[pt] Neste trabalho apresenta-se a implementação de um sistema de medição de pulsos ópticos curtos gerados por lasers semicondutores. Através de uma técnica indireta de medida, que usa a radiação de segundo harmônico gerada internamente nesses lasers, a duração dos pulsos curtos de luz é estimada. São apresentadas as principais considerações teóricas e experimentais envolvidas com a emissão de segundo harmônico em diodos lasers e são discutidas as principais limitações da técnica. Mostra-se que embora a determinação exata da duração dos pulsos exija medidas adicionais, é possível inferir com boa resolução temporal a duração de pulsos ópticos gerados nos regimes de chaveamento de ganho e mode-locking. / [en] In this work the implementation of a measurement system of short optical pulses generated by semiconductor lasers is presented. This indirect method estimates the pulse duration using the internally generated second harmonic radiation from these lasers. The main theoretical and experimental considerations related with the second harmonic emission are also presented. Although the precise pulse duration requires aditional measurements it is possible to estimate the duration of optical pulses generated by gain-switching and mode-loching regimes with good time-resolution.

[pt] Componentes ópticos para sistemas de telecomunicações estão em crescente demanda. Para aumentar a eficiência destes componentes, reduzir os custos e permitir a integração aos sistemas atuais, tem-se incentivado a pesquisa de novos materiais, como, por exemplo, a sílica fundida. Geralmente, a sílica fundida, por ser um meio isotrópico, não exibe efeitos não lineares de segunda ordem como o efeito eletro-óptico, que pode ser utilizado na fabricação de chaves e moduladores ópticos. No entanto, pode-se induzir na sílica uma não linearidade de segunda ordem (c(2)) da ordem de 1 pm/V através da técnica de polarização eletrotérmica. Observa-se a formação de uma camada depletada de íons e um campo elétrico muito intenso permanentemente gravado em sílica polarizada. A caracterização experimental desta camada de depleção, ou seja, espessura, perfil e magnitude do c(2) induzido, é importante para a compreensão do processo físico que ocorre durante a polarização. Podem ser encontrados na literatura resultados muito divergentes obtidos com diferentes técnicas de caracterização. Não se sabe se esta divergência é devida aos diferentes métodos usados, ou a diferentes condições de polarização e tipos de amostras. Nesta tese, fez-se uma comparação entre quatro técnicas de caracterização da espessura da camada de depleção em sílica polarizada: ataque químico interferométrico com ácido fluorídrico, Maker Fringe, microscopia óptica e de força atômica, e ataque interferométrico com medida de segundo harmônico em tempo real. A estabilidade da não linearidade induzida é importante para garantir a estabilidade de chaves e moduladores ópticos construídos com sílica polarizada, portanto, fez-se também um estudo de apagamento por temperatura da não linearidade induzida em amostras de sílica polarizada. Foi também estudado nesta tese a influência da superfície da amostra antes da polarização, fator importante para a otimização da reprodutibilidade do processo. Para investigar a potencialidade do desenvolvimento de um Atenuador Óptico Variável (VOA) a fibra óptica, também foi feito um estudo de polarização eletrotérmica em fibras ópticas. Estudos complementares foram realizados envolvendo a influência do campo elétrico na taxa de ataque de ácido fluorídrico em fibras ópticas. Fez-se também um estudo sobre redes de Bragg gravadas em fibras especiais. Parte desta tese foi financiada pelo CNPq (bolsa doutorado), pelo Convênio Ericsson/PUC-Rio - Termo Aditivo 04 e 14, ref: PUC.04, Polarização de fibras ópticas, e pelo Projeto GIGA - Finep - Funttel - CPqD, Subprojeto Atenuador Óptico Variável a Fibra Óptica. / [en] Over the past few years, there has been a growing demand for optical components for telecommunication systems. In order to increase the efficiency of these components, reduce costs and allow integration to current systems, efforts have been made in researching new materials, for example, silica. Due to its isotropic nature, silica, ordinarily, does not present second order effects, for example, the electro-optic effect, which can be used for optical switching and modulation. However, eletrothermal poling can be used to induce in silica a second order nonlinearity (c(2)) of the order of 1 pm/V. It can be observed that poled silica has an ion-depleted layer and a permanently recorded electric field. The experimental characterization of this depletion layer, i.e. width, profile and magnitude of the induced c(2), is important for the comprehension of the physical process occurring during polarization. Different results obtained with different characterization techniques can be found in literature. It is not known whether diverging results in literature are due to different methods of examination or due to different poling conditions and sample type. This thesis compares the findings of four experimental techniques used to monitor the width of the depletion region in fused silica samples poled under similar conditions - hydrofluoric acid (HF) etching, Maker Fringe, optical and atomic force microscope, and hydrofluoric acid (HF) etching with real time monitoring of the SH signal. The stability of the induced nonlinearity is important to guarantee the stability of optical switches and modulators built with poled silica; therefore, thermal annealing of the induced nonlinearity in poled silica is also investigated in this thesis. The influence of the sample surface before poling, an important factor in reproducibility, is also investigated in this thesis. In order to investigate the possibility of developing an optical fiber Variable Optical Attenuator (VOA), optical fiber electrothermal poling was also investigated. Additionally, studies of the influence of the electric field strength on HF etching rate were made, as well as recording of Bragg gratings on special fibers. This thesis has been partially funded by CNPq (Doctorate scholarship), by Ericsson/PUC-Rio Accord - Additive term 04 e 14, ref: PUC.04, Poling of Optical Fiber, and by GIGA - Finep - Funttel - CPqD Project, Variable Optical Attenuator Subproject.

[pt] É possível criar uma não-linearidade de segunda ordem em amostras de sílica a partir do processo de polarização. Essas amostras vítreas com o X(2) induzido potencialmente podem ser utilizadas na fabricação de componentes como moduladores ópticos e dobradores de freqüência. O processo de polarização eletrotérmica utiliza alta tensão e alta temperatura e forma uma região de depleção de íons (camada de depleção) onde um campo elétrico intenso é gravado de forma permanente dentro da amostra. Neste trabalho, foram utilizadas diferentes técnicas de caracterização para medir a extensão dessa camada e os resultados foram comparados. As técnicas escolhidas foram: Ataque Químico Interferométrico (com ácido fluorídrico), Maker Fringe, Microscopia Óptica e de Força Atômica e Ataque Interferométrico com Medida de Segundo Harmônico em Tempo Real. Além disso, foram feitos alguns estudos paralelos visando à otimização e a reprodutibilidade do processo de polarização. Foram realizadas dessa forma análises sobre o material dos eletrodos utilizados e sobre a influência da condição inicial da superfície da amostra antes da polarização. / [en] It is possible to create a second order non linearity in silica samples with the poling process. The glass samples with an induced X(2) have a potential application on the fabrication of optical devices such as modulators and frequency converters. In the electrothermal poling process, high voltage and high temperature are applied to the samples forming an ion depleted region (depletion layer), where an intense electric field is permanently recorded. In this work, several characterization techniques have been utilized to measure the width of the depletion layer and compared the obtained results. The chosen techniques were: Interferometric Etching, Maker Fringe, Optical and Atomic Force Microscopy and the Interferometric Etching with Real Time Second Harmonic Measurement. In addition to this, we performed other studies aiming the optimization and reproducibility of the poling process. In this way, we analyzed the material used for the electrodes and the influence of the initial condition of the sample surface before poling.

[pt] O objetivo deste trabalho foi desenvolver métodos eficientes e reprodutíveis de crescimento de monocamadas de WS2, MoS2 e outras heteroestruturas verticais por deposição química em fase de vapor à pressão atmosférica (APCVD). A monocamada separada destes materiais tem grande importância na fabricação de novos dispositivos óticos e Nano eletrônicos. Dispositivos finos e de baixo custo necessitam temperaturas em torno de 800 graus celsius, o que é um problema para aplicações mencionadas acima. Nesta tese, nós propusemos uma nova rota usando APCVD para crescer monocamadas de MoS2 a 550 graus celsius, usando sódio como catalisador. Nós produzimos monocristais e poli cristais controlando a razão de precursores NaNO3/MoO3 e tempo de crescimento. Usando cálculos de primeiros princípios, mostramos que o sódio atua como centro de nucleação para o processo de síntese. A razão de precursores é crucial para diminuir a energia de formação e a temperatura de síntese. Cálculos de primeiros princípios e experimentos concordam que uma razão ideal é em torno de 0.3, proporcionando uma queda de 250 graus celsius na temperatura de crescimento. Nós investigamos as amostras crescidas por APCVD usando espectroscopia de fotoelétrons induzidos por raios-X, microscopia de força atômica, espectroscopia Raman, fotoluminescência e mediadas de transporte. Dicalcogenetos de metais de transição (TMD) dispostos em poucas camadas permitem-nos criar materiais e estudar novos fenômenos físicos. A sequência de empilhamento dos TMDs pode modificar suas propriedades opticas e elétricas. Também sintetizamos poucas camadas de MoS2 e WS2 usando APCVD. Duas e três camadas de WS2, MoS2 e suas heteroestruturas verticais foram caracterizadas através de geração de segundo harmônico (SHG). SHG mostra que as bicamadas crescidas com ângulos de rotação relativos de 0 grau e 60 graus possuem diferentes fases de empilhamento. O SHG do empilhamento bicamada com ângulo relativo de 0 graus aumentos, enquanto para amostras com empilhamento de 60 graus foi zerado. Este comportamento do SHG sugere que duas camadas de MoS2 ou WS2, quando empilhados a 0 graus não possuem simetria de inversão para 3R(AB) entre as camadas inferiores e superiores, enquanto as camadas de 60 graus possuem simetria de inversão (centrossimétricas) e possuem empilhamento na forma 2H(AA). Finalmente, dispositivos foram fabricados em amostras de boa qualidade para a investigação de sua performance elétrica. Os dispositivos mostram comportamento típico tipo-n e sua mobilidade foi estimada a partir das curvas de transporte. A dependência dos modos Raman das nossas amostras de heteroestruturas também foi estudada. Aplicando uma tensão nos dispositivos, o modo A1 mostrou um desvio para o azul e um novo modo surge em 410 cm-1, atribuídos defeitos (D) no cristal. / [en] The aim of this work was to develop reliable and repeatable methods for growing high-quality monolayer MoS2, WS2, and their vertical heterostructure by atmospheric pressure chemical vapor deposition (APCVD) technique. The monolayer of these materials have vital importance in the fabrication of new optical and nanoelectronic devices. Thin and low-cost devices have increased the demand for new synthesis processes. Usually, the synthesis requires temperatures around 800 Celsius degrees, which is an issue for applications mentioned above. In this thesis, we propose a new route using the APCVD technique to grow monolayers of MoS2 at 550 Celsius degrees mediated by sodium as a catalyst. We have produced single crystals and polycrystals by controlling the NaNO3/MoO3 precursor s ratio and growth time. Using first-principles calculations, we find out that sodium is the nucleation site of the growth process. The precursor s ratio is crucial to decrease the energy formation and the synthesis temperature. Firstprinciples calculations and experiments agree with the ideal precursor s rate of 0.3 and with the decrease of the synthesis temperature of 250 Celsius degrees. We investigated the CVD grown sample with X-ray photoelectron spectroscopy, atomic force microscopy, Raman spectroscopy, photoluminescence spectroscopy, and transport experiments. Few layers of TMDs allow us to create new materials and find new physical phenomena. The stacking sequence in few-layer TMDs can significantly impact on their electrical and optical properties.We also synthesized few layers of MoS2 and WS2 via APCVD. Two and three layers of MoS2, WS2, and their vertical heterostructures were characterized by second harmonic generation (SHG). The SHG shows that the layers in bilayers grow with 0 degrees or 60 degrees has different phase stacking. The SHG from 0 degrees stacked bilayer has increased when compared to monolayer, while the generated signal from bilayer with 60 degrees stacking is zero. This behavior of SHG suggests that the two layers of MoS2 or WS2 when stacked at 0 degrees have no inversion symmetry to 3R(AB) phase stacking between the top layer and the bottom layer. While when stacked with 60 degrees has inversion symmetry (Centrosymmetric) and have 2H(AA0) phase stacking. Finally, the devices were fabricated on good quality samples to investigate their electrical performance. The fabricated devices show typical n-type behavior and mobility was estimated by measuring transport curves. The dependence of Raman modes of our heterostructure device with electron doping was also studied. By applying a voltage across our device the A1 mode shows blueshift and a new mode emerges at ~ 410 cm-1, which is attributed to the defects (D) in the crystal.