosamente validado por meio da analise de varias geometrias?chaves. Adicionalmente, a otimização dos parâmetros de dispersão de alta ordem pode ser feita acoplando?se ao esquema um algoritmo genético, como mostrado aqui por meio do projeto de Fibras de Cristais Fotônicos apropriadas para aplicações em amplificação paramétrica. Por fim, e proposto um novo Modelo Vetorial de Quatro Ondas para Guias com Alto Contraste de Índice de Refração que e deixado para servir de base em trabalhos futuros / Abstract: An efficient numerical strategy to compute the higher-order dispersion parameters of optical waveguides is presented. To the best of our knowledge, for the first time in the literature a systematic study of the errors involved in the higher-order dispersions' numerical calculation process is made, showing that the present strategy can model those parameters with greater accuracy than the one that can be provided by optical waveguides' state of the art manufacturing processes. Such strategy combines a full-vectorial finite element modal solver and a proper finite difference differentiation algorithm. Its performance has been carefully assessed through the analysis of several key geometries. In addition, the optimization of those higher-order dispersion parameters can also be carried out by coupling to the present scheme a genetic algorithm, as shown here through the design of Photonic Crystal Fibers suitable for parametric amplification applications. Finally, a new Four-Wave Vectorial Model for High Refractive-Index-Contrast Optical Waveguides is proposed and left to be used as a basis for future works / Doutorado / Telecomunicações e Telemática / Doutor em Engenharia Elétrica

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:34:59Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:04:28Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Neste trabalho foi utilizado o método de regressão do diâmetro para a medida do limiar de ablação nos materiais Suprasil, BK7, Safira e Ti:Safira por pulsos de femtossegundos. Através de medidas dos limiares de ablação para pulsos únicos e pulsos sobrepostos, quantificou-se o parâmetro de incubação para cada dielétrico. Essas medidas preliminares serviram para validação do método denominado Diagonal Scan ou D-scan. Para tanto, o método D-scan teve seu formalismo expandido o que possibilitou a quantificação da sobreposição de pulsos durante o seu uso. A simplicidade e rapidez do método D-scan permitiram que o limiar de ablação no BK7 fosse medido para diferentes larguras temporais e sobreposições. O limiar de ablação para pulsos únicos em função da largura temporal dos pulsos foi comparado com uma simulação teórica. A partir do conhecimento do parâmetro de incubação desenvolveu-se uma metodologia de usinagem em dielétricos que considera a sobreposição de pulsos durante a ablação. Isso permitiu a fabricação de microcanais para uso em microfluídica em BK7. / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP / FAPESP:08/00284-0

Submitted by Franciele Moreira (francielemoreyra@gmail.com) on 2017-11-08T14:07:09Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Ana karolline Silva Mendanha Valdo - 2017.pdf: 18131682 bytes, checksum: 99cf3e17fe7f0bb93c35ab0c28a8f865 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2017-11-09T10:02:22Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Ana karolline Silva Mendanha Valdo - 2017.pdf: 18131682 bytes, checksum: 99cf3e17fe7f0bb93c35ab0c28a8f865 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-11-09T10:02:22Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Ana karolline Silva Mendanha Valdo - 2017.pdf: 18131682 bytes, checksum: 99cf3e17fe7f0bb93c35ab0c28a8f865 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2017-10-10 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / This work investigates the trending of crystallization in non-centrosymmetric space groups to study second harmonic generation (SGH) in the field of non linear optics. Using trans-1,2-di(4-pyridil)ethylene (BPE) four unpublished compounds were obtain, being them BPEH2Cl2·2H2O (1), BPEH2Br2 (2), BPEH2(H2PO4)2 (3) e BPEH2(H2PO4)2·H3PO4 (4). In these structures was possible to analyse the pattern of formed synthons, which showed to be function of geometry and polarizability and not only of acid strength of acid that generates the counter ion. The structure 1 showed pseudo symmetry and had the space group determined by the combination of observed signal of second harmonic generation and statistical parameters of refinement in different space groups. Under the incidence of LASER with emission on 974 nm it was observed a signal dependent of the incident power in 487 nm for single crystals of these structure, proving the absence of inversion center in 1. All structures were characterized by single-crystal X-ray diffraction (SXRD), with additional caracterizations for structure 1 using the techniques X-ray powder diffraction (PXRD), photoluminescence, measurement of second harmonic generation signal and theorical calculation of SHG effects and eletrical properties. / Esse trabalho investiga a tendência de cristalizações em grupos espaciais não centrossimétricos para o estudo de geração de segundo harmônico (GSH) na área de óptica não linear. Utilizando a trans-1,2-di(4-piridil)etileno (BPE) quatro compostos inéditos foram obtidos, sendo eles BPEH2Cl2·2H2O (1), BPEH2Br2 (2), BPEH2(H2PO4)2 (3) e BPEH2(H2PO4)2·H3PO4 (4). Nessas estruturas foi possível analisar o padrão de síntons formados, que mostram ser dependentes da geometria e polarizabilidade e não só da força ácida do ácido que gera o contra-íon. A estrutura 1 apresentou pseudosimetria e teve o grupo espacial determinado pela combinação do sinal de geração de segundo harmônico e estatística do refinamento em diferentes grupos espaciais. Sob incidência do LASER em 974 nm foi observado um sinal dependente da potência em 487 nm para os cristais dessa estrutura, comprovando a ausência do centro de simetria em 1. Todas as estruturas foram caracterizadas por difração de Raios X por monocristal (DRXM), com caracterizações adicionais para estrutura 1 pelas técnicas de difração de Raios X de pó (DRXP), fotoluminescência, obtenção do sinal de geração de segundo harmônico e cálculos teóricos dos efeitos de GSH e de propriedades elétricas.

Neste trabalho é feito um estudo da formatação de pulsos ultracurtos de laser de Ti:Safira para a geração de segundo harmônico em cristal de KDP. Para a formatação dos pulsos, é utilizado um aparato que inclui um modulador espacial de luz de cristal líquido (LC SLM), que altera unicamente a fase espectral dos pulsos. Este aparelho tem a vantagem de não introduzir perdas durante a propagação da luz, além de sua ação ser controlada via computador, através de um software em LabVIEW. Utilizando uma função senoidal, é feito um estudo das limitações do controle da geração do segundo harmônico provindas da pixelação do LC SLM, isto é, do fato de que os elementos moduladores possuem tamanhos finitos e produzem uma modulação discreta ao longo das componentes espectrais do pulso. É apresentada a geração de luz sintonizável em torno de 400 nm por duplicação de frequências de pulsos cuja fase espectral é modulada por uma soma de funções senoidais de frequências diferentes. A largura de banda do ultravioleta produzido é da ordem de 1 nm, em contraste com a largura de linha de cerca de 12 nm do segundo harmônico gerado na ausência de modulação do pulso fundamental. A sintonização é feita basicamente através de uma varredura na fase das funções moduladoras do pulso fundamental. Esse tipo de sintonização nessa região do espectro possui algumas aplicações, tais como a microscopia seletiva por dois fótons ou mesmo a espectroscopia de um fóton. Para comprovar a utilidade da geração de segundo harmônico sintonizável, é apresentada uma medida espectroscópica da transmissão em uma amostra de cloreto de európio, sendo que os resultados obtidos concordaram com as medidas da mesma amostra realizadas em um espectrofotômetro, com o mínimo de transmissão em cerca de 394 nm. / This work presents a study on the shaping of ultrashort pulses of a Ti:Sapphire laser for second harmonic generation in KDP crystals. To achieve the pulse shaping, a setup based on a phase-only crystal-based spatial light modulator (LC SLM) is used. This device has the advantage of low loss, and can be computer controlled, by means of a LabVIEW software. The use of a sinusoidal function, allows to study the limitations of the second harmonic generation due to the pixelation of the LC SLM, i. e., due to the fact that the modulating elements have finite sizes and produce a stepwise modulation along the spectral components of the pulse. The generation of tunable light around 400 nm by frequency doubling of laser pulses is presented for the case where the spectral phase is modulated by a sum of sinusoidal functions with different frequencies. The linewidth of the ultraviolet band produced is narrower than 1 nm, in contrast to the 12 nm linewidth of the non-modulated incident spectrum. The tuning is done primarily through a sweep in the phase of the modulating functions of the fundamental pulse. The possibility of tuning in this region of the spectrum has a few applications, such as in selective two-photon microscopy or even in one photon spectroscopy. To demonstrate the usefulness of tunable second harmonic generation, a spectroscopic measurement of the transmission in a sample of europium chloride is presented, and the results agreed with the measures of those performed in a spectrophotometer, with the minimal transmission occurring around 394 nm.

Geração de luz supercontínua é um efeito caracterizado por um forte alargamento espectral induzido por efeitos não-lineares no meio óptico, e que encontra uma vasta gama de aplicações, como tomografia por coerência óptica, espectroscopia e metrologia de freqüência. No presente trabalho, os fenômenos físicos responsáveis pela geração de luz supercontínua são estudados teoricamente, utilizando a ferramenta numérica desenvolvida para dar suporte à teoria. Os efeitos de polarização relacionados à geração de luz supercontínua também são analisados e, neste contexto, a utilização de uma fibra de cristal fotônico com formato tipo-D e alta birrefringência é proposta para servir como meio óptico. As características do supercontínuo gerado nesta fibra são analisadas teoricamente, novamente com o apoio da ferramenta numérica. A análise conclui que a fibra proposta apresenta consideráveis vantagens em relação às fibras convencionais, principalmente por ser capaz de manter o estado de polarização da luz supercontínua estável. / Supercontinuum generation is an effect characterized by a strong spectral broadening induced by nonlinear effects in the optical medium. There is a wide range of applications for this effect, such as optical coherence tomography, spectroscopy and frequency metrology. In this work, the physical phenomena responsible for supercontinuum generation are theoretically studied relying on the developed numerical tool to support the theory. The polarization effects related to supercontinuum generation are also assessed and, in this context, a highly birefringent D-shaped photonic crystal fiber is proposed as a medium for supercontinuum generation. The characteristics of supercontinuum generation in the proposed fiber are theoretically analyzed. The analysis concludes that the proposed fiber shows considerable advantages over conventional fibers, mainly due to the capability to keep the state of polarization of the supercontinuum stable.

The Optical Parametric Oscillator (OPO) has been one of the most versatile source of non-classical states of light. Usual configurations of such devices are a macroscopic second order nonlinear crystals inside an optical cavity. Recently the use of silicon photonics techniques allowed the implementation of high quality factor microcavities and OPOs which include several technological advantages over usual configuration as a small size, bigger bandwidth, CMOS compatibility, facility to engineer the dispersion properties and compatibility with commercial optical fiber communications. Nevertheless the nonlinearity present within these systems is a third order nonlinearity for which theoretical calculations lack in the literature. Here we describe theoretically the quantum properties of the light generated in an OPO with a third order nonlinearity. We showed that the effects of phase modulation (which are not present in the second order nonlinearity) and dispersion are determinant in the way that oscillation and entanglement is produced in the system. Despite of these effects, bipartite and tripartite entanglement is predicted with the use of the Schmidt modes formalism. We also describe the system when there are more modes exited within the cavity and a frequency comb is formed. In such a situation, using again the Schmidt modes formalism, multipartite entanglement was predicted as well. / O oscilador paramétrico ótico (OPO) tem sido uma fonte muito versátil de estados não clássicos da luz. A configuração usual destes OPOs consiste em um cristal macroscópico com não linearidade de segunda ordem no interior de uma cavidade ótica. Recentemente, devido ao desenvolvimento da fotonica de silício, foi possível a implementação de micro- cavidades óticas e OPOs que possuem varias vantagens sobre OPOs usuais. Não entanto a não linearidade destes sistemas é de terceira ordem. Neste trabalho, descrevemos teoricamente as propriedades quânticas da luz gerada num OPO com não linearidade de terceira ordem. Mostra-se que os efeitos de modulação de fase (não presentes na não linearidade de segunda ordem) e a dispersão são determinantes para a geração e o emaranhamento produzido no sistema. Emaranhamento bi e tri partito foi predito teoricamente usando o formalismo de modos de Schmidt. Também foi feita uma descrição quando mais modos da cavidade são excitados gerando um pente de frequência. Nesta situação. e utilizando novamente o formalismo de modos de Schmidt, foi predito emaranhamento multimodo destes sistemas.