Este trabalho teve como objetivo principal a fabricação de fotodetetores do tipo Metal-Semicondutor-Metal (MSM) com corrente de escuro da ordem de 1 nA, responsividade da ordem de 0,1 A/W e razão fotocorrente/corrente de escuro de pelo menos 10. Estes valores asseguram que os fotodetetores obtidos tenham sensibilidade suficiente para serem utilizados em sensores ópticos integrados. Todos os materiais utilizados na construção dos fotodetetores MSM são compatíveis com processos convencionais de fabricação em microeletrônica, facilitando a integração com outros dispositivos em estado sólido. O semicondutor utilizado nos fotodetetores foi o silício, na forma monocristalina ou policristalina. Como material de eletrodo, foi utilizado o alumínio, o titânio ou o níquel. No processo de fabricação básico, foram utilizados apenas três etapas: deposição do filme metálico, fotolitografia e corrosão, confirmando a simplicidade de fabricação desse fotodetetor. Através da construção de dispositivos com diferentes geometrias e diferentes combinações dos materiais citados acima, foi possível verificar a influência que a estrutura cristalina do semicondutor, tipo de dopagem do semicondutor, geometria e material de eletrodo tem sobre o desempenho e o comportamento dos MSMs. O comprimento de onda de 632,8 nm foi utilizado na caracterização dos dispositivos, devido a sua disponibilidade e o desenvolvimento de guias ópticos utilizando esse comprimento de onda em trabalhos anteriores do nosso grupo de pesquisa. Os melhores resultados obtidos foram com as amostras de Si monocristalino tipo-p com eletrodos de titânio. Na amostra sinterizada à 250°C foi obtido um valor da corrente de escuro de 4,8 nA e, na amostra de referência, foi obtido um valor de responsividade de 0,28 A/W. / The goal of this work was the fabrication of Metal-Semiconductor-Metal (MSM) photodetectors with the following characteristics: dark current of about 1 nA, responsivity of about 0.1 A/W and dark/photocurrent ratio of at least 10. These values ensure that the photodetectors have enough sensitivity to be used in integrated optic sensors. All materials used in the fabrication of the MSM are compatible with conventional microelectronic manufacture process, so that the photodetectors can be more easily integrated with other solid-state devices. The semiconductor used in the photodetectors was silicon, in single crystal and polycrystalline form. As material of electrodes, aluminum, titanium or nickel had been used. The basic fabrication process consists of only three steps: metal film deposition, photolithography and etching, which confirm the simplicity of the fabrication of this device. Building MSMs with different geometries and making combinations with the materials cited above, gave the possibility to verify the influence that crystalline structure of the semiconductor, doping type of the semiconductor, geometry and electrode material have on the behavior of the photodetectors. The wavelength of 632.8 nm was used in the characterization of the devices, due to its availability and the development of optic waveguides using this wavelength in previous works of our research group. The best results were obtained with the samples fabricated using single crystal Si p-type with titanium electrodes. The sample annealed at 250°C had dark current value of 4.8 nA and, the reference sample had responsivity of 0.28 A/W.

Neste trabalho apresentamos resultados experimentais e teóricos do ruído de intensidade e de fase, e das correspondentes correlações, entre os campos de bombeio e sonda na transparência induzida eletromagneticamente. Experimentalmente, nessa condição, medimos excesso de ruído de intensidade em ambos feixes e correlação e anti-correlação de ruído de intensidade, mostrando claramente que elas dependem tanto da intensidade dos feixes, quanto da frequência de análise em que as medidas são realizadas. Utilizando uma varredura local do feixe sonda, observamos estruturas no espectro de ruído dos campos na transparência induzida e, a partir do ruído da soma e da diferença das intensidades dos feixes, vimos que nessa região há zonas com correlação e anti-correlação de intensidade, intercaladas. Estas estruturas dependem, novamente, da intensidade dos feixes e da frequência de análise. Ainda no campo experimental, com relação ao ruído de fase, medimos excesso de ruído nos nossos feixes e, pela primeira vez, medimos uma correlação desse ruído entre os feixes na condição de transparência induzida. Teoricamente, aprofundamos análises realizadas com um modelo em que átomos e campos são tratados quanticamente e, dadas as limitações constatadas, desenvolvemos um novo modelo semi-clássico. As novas previsões obtidas com esse modelo, em que os campos possuem fases difusivas, mostram um bom acordo qualitativo com os resultados experimentais. O excesso de ruído de intensidade dos feixes, observado na transparência induzida, se deve ao excesso de ruído de fase dos lasers, que é transferido ressonantemente pelos átomos para o ruído de intensidade. / In this work we present experimental and theoretical results of intensity and phase noise, and of the correspondent correlations, between pump and probe fields in electromagnetically induced transparency. Experimentally, in this condition, we measure intensity excess-noise in both beams as well as intensity correlations and anti-correlations, clearly showing that both are dependent on the fields intensities and on the analysis frequency. We also observed structures in the noise spectra of the fields in the induced transparency and that, in a single spectrum, there are zones with correlation and anti-correlation of intensity, interchanged. These structures are dependent, again, on the fields intensities and on the analysis frequency. We also measured excess phase noise in our beams and, for the first time, we measured a phase noise correlation between the beams in the condition of induced transparency. Theoretically, we further developed an analysis with a model in which the atoms and the fields are treated quantum-mechanically. Owing to limitations detected in the application of this model to our experimental situation, we developed a new semi-classical model, in which the fields present phase diffusion. The new predictions obtained show a good qualitative agreement with the experimental result features. The excess noise of intensity of the beams, in the electromagnetically induced transparency, is a result of the resonant transfer of the diode lasers excess phase noise into intensity noise by interaction with the atoms.

Neste trabalho foi descrita a preparação e caracterização dos sistemas vítreos NaPO3-WO3, NaPO3-Nb2O5, KPO3-WO3 e KPO3-Nb2O5, sendo os dois últimos sistemas inéditos na literatura. A introdução dos óxidos de nióbio e tungstênio em vidros fosfatos tem como finalidade melhorar as propriedades mecânicas, a estabilidade térmica e química, bem como as propriedades ópticas, tais como fotocromismo ou absorção óptica não-linear. Condições de síntese, tais como a temperatura de fusão e tempo foram otimizadas, permitindo a formação de amostras homogêneas e transparentes, com uma boa qualidade óptica e alta estabilidade térmica contra devitrificação. As amostras vítreas foram caracterizadas por meio de análise térmica, estrutural e óptica. O DSC foi utilizado para determinar as temperaturas características e parâmetros de estabilidade térmica frente à cristalização. A espectroscopia FTIR foi realizada, e juntamente com a espectroscopia Raman, permitiu a caracterização estrutural dos vidros finais em função da composição, demonstrando o efeito da incorporação de metais de transição na estrutura da rede vítrea. Também foram realizadas medidas de absorção óptica na região do UV-VIS-NIR e estudos de cristalização, utilizando a difração de raios x. Amostras do sistema KPO3-Nb2O5 foram dopadas com sais de metais nobres e foi realizado tratamento térmico para a precipitação de nanopartículas metálicas. / In this work was described the preparation and characterization of NaPO3 – WO3, NaPO3 – Nb2O5; KPO3 – WO3 e KPO3 – Nb2O5 glass systems, being the systems with KPO3 unpublished at literature. The introduction of niobium and tungsten oxides in phosphate glasses enhances mechanical properties, thermal and chemical stability as well as optical properties such as photochromism or non linear optical absorption. Synthesis conditions such as melting temperature and time were improved, allowing the formation of homogeneous and transparent samples with good optical quality and high thermal stability against devitrification. Glass samples were characterized by means of thermal, structural and optical analysis. DSC was used to determine characteristic temperatures and thermal stability parameters. FTIR spectroscopy was realized and with the Raman spectroscopy allowed the structural characterization of the final glasses in function of the composition, showing the effect of incorporation of transition metals in the glass network structure. Measurements of optical absorption in the UV - VIS - NIR region and crystallization studies using x-ray diffraction were also performed. Samples of the system KPO3-Nb2O5 were doped with noble metal salts and heat treatment was conducted for the precipitation of metal nanoparticles.

Sensores interferométricos a fibra óptica vêm sendo largamente utilizados em aplicações que demandam elevado desempenho. Este trabalho apresenta um novo sensor interferométrico a fibra bimodal com núcleo elíptico que, numa configuração particular, pode ser convenientemente utilizado como acelerômetro. Testes elásticos e dinâmicos foram realizados de forma a caracterizarem-se parâmetros importantes desse sensor, tais como: sensibilidade estática, fator de escala, deriva, faixa dinâmica e freqüência de ressonância. São também apresentadas formas de se adequar o dispositivo aos vários parâmetros de projeto relacionados a aplicações específicas.

Neste trabalho apresentamos o estudo, o desenvolvimento e a caracterização de acopladores direcionais, polarizadores e filtros de modos fabricados com fibras ópticas. O funcionamento destes dispositivos se baseia na interação dos campos evanescentes dos modos de propagação da fibra, propiciando divisão de potência, atenuação de um determinado estado de polarização e filtragem de modos, de acordo com o tipo de dispositivo. Estes dispositivos são necessários para a implementação de circuitos ópticos a fibra, tais como giroscópios, acelerômetros, sensores de deformação, de temperatura e outros. Foram obtidos acopladores com fibras convencionais monomodo e com fibras birrefringentes, ambos com 3 dB de razão de acoplamento, perda intrínseca menor que 0,3 dB e cerca de 50 dB de diretividade. Os acopladores com fibra birrefringente apresentaram ainda um acoplamento de polarização cruzada em torno de 28 dB. Obtivemos ainda polarizadores com razões de extinção maiores que 20 dB. Os filtros de modos, feitos com fibra bimodal, apresentaram cerca de 25 dB de atenuação do segundo modo de propagação.

Neste trabalho foram estudados a propagação de ondas ópticas e os campos elétricos gerados por eletrodos coplanares com o objetivo de calcular a interaçào eletroóptica em um modulador de fase integrado tipo canal, fornecendo os dados necessários à sua implementação utilizando como substrato o niobato de lítio. Em seguida, foi apresentado um método para cálculo da modulação residual de amplitude em moduladores de amplitude em moduladores eletroópticos de fase para sensores a fibra óptica. Finalizando o trabalho, foram implementados e caracterizados alguns guias e um protótipo de modulador de fase integrado.

Para monitorar o comportamento mecanico de uma estrutura aeronautica em pleno voo e necessario instalar sensores nas regioes de interesse para medir as diversas grandezas influentes como temperatura, deformacoes e impactos. Um metodo viavel e a utilizacao de sensores a fibra optica. O sensor estudado neste trabalho, para este fim, utiliza-se de uma fibra optica de nucleo eliptico bimodal.O sinal resultante e proporcional a integral dos campos que provoca malteracao no comprimento e no indice de refracao ao longo da fibra. Para implementar um sensor como este e necessario conhecer ocomportamento deste tipo de sensor aos varios campos presentes em estruturas aeronauticas, bem como controlar sua sensibilidade a cada campo. Neste trabalho e enfatizado o comportamento de sensores afibra optica em termos de sua sensibilidade aos varios tipos decampos com torcao, flexao, tracao, compressao e temperatura. A possibilidade de controle de sensibilidade aos varios tipos de campos com torcao tambem e explorada. Ou seja, estudos iniciais revelaram que e possivel controlar a sensibilidade de fibras opticas a alguns tipos de campos atraves de torcao. Tambem e descrito alguns metodos de embebimento de fibras opticas no processo de fabricacao RTM e PRE-PREG.

Neste projeto foram desenvolvidos elementos ópticos difrativos fabricados em vidro óptico com modulação de fase, elementos fabricados em silício e em Diamond Like Carbon (carbono tipo diamante) com modulação completa de fase e amplitude. O vidro óptico começa a transmitir em 277 nm (ultravioleta) e vai até o infravermelho próximo (2200 nm) da mesma maneira que o Diamond Like Carbon (que começa a transmitir em 330 nm). Já o silício é um material que começa a transmitir no infravermelho próximo (em torno de 980 nm) e vai até o infravermelho médio (16000 nm). Tanto para o Diamond Like Carbon como para o vidro óptico, optou-se por desenvolver dispositivos que operem para um comprimento de onda de 632,8 nm. Já os elementos ópticos difrativos baseados em silício foram fabricados para operar em 2 comprimentos de onda: 1550 nm e 10600 nm. Para os dispositivos fabricados, foram utilizadas etapas de limpeza de substrato, de deposição de filmes, de litografia e de corrosão úmida e por plasma. A etapa de corrosão por plasma foi o principal objeto de estudo do processo de fabricação com o intuito de otmilizá-la. Foram feitos estudos de taxa de corrosão dos materiais com diferentes composições gasosas com a finalidade de se encontrar os parâmetros mais adequados para otimizar a fabricação dos dispositivos. As melhores condições de processo para o vidro corroído com plasma de CF4 são pressão de 100 mTorr e potência de 400 W, para o Diamond Like Carbon corroído com plasma de O2, pressão de 25 mTorr e potência de 50 W e para o silício corroído com plasma de SF6 os parâmetros são pressão de 100 mTorr e potência de 150 W. Análises ópticas dos elementos, fabricados com esses processos foram realizadas. Na análise óptica dos dispositivos de vidro com dois e quatro níveis de modulação de fase ficou evidente que os elementos ópticos apresentaram bom desempenho devido à uniformidade da intensidade da luz projetada nas imagens e da baixa intensidade do ponto de ordem zero, além das imagens estarem bem focadas e definidas. Para os dispositivos fabricados em Diamond Like Carbon foram formadas imagens bem definidas e focadas. Em uma análise óptica da rugosidade RMS dos filmes finos de Diamond Like Carbon através da obtenção da Reflectância Total e da Reflectância Difusa, foi encontrado um valor de 18,8 nm, o qual se encontra bem abaixo do limite de 63 nm, o que faz com que o dispositivo gere uma imagem otimizada. / In this project it has been manufactured diffractive optical elements in three materials, optical glass, Diamond Like Carbon (DLC) and silicon. These elements were applied in phase modulation devices. The extra advantage of silicon and DLC were the amplitude modulation in visible and ultra-violet spectra respectively. The optic glass starts to transmit at the wavelength 277 nm (UV light) and goes till the near infrared in the same way that the Diamond Like Carbon (that starts to transmit in 330 nm). Silicon is a material that starts to transmit in the near infrared (980 nm) and goes till the middle infrared (16000 nm). Both, DLC and optic glass, was opted to developing devices that operate for a 632,8 nm wavelength. Diffractive Optical Elements silicon based had been manufactured to operate in two wavelengths: 1550 nm and 10600 nm. For the manufactured diffractive optical elements, were used process stages of substrate cleanness, films deposition, lithography and hybrid wet and dry plasma etching. The plasma etching stage was the most studied manufacturing process, aiming of optimized it. For this, some studies of materials etching rate with different gases were made with the purpose to find the more adequate parameters of Radio Frequency power and pressure to reduce the process time to obtain the necessary thickness and low surface roughness. The best conditions of plasma etching process were 100 mTorr pressure and Radio Frequency power of 400 W for the glass, 25 mTorr pressure and Radio Frequency power 50 W for the Diamond Like Carbon and the parameters are 100 mTorr pressure and Radio Frequency power 150 W for silicon. Optical analyses of the diffractive optical elements manufactured with these processes had been realized. In the optical analysis of the glass devices with two and four levels of phase modulation was evident that the optic elements had good performance due to uniformity of the projected light intensity in the images and low intensity of the zero order spot, as well the images are focused and defined. For elements manufactured in Diamond Like Carbon, defined and well-focused images had been formed. In an optic analysis of Diamond Like Carbon thin films RMS roughness through the Total Reflectance and the Diffuse Reflectance, was found a value of 18,8 nm roughness, which is below 63 nm limit, what do that the EOD generates an optimized image.

Este trabalho teve como objetivo principal a fabricação de fotodetetores do tipo Metal-Semicondutor-Metal (MSM) com corrente de escuro da ordem de 1 nA, responsividade da ordem de 0,1 A/W e razão fotocorrente/corrente de escuro de pelo menos 10. Estes valores asseguram que os fotodetetores obtidos tenham sensibilidade suficiente para serem utilizados em sensores ópticos integrados. Todos os materiais utilizados na construção dos fotodetetores MSM são compatíveis com processos convencionais de fabricação em microeletrônica, facilitando a integração com outros dispositivos em estado sólido. O semicondutor utilizado nos fotodetetores foi o silício, na forma monocristalina ou policristalina. Como material de eletrodo, foi utilizado o alumínio, o titânio ou o níquel. No processo de fabricação básico, foram utilizados apenas três etapas: deposição do filme metálico, fotolitografia e corrosão, confirmando a simplicidade de fabricação desse fotodetetor. Através da construção de dispositivos com diferentes geometrias e diferentes combinações dos materiais citados acima, foi possível verificar a influência que a estrutura cristalina do semicondutor, tipo de dopagem do semicondutor, geometria e material de eletrodo tem sobre o desempenho e o comportamento dos MSMs. O comprimento de onda de 632,8 nm foi utilizado na caracterização dos dispositivos, devido a sua disponibilidade e o desenvolvimento de guias ópticos utilizando esse comprimento de onda em trabalhos anteriores do nosso grupo de pesquisa. Os melhores resultados obtidos foram com as amostras de Si monocristalino tipo-p com eletrodos de titânio. Na amostra sinterizada à 250°C foi obtido um valor da corrente de escuro de 4,8 nA e, na amostra de referência, foi obtido um valor de responsividade de 0,28 A/W. / The goal of this work was the fabrication of Metal-Semiconductor-Metal (MSM) photodetectors with the following characteristics: dark current of about 1 nA, responsivity of about 0.1 A/W and dark/photocurrent ratio of at least 10. These values ensure that the photodetectors have enough sensitivity to be used in integrated optic sensors. All materials used in the fabrication of the MSM are compatible with conventional microelectronic manufacture process, so that the photodetectors can be more easily integrated with other solid-state devices. The semiconductor used in the photodetectors was silicon, in single crystal and polycrystalline form. As material of electrodes, aluminum, titanium or nickel had been used. The basic fabrication process consists of only three steps: metal film deposition, photolithography and etching, which confirm the simplicity of the fabrication of this device. Building MSMs with different geometries and making combinations with the materials cited above, gave the possibility to verify the influence that crystalline structure of the semiconductor, doping type of the semiconductor, geometry and electrode material have on the behavior of the photodetectors. The wavelength of 632.8 nm was used in the characterization of the devices, due to its availability and the development of optic waveguides using this wavelength in previous works of our research group. The best results were obtained with the samples fabricated using single crystal Si p-type with titanium electrodes. The sample annealed at 250°C had dark current value of 4.8 nA and, the reference sample had responsivity of 0.28 A/W.

Neste trabalho apresentamos resultados experimentais e teóricos do ruído de intensidade e de fase, e das correspondentes correlações, entre os campos de bombeio e sonda na transparência induzida eletromagneticamente. Experimentalmente, nessa condição, medimos excesso de ruído de intensidade em ambos feixes e correlação e anti-correlação de ruído de intensidade, mostrando claramente que elas dependem tanto da intensidade dos feixes, quanto da frequência de análise em que as medidas são realizadas. Utilizando uma varredura local do feixe sonda, observamos estruturas no espectro de ruído dos campos na transparência induzida e, a partir do ruído da soma e da diferença das intensidades dos feixes, vimos que nessa região há zonas com correlação e anti-correlação de intensidade, intercaladas. Estas estruturas dependem, novamente, da intensidade dos feixes e da frequência de análise. Ainda no campo experimental, com relação ao ruído de fase, medimos excesso de ruído nos nossos feixes e, pela primeira vez, medimos uma correlação desse ruído entre os feixes na condição de transparência induzida. Teoricamente, aprofundamos análises realizadas com um modelo em que átomos e campos são tratados quanticamente e, dadas as limitações constatadas, desenvolvemos um novo modelo semi-clássico. As novas previsões obtidas com esse modelo, em que os campos possuem fases difusivas, mostram um bom acordo qualitativo com os resultados experimentais. O excesso de ruído de intensidade dos feixes, observado na transparência induzida, se deve ao excesso de ruído de fase dos lasers, que é transferido ressonantemente pelos átomos para o ruído de intensidade. / In this work we present experimental and theoretical results of intensity and phase noise, and of the correspondent correlations, between pump and probe fields in electromagnetically induced transparency. Experimentally, in this condition, we measure intensity excess-noise in both beams as well as intensity correlations and anti-correlations, clearly showing that both are dependent on the fields intensities and on the analysis frequency. We also observed structures in the noise spectra of the fields in the induced transparency and that, in a single spectrum, there are zones with correlation and anti-correlation of intensity, interchanged. These structures are dependent, again, on the fields intensities and on the analysis frequency. We also measured excess phase noise in our beams and, for the first time, we measured a phase noise correlation between the beams in the condition of induced transparency. Theoretically, we further developed an analysis with a model in which the atoms and the fields are treated quantum-mechanically. Owing to limitations detected in the application of this model to our experimental situation, we developed a new semi-classical model, in which the fields present phase diffusion. The new predictions obtained show a good qualitative agreement with the experimental result features. The excess noise of intensity of the beams, in the electromagnetically induced transparency, is a result of the resonant transfer of the diode lasers excess phase noise into intensity noise by interaction with the atoms.