Os metamateriais acústicos/elásticos são materiais que apresentam características elásticas diferentes dos materiais comuns encontrados na natureza, sendo o índice de refração negativo a principal característica destes novos materiais. A literatura reporta que esta propriedade é atingida para uma faixa muito estreita de frequências, sendo um efeito muito localizado, e, adicionalmente, as estruturas propostas são ideais em extremo, o que dificulta sua aplicação prática em dispositivos acústicos. O objetivo do presente trabalho foi projetar metamateriais acústicos e elásticos tridimensionais com índice de refração negativo numa faixa de frequência mais longa em relação ao reportado na literatura, e utilizando geometrias e materiais que tornem viável sua implementação prática para a fabricação de dispositivos. Com este propósito foi desenvolvido um formalismo da teoria de meio efetivo (TME), no limite de comprimento de onda longa e baixas frações de preenchimento. Com a TME desenvolvida foi estudado o espalhamento de inclusões esféricas simples, revestidas e duplamente revestidas em diferentes matrizes hospedeiras. Os resultados mostraram a existência de bandas ressonantes nos coeficientes da matriz T relacionadas aos modos monopolares, dipolares e quadrupolares. Materiais compósitos constituídos por esferas simples, revestidas ou duplamente revestidas foram analisados utilizando o formalismo TME. Os resultados mostraram que os valores negativos dos parâmetros elásticos nestes materiais estão completamente relacionados aos efeitos ressonantes das inclusões esféricas. Metamateriais elásticos e acústicos foram projetados sobrepondo dois ou mais compósitos diferentes, cada um com diferentes propriedades, de tal forma que o efeito total no metamaterial apresente as características definidas no projeto inicial. O metamaterial elástico foi projetado utilizando a sobreposição de três compósitos de inclusões esféricas diferentes. Este metamaterial apresentou índice de refração negativa na região de 2 kHz, numa faixa de largura igual a 80 Hz. O metamaterial acústico foi projetado sobrepondo dois compósitos de inclusões esféricas diferentes. Este material apresentou índice de refração negativa na região de 7 kHz, numa faixa de 500 Hz. As geometrias e materiais utilizados no projeto destes metamateriais são acessíveis e de fácil manipulação, o que facilitará sua futura fabricação em laboratório. Os resultados obtidos neste trabalho sugerem a possibilidade de fabricar estes metamateriais no laboratório e empregá-los no controle de ondas acústicas, elásticas e sísmicas, assim como também no projeto de um manto de invisibilidade acústica/elástica. / The acoustic/elastic metamaterials are materials that show different elastic features from common materials found in nature and their main characteristics are their negative refractive index. The literature reports that this property is reached for a very narrow range of frequencies, as a very localized phenomenon, and additionally, the proposed structures are extremely ideals, which makes its practical application difficult on acoustic devices. The objective of this work was to design acoustic/elastic three-dimensional Metamaterials with negative refractive index in a wider frequency band than that reported in the literature, and using geometries and materials that make it possible their practical implementation for manufacturing acoustic/elastic devices. With this purpose a formalism of the effective medium theory (EMT) was developed, in the limit of wavelength and low fill fractions. With the developed EMT, the scattering of simple spherical inclusions, coated and doubly coated in different host substrates were studied. The results showed the existence of resonant bands in the coefficients of the T matrix related to monopolar, dipolar and quadrupolar modes. Composite materials consisting of simple, coated or double coated spheres were analyzed using the EMT formalism. The results showed that the negative values of elastic parameters in these materials are completely related to resonant effects of the spheres of inclusion. Elastic and acoustic Metamaterials were designed by overlaying two or more different composites, each with different properties, such that the overall effect on the metamaterial shows the desired features defined in the initial project. The elastic metamaterial was designed by overlapping three different composites of different spherical inclusions. This metamaterial shows negative refractive index in the region of 2 kHz, in a band of width of 80 Hz. The acoustic metamaterial was designed by overlapping two composites of different spherical inclusions. This material shows negative refractive index in the region of 7 kHz, in a band of width of 500 Hz. The geometries and materials used in the design of these Metamaterials are affordable and easy to handle, which will facilitate their future fabrication in the laboratory. The results obtained in this study suggest the possibility to manufacture these metamaterials in the laboratory and use them in the control of acoustic, elastic and seismic waves, as well as in the design of invisible cloak.

Os metamateriais acústicos/elásticos são materiais que apresentam características elásticas diferentes dos materiais comuns encontrados na natureza, sendo o índice de refração negativo a principal característica destes novos materiais. A literatura reporta que esta propriedade é atingida para uma faixa muito estreita de frequências, sendo um efeito muito localizado, e, adicionalmente, as estruturas propostas são ideais em extremo, o que dificulta sua aplicação prática em dispositivos acústicos. O objetivo do presente trabalho foi projetar metamateriais acústicos e elásticos tridimensionais com índice de refração negativo numa faixa de frequência mais longa em relação ao reportado na literatura, e utilizando geometrias e materiais que tornem viável sua implementação prática para a fabricação de dispositivos. Com este propósito foi desenvolvido um formalismo da teoria de meio efetivo (TME), no limite de comprimento de onda longa e baixas frações de preenchimento. Com a TME desenvolvida foi estudado o espalhamento de inclusões esféricas simples, revestidas e duplamente revestidas em diferentes matrizes hospedeiras. Os resultados mostraram a existência de bandas ressonantes nos coeficientes da matriz T relacionadas aos modos monopolares, dipolares e quadrupolares. Materiais compósitos constituídos por esferas simples, revestidas ou duplamente revestidas foram analisados utilizando o formalismo TME. Os resultados mostraram que os valores negativos dos parâmetros elásticos nestes materiais estão completamente relacionados aos efeitos ressonantes das inclusões esféricas. Metamateriais elásticos e acústicos foram projetados sobrepondo dois ou mais compósitos diferentes, cada um com diferentes propriedades, de tal forma que o efeito total no metamaterial apresente as características definidas no projeto inicial. O metamaterial elástico foi projetado utilizando a sobreposição de três compósitos de inclusões esféricas diferentes. Este metamaterial apresentou índice de refração negativa na região de 2 kHz, numa faixa de largura igual a 80 Hz. O metamaterial acústico foi projetado sobrepondo dois compósitos de inclusões esféricas diferentes. Este material apresentou índice de refração negativa na região de 7 kHz, numa faixa de 500 Hz. As geometrias e materiais utilizados no projeto destes metamateriais são acessíveis e de fácil manipulação, o que facilitará sua futura fabricação em laboratório. Os resultados obtidos neste trabalho sugerem a possibilidade de fabricar estes metamateriais no laboratório e empregá-los no controle de ondas acústicas, elásticas e sísmicas, assim como também no projeto de um manto de invisibilidade acústica/elástica. / The acoustic/elastic metamaterials are materials that show different elastic features from common materials found in nature and their main characteristics are their negative refractive index. The literature reports that this property is reached for a very narrow range of frequencies, as a very localized phenomenon, and additionally, the proposed structures are extremely ideals, which makes its practical application difficult on acoustic devices. The objective of this work was to design acoustic/elastic three-dimensional Metamaterials with negative refractive index in a wider frequency band than that reported in the literature, and using geometries and materials that make it possible their practical implementation for manufacturing acoustic/elastic devices. With this purpose a formalism of the effective medium theory (EMT) was developed, in the limit of wavelength and low fill fractions. With the developed EMT, the scattering of simple spherical inclusions, coated and doubly coated in different host substrates were studied. The results showed the existence of resonant bands in the coefficients of the T matrix related to monopolar, dipolar and quadrupolar modes. Composite materials consisting of simple, coated or double coated spheres were analyzed using the EMT formalism. The results showed that the negative values of elastic parameters in these materials are completely related to resonant effects of the spheres of inclusion. Elastic and acoustic Metamaterials were designed by overlaying two or more different composites, each with different properties, such that the overall effect on the metamaterial shows the desired features defined in the initial project. The elastic metamaterial was designed by overlapping three different composites of different spherical inclusions. This metamaterial shows negative refractive index in the region of 2 kHz, in a band of width of 80 Hz. The acoustic metamaterial was designed by overlapping two composites of different spherical inclusions. This material shows negative refractive index in the region of 7 kHz, in a band of width of 500 Hz. The geometries and materials used in the design of these Metamaterials are affordable and easy to handle, which will facilitate their future fabrication in the laboratory. The results obtained in this study suggest the possibility to manufacture these metamaterials in the laboratory and use them in the control of acoustic, elastic and seismic waves, as well as in the design of invisible cloak.

As técnicas de lente térmica (LT) e \"Z-scan\" foram usadas para estudar as propriedades termo-óticas (difusividade térmica, condutividade térmica, taxa de variação do caminho ótico em função da temperatura e eficiência quântica de fluorescência) e não-lineares (partes real e imaginária do índice de refração não-linear, diferença de polarizabilidade e da seção de choque de absorção entre os estados excitado e fundamental, respectivamente) de sólidos dopados com Neodímio e Cromo. Uma nova extensão da técnica de LT foi proposta para determinar a eficiência quântica de fluorescência sem necessitar de amostra referência, como é feito na maioria dos métodos fototérmicos. Além disso, ambas técnicas foram usadas como espectroscopia, ou seja, a LT foi usada para estudar a forma de linha do calor gerado no material quando a excitação é feita próximo da banda de absorção do material, possibilitando assim a determinação da eficiência de transferência entre a matriz e o íon dopante, e a técnica \"Z-scan\" foi adaptada para medir a forma de linha do índice de refração não-linear próximo das linhas de emissão laser nos cristais dopados com Cromo. / The Thermal Lens (TL) and Z-scan technique were used to study the thermo-optical (thermal diffusivity, thermal conductivity, temperature coefficient of the optical path length change and fluorescence quantum efficiency) and nonlinear optical (parts real and imaginary of the refractive index, polarizability difference and absorption cross section between the excited and ground states, respectively) properties of Neodymium and Chromium doped solids. A new extension of the TL technique was proposed to determine the fluorescence quantum efficiency without measuring a reference sample, as done by any photothermal method Moreover, both techniques were used as an spectroscopy one, i. e., the TL was used to study the line shape of the heat created in material when the excitation is done near at the host absorption band, allowing the determination of the energy transfer efficiency between the host and the dopant ion, and the 2-scan technique was adapted to measure the line shape of the nonlinear refractive index near the laser lines in Chromium doped crystals.

As técnicas de lente térmica (LT) e \"Z-scan\" foram usadas para estudar as propriedades termo-óticas (difusividade térmica, condutividade térmica, taxa de variação do caminho ótico em função da temperatura e eficiência quântica de fluorescência) e não-lineares (partes real e imaginária do índice de refração não-linear, diferença de polarizabilidade e da seção de choque de absorção entre os estados excitado e fundamental, respectivamente) de sólidos dopados com Neodímio e Cromo. Uma nova extensão da técnica de LT foi proposta para determinar a eficiência quântica de fluorescência sem necessitar de amostra referência, como é feito na maioria dos métodos fototérmicos. Além disso, ambas técnicas foram usadas como espectroscopia, ou seja, a LT foi usada para estudar a forma de linha do calor gerado no material quando a excitação é feita próximo da banda de absorção do material, possibilitando assim a determinação da eficiência de transferência entre a matriz e o íon dopante, e a técnica \"Z-scan\" foi adaptada para medir a forma de linha do índice de refração não-linear próximo das linhas de emissão laser nos cristais dopados com Cromo. / The Thermal Lens (TL) and Z-scan technique were used to study the thermo-optical (thermal diffusivity, thermal conductivity, temperature coefficient of the optical path length change and fluorescence quantum efficiency) and nonlinear optical (parts real and imaginary of the refractive index, polarizability difference and absorption cross section between the excited and ground states, respectively) properties of Neodymium and Chromium doped solids. A new extension of the TL technique was proposed to determine the fluorescence quantum efficiency without measuring a reference sample, as done by any photothermal method Moreover, both techniques were used as an spectroscopy one, i. e., the TL was used to study the line shape of the heat created in material when the excitation is done near at the host absorption band, allowing the determination of the energy transfer efficiency between the host and the dopant ion, and the 2-scan technique was adapted to measure the line shape of the nonlinear refractive index near the laser lines in Chromium doped crystals.

Neste trabalho, foi desenvolvido um laser pulsado utilizando um chaveador-Q passivo em uma cavidade com a tecnologia de controle de modo por duplo-passo. Utilizando um cristal de Nd:LiYF4 com 0,8 mol% de dopagem, foi possível gerar um pulso com duração de 5,5 ns (FWHM), com 1,2 mJ de energia e potência pico de 220 kW para utilização na técnica Cavity Ring-Down Spectroscopy (CRDS). A técnica (CRDS), que pode ser traduzida por espectroscopia de cavidade ressonante, é utilizada para medida de espectros de absorção de gases, líquidos e sólidos. Com a técnica CRDS é possível medir perdas com altíssimo grau de precisão, ressaltando sua sensibilidade que é confirmada pela utilização de espelhos com alta refletividade. Foram avaliadas, com essa técnica, as perdas por reflexão e espalhamento de materiais transparentes. Após a calibração da cavidade ressonante, foi possível medir as perdas nas amostras com resolução de até 0,045%, sendo o valor máximo alcançado de 1,73%. Essa calibração foi possível, pois obteve se um tempo de decaimento de aproximadamente 20 μs com a cavidade desobstruída. Também foi conseguido um método de determinação do índice de refração dos materiais transparentes com precisão de cinco casas decimais. / In this work, a pulsed and Q-switched laser resonator was developed using the double-beam mode-controlling technique. A Nd:LiYF4 crystal with 0,8mol% of doping concentration was used to generate a giant pulse with duration of 5,5 ns (FWHM), 1,2 mJ of energy and 220 kW peak power for the Cavity Ring-Down Spectroscopy (CRDS) technique. The CRDS technique is used to measure absorption spectra for gases, liquids and solids. With the CRDS technique it is possible to measure losses with high degree of accuracy, underscoring the sensitivity that is confirmed by the use of mirrors with high reflectivity. With this technique, the losses by reflection and scattering of transparent materials were evaluated. By calibrating the resonant cavity, it was possible to measure the losses in the samples with resolution of 0,045%, the maximum being reached by 1,73%. The calibration was possible because there was obtained to measure a decay time of approximately 20 μs with the empty cavity. Besides was obtained a method for determining the refractive index of transparent materials with accuracy of five decimals.

O índice de refração não-linear n2 é o parâmetro chave da não-linearidade de terceira ordem em materiais ópticos. Um método simples, direto e sensível para medição do índice de refração não-linear (n2) é a técnica Z-scan proposta Sheik-Bahae et al 1. Nesse trabalho, um estudo sistemático quanto a esta técnica foi realizado. Utilizando a integral de difração de Fresnel-Kirchhoff, foi possível analisar a técnica investigando a influência do raio de abertura da íris. Foram obtidas expressões analíticas inéditas quando consideramos baixas não-linearidades induzidas por amostras finas. Esses resultados mostraram que o valor de n2 obtido é aproximadamente 36% maior do que n2 obtido por Sheik-Bahae para abertura linear de S=0,5, por exemplo.Extensões da técnica foram feitas, onde simulações para testar a viabilidade de medidas Z-scan no campo próximo e com dois feixes foram realizadas, de onde também foi possível encontrar resultados analíticos inéditos. Esses resultados teóricos foram testados tanto para feixe único quanto duplo em alguns experimentos, sendo obtido um bom acordo. Por fim, um novo método para medição do índice de refração não-linear não-degenerado foi proposto, em que é possível obter n2 no comprimento de onda do feixe de prova, num experimento com dois feixes. Esse resultado é importante uma vez que, em muitos casos, não é possível a realização de uma medida Z-scan convencional, devido ao fato da amostra não absorver o comprimento de onda do feixe de prova. Um resultado de n2 para rubi em 633nm foi obtido em bom acordo com resultados prévios da literatura, em que foram utilizadas técnicas de maior complexidade experimental. / The nonlinear refractive index n2 is the key parameter of the third order nonlinearity of optical materials. A simple, direct and sensitive measurement of nonlinear refractive index n2 is so-called Z-scan technique proposed by Sheik Bahae et al 1. In this work, a systematic study on this technique was performed. Based on Fresnel-Kirchhoff diffraction integral formula, it was possible to analyze the technique in order to investigate the influence of the apertures radius. We obtained unpublished analytical expressions when we consider small nonlinearities induced by thin samples. These results showed that the value of n2 obtained is about 36% larger than n2 obtained by Sheik-Bahae when the linear opening is 50%, for example.Extensions about the technique were made. Simulations were performed in order to test the feasibility of near-field Z-scan and two-color Z-scan measurements. Again it was also possible to find unpublished analytical results. The theoretical results were tested in some experiments and good agreement was found. Finally, a new method for measuring the nondegenerate refractive index was proposed. So, there is the possibility to obtain n2 at the wavelength of the probe beam in a two-color Z-scan experiment. This result is important since in many cases is impossible to perform a conventional z-scan measurement, due to the fact that the sample does not absorb the wavelength of the probe beam. A result of n2 for ruby at 633nm was obtained in good agreement with previous studies.

In recent years a new class of materials, the metamaterials, has emerged in the scientific community. The use of these materials makes possible to achieve unique electromagnetic properties, such as the negative refractive index. Today there exist several applications that take advantage of these special properties, such as sensors, antennas and invisibility cloaks, aiming at improving their intrinsic characteristics. Based on these considerations, this project aims at developing metamaterials structures to control the radiation properties of antennas in the microwave range, such as gain and directivity. More specifically, it was also chosen chiral metamaterials, mainly due to the phenomenon of electromagnetic field rotation which opens the possibility to control efficiently the radiation properties of antennas. In addition, chiral metamaterials, which have proved to be a more attractive alternative to obtain negative or zero refractive index, enable a greater degree of freedom in the design of different structures. This work encompasses all different phases of the structure design, namely: project, computational modeling, fabrication, and characterization of the proposed structures. We show improvements for the gain that in some cases reaches more than the double of the conventional monopole antenna gain and for the return loss parameter, which reaches minimum values. We also could maintain good efficiency and improve the input impedance matching. Finally, it is worth mentioning that this new technology also has the great potential to be applied in the telecommunication devices, particularly to improve communications based on antennas. / Nos últimos anos uma nova classe de materiais, os metamateriais, emergiu na comunidade científica. O uso desses materiais torna possível alcançar propriedades eletromagnéticas singulares, como o índice de refração negativo. Hoje existem vastas aplicações que usufruem destas propriedades especiais, como os sensores, mantas de invisibilidade e antenas, onde se procura o aperfeiçoamento de suas características intrínsecas. Com base nestas considerações, este projeto buscou desenvolver estruturas metamateriais para controle das propriedades de radiação de antenas na faixa de micro-ondas, tais como diretividade e ganho. Mais especificamente, foram utilizados os metamateriais quirais, principalmente devido ao fenômeno de rotação do campo eletromagnético que abre a possibilidade de controle mais eficiente das propriedades de radiação de antenas. Além disso, os metamateriais quirais, por se mostrarem uma alternativa mais atraente para se obter meios com índice de refração zero ou negativo, possibilitam um maior grau de liberdade no projeto de diferentes estruturas. Este trabalho contempla, ainda, todas as etapas de projeto de tais estruturas, quais sejam: projeto, modelagem computacional, fabricação, e caracterização das estruturas. Mostramos melhorias para o ganho que, em alguns casos, chega a mais do que o dobro do ganho da antena monopolo convencional e para o parâmetro de perda de retorno, que atinge valores mínimos. Nós também mantivemos uma boa eficiência e melhoramos o casamento de impedância de entrada. Finalmente, vale salientar que essa nova tecnologia também apresenta grande potencial de ser aplicada em dispositivos de telecomunicações, com o intuito de aprimorar a comunicação baseada em antenas.

Neste trabalho estudamos uma nova classe de materiais ópticos não-lineares, os cristais orgânicos, que possuem potencial para muitas aplicação em dispositivos. Determinamos diferentes propriedades ópticas lineares e não-lineares de três cristais orgânicos: a l-alanina, a l-treonina e a l-lisina. Esses cristais de aminoácido foram escolhidos por apresentarem propriedades de geração de segundo harmônico (GSH) e por serem materiais nunca estudados sob o ponto de vista da óptica não-linear. Estudamos algumas das propriedades ópticas lineares fundamentais desses cristais biaxiais transparentes, pois deles dependem os fenômenos não-lineares sobre os quais são feitas intensas pesquisas. Determinamos as propriedades lineares como os espectros de absorção, os índices de refração, os eixo ópticos, velocidade de propagação da luz num meio anisotrópico e os limiares de dano por radiação. Posteriormente, determinamos as condições de casamento de fase, a eficiência de GSH, e a auto-modulação de fase. A GSH e a auto-modulação de fase pertencem, respectivamente, a processos não-lineares de segunda e de terceira-ordem. Para o estudo de muitas dessas propriedades foram desenvolvidas novas técnicas experimentais. Uma dessas novas técnicas, a varredura-Z oscilante, teve sensibilidade para determinar, pela primeira vez, o índice de refração não oscilante, vez, o índice de refração não linear desses cristais orgânicos. Além disso, como a todos os processos de caracterização envolveram a preparação de amostras, tivemos a oportunidade de criar procedimentos padrões para manipulação e utilização desses novos materiais. / In this work we studied a new class of nonlinear organic crystals that are potential candidates for devices application. We determined several linear and nonlinear optical properties of three organic crystals: l-alanine, l-threonine and l-lysine. These aminoacid. These aminoacid because their nonlinearities were never studied before. We characterized some of the fundamental linear optical properties of these biaxial transparent crystals, because they have influence on nonlinear phenomena that attracted a lot of research. We determined linear properties like absorption spectra, indices of refraction, optical axes, the light speed propagation in anisotropy media and the optical damage threshold. Subsequently, we determined the phase-matching condition for SHG, efficiency of the SHG and self-phase modulation. The SHG and self-phase modulation belongs, respectively, to the second-order and third-order nonlinear processes. To study several of these properties we had to develop some new experimental techniques. One of them, the oscillatory Z-scan, allows enough sensibility to determine, for the first time, the nonlinear refraction index of these organic crystals. Besides, as all these optical characterization involve the preparation of the samples, we had the opportunity to establishing standard procedures for manipulation of these new materials.

Estudamos o efeito de Conjugação de Fase por Mistura Degenenerada de Quatro Ondas em Al2O3:Cr+3 (Rubi) e GdAlO3:Cr+3 com um laser de Ar (λ=5145 Å). Obtivemos eficiência aproximadamente quatro vezes maior no GdAlO3:Cr+3 (onde este trabalho é original) que no Rubi o que nos motivou a investigar as propriedades físicas que são relevantes para o fenômeno nestes sistemas (isto não foi bem compreendido no trabalho anterior em Rubi). Desenvolvemos um método interferométrico muito sensível para medida dos coeficientes não lineares do índice de refração n2 destes materiais (que não eram conhecidos) Com estes valores de n2 calculamos a eficiência de Conjugação de Fase em bom acordo com experiência. / We have studied the effect of Phase Conjugation by Degenerate Four Wave Mixing in Al2O3:Cr+3 (Rubi) and GdAlO3:Cr+3 with an Ar (λ=5145 Å). We obtained efficiency ?approximately? 4 times greater in GdAlO3:Cr+3 (where this work is original) than in Rubi and this have motivated us to investigate the physical properties that are important to explain this phenomenon in these materials (what wasn\'t well understood in the previous paper on Rubi(10)). We developed an interferometric method very sensitive to measure the nonlinear coeficient of refractive index n2 of these materials (what wasn\'t known). With these values of n2 we calculated the efficiency of the Phase Conjugation in good agreement with the experience.

Femtosecond laser has been an essential tool for nonlinear optics and materials processing at micrometer scale, in which chalcogenide and heavy metal oxide glasses have received special attention not only for their high third-order optical nonlinearities but also due to their transparency up to the infrared regions. Although metallic nanoparticles are expected to improve the optical properties of glasses, there are no enough experimental researches about their influence on the nonlinear refractive index (n2) and nonlinear absorption coefficient (&#946), moreover at femtosecond regime. Based on the scientific and technological interests on highly nonlinear glasses, the goal of this thesis was to apply femtosecond laser pulses in two main domains: (i) at the basis of fundamental science, to study the effect of metallic nanoparticles in the third-order nonlinear optical properties of glasses; and (ii) at the field of applied science, aiming the development of photonic devices, performed by the fabrication of 3D optical waveguides containing metallic nanoparticles. This aim was achieved through the techniques of z-scan and femtosecond laser micromachining, which provided the nonlinear optical characterization and waveguides development, respectively. First, we analyzed the third-order nonlinear optical properties of the GeO2-Bi2O3 glass containing gold nanoparticles, which promoted saturation of the absorption in the region of the surface plasmon resonance band. On the other hand, these gold nanoparticles did not affect the n2 that kept constant in the wavelength range of 480 - 1500 nm. The same features were investigated for a Pb2P2O7-WO3 matrix doped with copper nanoparticles. In contrast to the gold doped ones, these samples showed a slight enhancement of the nonlinear refractive index when the energy of the excitation approaches the surface plasmon band. We also found out that the Pb2P2O7-WO3 matrix is a good host to grow silver nanoparticles by fs-laser micromachining. Similarly, copper nanoparticles were produced in a borosilicate glass using single-step laser processing. The explanation for metallic nanoparticle formation is addressed in this thesis, as well as, its application in waveguides. Thus, we demonstrated the functionality of optical waveguides containing Cu0 or Ag0 nanoparticles. Still based on the technological interests on glasses doped with nanoparticles, we showed a single-step synthesis of silver sulfide nanoparticles in chalcogenide glass, which was carried in partnership with researches at Princeton University. The materials investigated in this PhD work are of great importance for photonics, in which the synthesis of nanoparticles, fabrication of waveguides and nonlinear optical characterization have been performed. / O laser de femtossegundos tem sido uma ferramenta essencial tanto para a óptica não-linear quanto para o processamento de materiais na escala micrométrica, na qual os vidros calcogenetos e óxidos de metais pesados têm recebido atenção especial, não apenas pelas suas elevadas não-linearidades ópticas de terceira ordem, mas também devido à sua transparência até o infravermelho. Embora seja esperado que nanopartículas metálicas melhorem as propriedades ópticas dos vidros, não existe investigações experimentais suficientes sobre a sua influência no índice de refração não linear (n2) e no coeficiente de absorção linear (&#946), sobretudo no regime de femtossegundos. Com base nos interesses científicos e tecnológicos de vidros altamente não-lineares, o objetivo deste trabalho foi aplicar pulsos laser de femtossegundos em dois domínios principais: (i) na campo da ciência fundamental, para estudar o efeito de nanopartículas metálicas nas propriedades ópticas não lineares de terceira ordem destes materiais; e (ii) no domínio da ciência aplicada, visando o desenvolvimento de dispositivos fotônicos, realizado pelo fabricação de guias de onda tridimensionais contendo nanopartículas metálicas. Este objetivo foi alcançado através das técnicas de varredura-z e microfabricação com laser de femtossegundos, que proporcionaram a caracterização óptica não-linear e o desenvolvimento de guias de onda, respectivamente. Primeiramente, foram investigadas as propriedades ópticas não-lineares de terceira ordem do vidro GeO2-Bi2O3 contendo nanopartículas de ouro, as quais promoveram saturação da absorção na região da banda de ressonância de plásmon. Por outro lado, essas nanopartículas não afetaram o n2, que se manteve constante no intervalo de comprimento de onda 480 - 1500 nm. As mesmas características foram investigadas para uma matriz Pb2P2O7-WO3 dopada com nanopartículas de cobre. Em contraste com os vidros dopados com ouro, estas amostras apresentaram um ligeiro aumento do índice de refração não linear quando a energia de excitação está próxima da banda de ressonância de plásmon. Observou-se ainda que a matriz Pb2P2O7-WO3 é ideal para a obtenção de nanopartículas de prata através da microfabricação com laser de femtossegundos. Similarmente, nanopartículas de cobre foram produzidas em vidro de borosilicato usando somente uma varredura a laser. A explicação para a formação de nanopartículas metálicas é abordada nesta tese, bem como sua aplicação em guias de onda. Deste modo, demonstrou-se a funcionalidade de guias de onda ópticos compostos por nanopartículas de Cu0 e Ag0. Ainda com base nos interesses tecnológicos em vidros dopados com nanopartículas, demonstrou-se uma síntese de nanopartículas de sulfeto de prata em vidro calcogeneto usando o processamento de única etapa, realizada em parceria com pesquisadores da Universidade de Princeton. Os materiais investigados neste trabalho de doutorado são de grande importância para aplicações em fotônica, em que a síntese de nanopartículas, a fabricação de guias de onda e a caracterização óptica não-linear foram realizadas.