Orientador: Carlos Lenz Cesar / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-23T20:12:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Almeida_DiogoBurigo_D.pdf: 7807831 bytes, checksum: 390e528a067489b2db1d8e3cece5af0f (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Pontos Quânticos (PQs) são nanocristais (mais comumente compostos de materiais semicondutores) cujo tamanho é menor do o raio de Bohr de seu éxciton. Devido às suas dimensões reduzidas ocorre confinamento quântico dos portadores de carga que confere aos PQs propriedades ópticas diferentes do material bulk e que podem ser ajustadas através do tamanho. A relativa facilidade de ajuste das propriedades ópticas do material, conforme desejado, faz dos PQs excelente candidatos a uma infinidade de aplicações. Este trabalho, focado em PQs coloidais, explora três frentes do estudo destas nanoestruturas. Primeiro, discutimos os métodos de fabricação destes materiais e como atingir as propriedades ópticas desejadas. Os resultados experimentais de fabricação contemplam duas técnicas: um método aquoso e a fabricação de PQs coloidais por ablação a laser, síntese relativamente nova, mas que apresentou resultados muito promissores, como a obtenção de PQs de CdTe fluorescentes encapados com tiol e o sucesso na síntese de PQs de vários outros materiais usando a mesma montagem experimental. A segunda frente de trabalho desta tese lida com as aplicações biológicas dos PQs. O vasto histórico de colaborações na área das ciências da vida de nosso grupo de pesquisa motivou as aplicações de nossas amostras para este fim. São apresentados estudos de PQs de CdTe utilizados como marcadores fluorescentes em parasitos vivos, nos quais apresentamos protocolos de marcação e concentração adequada de PQs para a execução de estudos in vivo dos parasitos. Mesmo sendo exploradas há décadas, as propriedades dos PQs possuem muitos aspectos em aberto e ainda são objeto de controvérsia. A contribuição de nosso trabalho para esta discussão encontra-se na seção de caracterização. Neste trecho realizamos uma discussão sobre as modelagens dos níveis de energia dos PQs e o efeito do confinamento quântico nestes níveis. Na parte experimental, realizamos um trabalho de instrumentação, construindo uma plataforma de microscopia confocal com criostato, para que fosse possível a realização de medidas de fotoluminescência de excitação por absorção de dois fótons em função da temperatura. Esta medida permite o acesso a transições eletrônicas proibidas em processos de dois fótons. Sendo assim, este experimento permite visualizar um panorama mais completo da estrutura de bandas x dos PQs, contribuindo para o melhor entendimento do comportamento dos portadores no interior dos nanocristais / Abstract: Quantum dots (QDs) are nanocrystals (usually made out of a semiconductor material), whose exciton Bhor radius exceeds their size. The quantum confinement applied to its charge carriers, due to its reduced dimensions, induces in the QD the change of its optical properties that can be controlled by changing the QD¿s size. The relative easiness that one can design the material¿s optical properties makes the QDs an excellent candidate to myriad of applications. This work, focused in colloidal PQs, explores three fronts of these nanostructures¿ study. First of all, we discuss the fabrication methods of these materials and how to manage to reach its desired optical properties. The experimental results from fabrication processes reach two techniques: an aqueous method and the colloidal QDs fabrication by laser ablation, a relatively new synthesis route that presented very promising results, mainly concerning the versatility of this method in the choice of the QD material. The second front of work deals with the biological applications of the QDs. Our research group has a vast historic in collaborations in the biological field and was natural, thus, that our samples were tested if this finality. In this work it is presented studies that use our CdTe QDs samples as fluorescent marker in live parasites. It is also shown results that indicated the QDs doses which the biological structures can handle without substantial damage. Even though they have been explored for decades, the QDs¿ properties description still has several open questions. Our work¿s contribution to this matter is contained in the characterization sections. There, we firstly discuss the models used in the energy levels calculations and the influence of the quantum confinement in these levels. In the experimental bit, it is described the instrumentation work required to make possible measurements of photoluminescence excitation by two photon absorption processes. This measurement allows the access of forbidden electronic transitions by one photon absorption. With that, it is possible to construct a more complete scene of the QDs band structure, contributing to the better understanding of the behavior of the carriers inside the nanocrystals / Doutorado / Física / Doutor em Ciências

Orientador: Flávio Caldas da Cruz / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-21T00:14:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Nery_MarinaTrad_M.pdf: 8701569 bytes, checksum: 94cd9456a3956cb1553345343461b95e (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: Esta tese reporta o projeto e a construção de um oscilador paramétrico óptico continuo de frequência unica e sintonizável em torno de 846 nm. 0 cristal responsável pela conversão de frequências e o MgO:PPSLT (Tantalato de Lftio periodicamente polado e dopado com 1% de Oxido de Magnésia), e este e bombeado por ate 6 W de um laser continuo emitindo em 532 nm. Um dos objetivos do experimento e a geração de segundo harmônica, a partir de luz infravermelha, resultando em radiação na região espectral do azul, mais ,precisamente em 423 nm, necessária para experimentos de aprisionamento e resfriamento de átomos neutros de Cálcio. Para isso foi montada uma cavidade em anel unicamente ressonante para o feixe sinal e foi observada oscilação do dispositivo em uma potencia limiar próxima de 5 W, mais alta do que o calculada previamente. Foi possível observar a emissão de 30 m W de radiação do feixe sinal o que representa uma potencia de 30 W dentro da cavidade, ja que o espelho de saída era 99,9% refletor. Também foi possível observar luz azul devido a geração de segundo harmônica (sem Casamento de fase) dentro do cristal PPSLT. Ao longo deste trabalho são apresentados cálculos detalhados da cavidade óptica, das curvas de sintonia do cristal por temperatura e periodicidade da grade e do ganho paramétrico óptico. Acreditamos que o alto limiar de oscilação do dispositivo esteja relacionado a perdas devidas ao efeito fotorrefrativo no cristal, produzido pelo laser de bombeio, já que as perdas da cavidade devido aos espelhos e ao cristal eram baixas. Esta hipótese deve ser melhor investigada em futuras implementação de OPOs bombeados por altas potencias na região espectral do visível / Abstract: This thesis reports the design and construction of an continuously tunable and single frequency optical parametric oscillator around 846 nm. The crystal responsible for the frequency conversion is MgO: PPSLT (periodically poled lithium tantalate doped 1% of magnesium oxide), pumped with up to 6 W by a continuous-wave laser emitting at 532 nm. One goal of the experiment is the second harmonic generation from infrared light, resulting in radiation in the blue spectral region, more precisely 423 nm, necessary for experiments of cooling and trapping of neutral calcium atoms. A ring cavity resonant only for the signal beam was mounted and oscillation has been observed with a threshold of 5 W, higher than previously calculated. It was observed 30 mW ofradiation from the signal representing an intracavity power of 30 W, given the output coupler reflectivity of 99.9% reflector. We also observed blue light due to second harmonic generation (without phase matching) within the crystal PPSLT. Throughout this work we present detailed calculations of the optical cavity, temperature tuning curves for the crystal period of the poling grate and the optical parametric gain. We believe that the observed high threshold is related to losses due to the photorefractive effect in the crystal produced by the pump laser, since other losses due to the cavity mirrors and the crystal were very low. This hypothesis should be further investigated in future implementations of OPOs pumped by high powers in the visible spectral region / Mestrado / Física / Mestra em Física

Orientador: Jaime Frejlich / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-03T02:05:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Barbosa_MarceloCaldeira_D.pdf: 976491 bytes, checksum: 4ee8e61de76577b523810c2a26eaac2d (MD5) Previous issue date: 2003 / Resumo: Investigamos um novo procedimento que permite o uso de hologramas em movimento com retroalimentação (fringe-locked running holograms) para a caracterização de materiais fotorrefrativos absorventes de um modo simples, confiavel e direto. Este procedimento consiste na medida de variáveis experimentais (eficiência de difração e velocidade de movimento do holograma) em função do campo elétrico aplicado, num experimento de hologramas em movimento com retroalimentação, e na representação destas variáveis em um espaço tridimensional, o que facilita consideravelmente o ajuste automático de dados. A técnica é aplicada a cristais de Bi12TiO20, afim de verificar sua adequação para o cômputo de alguns dos parâmetros materiais (comprimento de difusão, comprimento de Debye e eficiência quântica para a geração de fotoelétrons) e experimental (o campo elétrico efetivamente aplicado no interior da amostra) mais relevantes. Os resultados estão em bom acordo com dados já a disponíveis na literatura para esse tipo de amostras. Também mostramos que, sob certas condições experimentais, a técnica de fringe-locked running holograms provê condições excelentes para o processamento de imagens , onde ganho e eficiência de difração máximos podem ser obtidos automática e simultaneamente. As contribuições deste trabalho elevam o status do fringe-locked running hologram ao de uma ferramenta potente, tanto para a caracterização de materiais fotorrefrativos, quanto para a utilização destes materiais em processamento de imagem e sinais / Abstract: We investigate a new procedure allowing one to use fringe-locked running hologram experiments to characterize photorefractive absorbing materials in a very simple, reliable and direct way. This procedure consists in measuring experimental variables (difraction eficiency and frequency detuning) as a function of the externally applied electric field, in a fringe-locked running hologram experiment, and in representing those variables in a three dimensional space, which facilitates the automatic data fitting. The technique is applied to photorefractive Bi12TiO20 crystals in order to verify its adequacy for computing some of the more relevant material (difusion Length, Debye screening length and quantum eficiency for photoelectron generation) and experimental (the efectively applied electric field inside the sample) parameters. The results are in good agreement with already available data for this kind of samples. We also show that, under certain experimental conditions, the fringe-locked running hologram technique provides excellent conditions where maximum gain and difraction eficiency can be obtained automatic and simultaneously. The contributions of this work raises the status of the fringe-locked running holograms to that of a powerful tool for both the characterization of photorefractive materials and the usage of these materials for image and signal processing / Doutorado / Física / Doutor em Ciências

Orientadores: Aldario Chrestani Bordonalli, Miriam Regina Xavier de Barros / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-03T18:55:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Mobilon_Eduardo_M.pdf: 12231253 bytes, checksum: 811dcd94af3119c3951a02529ff7ac0b (MD5) Previous issue date: 2003 / Mestrado

Orientador: Elnatan Chagas Ferreira / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-04T00:34:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Rossetto_JonatasFred._D.pdf: 4844072 bytes, checksum: 0f28d51130deaa192c51125f71eedf7b (MD5) Previous issue date: 2004 / Resumo: Sensores distribuídos a fibra óptica representam uma tecnologia chave para o desenvolvimento de estruturas inteligentes, uma vez que podem ser totalmente integrados aos materiais da estrutura. Efeitos ópticos não lineares podem ser utilizados para implementar esta nova classe de sensores, sem a necessidade da construção de componentes sensores individuais. Esta tese propõe a utilização do espalhamento Brillouin estimulado e do espalhamento Raman espontâneo, para desenvolver um sensor distribuído capaz de determinar o perfil de temperatura e deformação mecânica ao longo da fibra óptica sensora. Diversos resultados experimentais são apresentados para ambos os efeitos não-lineares ocorrendo em uma fibra óptica monomodo. Uma nova técnica para estabilizar a diferença de freqüência entre dois campos ópticos é proposta. Uma técnica de processamento de sinal é proposta para melhorar a resolução espacial de um sensor distribuído Brillouin. Uma topologia de ponta única é proposta para a implementação de um sensor distribuído Brillouin. Diversos aspectos sobre a implementação de um sensor distribuído Raman são discutidos. Uma nova topologia é proposta para o desenvolvimento de um sensor distribuído híbrido utilizando três diferentes tecnologias: Raman/Brillouin/FBGs, compartilhando a mesma fibra óptica sensora. Os resultados apresentados consolidam a pesquisa e indicam que o investimento em tecnologias correlatas é promissor tanto academicamente quanto comercialmente / Abstract: Fiber optic distributed sensors are a key technology for the development of smart structures, as it can be fully integrated to the structure materials. Nonlinear optical effects can be used to implement such kind of sensors, without the need of building individual sensor components. This thesis proposes the use of the stimulated Brillouin scattering and the spontaneous Raman scattering to develop an optical fiber distributed sensor capable of measuring both the temperature and the strain profile along a sensing optical fiber. Several experimental results are presented concerning both nonlinear effects occurring in a single-mode optical fiber. A new technique to stabilize the optical frequency difference between two optical fields is proposed. A signal processing technique is proposed to improve the spatial resolution of the Brillouin distributed sensor. An one-end topology is proposed to implement a Brillouin distributed sensor. Several aspects about the implementation of a Raman distributed sensor are discussed. A new topology is proposed for the development of a hybrid optical fiber distributed sensor using three different technologies, Raman/Brillouin/FBG, sharing the same sensing optical fiber. The presented results consolidate the research and indicate that the investment in correlated technologies is promising not only for the academic research but also for commercial applications / Doutorado / Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica / Doutor em Engenharia Elétrica

Orientador: Luis Eduardo Evangelista de Araujo / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-08T01:12:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Carvalho_SilvaniaAlvesde_M.pdf: 47841969 bytes, checksum: 80b56cd870f97d9119c7f4935d7685ad (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: Neste trabalho estudamos o fenômeno de transparência induzida eletromag-neticamente (EIT) em sistemas de três níveis nas configurações lambda, V e cascata. Nestes sistemas, a transparência de um feixe de prova é induzida por um feixe de acoplamento mais forte. Uma comparação sistemática da largura do sinal de EIT e da dispersão no meio para os três sistemas, usando diferentes valores relativos de comprimento de onda dos dois feixes, é apresentada para meios atômicos alargados inomogeneamente. A dependência da EIT com o ângulo entre os feixes de prova e acoplamento é também investigada. Observamos que, embora os sinais de EIT mais estreitos e profundos, e uma maior inclinação da curva de dispersão sejam obtidos para o sistema lambda, o sistema V é o mais robusto com relação ao ângulo entre os feixes e ao comprimento de onda relativo dos feixes. Por fim, apresentamos os resultados obtidos no experimento realizado em um sistema de 3 níveis na configuração cascata levando em conta os níveis 1S01 1P01 e 1D2em átomos de cálcio, descrevendo o uso inédito da técnica de deteção optogalvânica na observação de EIT. Neste experimento observamos EIT em uma lâmpada de catodo oco de Ca com vapor de fundo de Kr que nos forneceu até 76% de cancelamento da absorção de um laser em 423 nm induzido por um laser amarelo 586 nm forte contrapropagante. EIT neste mesmo sistema cascata considerando uma geometria copropagante dos feixes de laser foi observada / Abstract: In this work we studied the phenomenon of electromagnetically induced trans-parency (EIT) in three level systems in the L, Vee and cascade configurations. In these systems, the transparency of a probe beam is induced by a strong coupling beam. A systematic comparison of the EIT signal width and the dispersion in the medium for the three systems for different relative values of wavelength of the two beams is presented for inhomogeneously Doppler-broadened medium. EIT dependence on the angle between the probe and coupling beams is also investigated. We observe that although the narrowest and deepest EIT signal, and the greatest slope of the dispersion curve are obtained for the L system, the V system is the more robust relative to the angle between the beams and to the relative wavelength of the beams. Finally, we present the results obtained in an experiment in a three level cascade system considering the levels 1S01 1P01 and 1D2 in Ca atoms. We describe, for the first time to our knowledge, the use of the optogalvanic detection technique for observing EIT. In this experiment we observed EIT in a Ca hollow cathode lamp with Kr buffer gas, obtaining up to 76% cancellation of absorption of a blue laser beam (423 nm) induced by a strong and counterpropagating yellow beam (586 nm). EIT in a cascade system considering a copropagating geometry of the laser beams was observed. / Mestrado / Física Atômica e Molecular / Mestre em Física

Orientador: Luiz Carlos Barbosa / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-04T02:12:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 RodriguezGonzalez_Eugenio_D.pdf: 364438828 bytes, checksum: 833cf28a97722cd3503a95105edbd795 (MD5) Previous issue date: 2004 / Resumo: Esta tese foi dedicada a fabricação de filmes finos, quantum dots e multicamadas de materiais semicondutores IV-VI pela técnica de "pulsed-laser deposititon"(PLD). Na primeira parte do trabalho é detalhada a construção de uma instalação "home made" para PLD. O arranjo experimental construído esta baseado fundamentalmente num sistema de câmara de vácuo bombeado até ~ 1 x 10-7 mbar mediante uma bomba turbo-molecular. A ablação do alvo é produzida utilizando o segundo harmônico de um laser Quantel Nd:Yag (532 nm, 5ns, 20Hz, 165mJ/pulso) operando em modo Q-Switch. O feixe laser pulsado é focalizado a 45° sobre o alvo mediante uma lente de 30 cm de foco. O suporte do alvo é mantido girando durante a ablação para evitar a deterioração do mesmo produzido pela irradiação múltipla do feixe no mesmo lugar. Posteriormente fabricamos e caracterizamos filmes finos de PbTe e HgTe pela técnica de PLD. Foi estudada a influência dos parâmetros de crescimento, tais como a distância alvo- substrato, a fluência do laser e a pressão do gás ambiente nas propriedades morfológicas dos filmes. Escolhendo os parâmetros de crescimento adequados, foram obtidos filmes policristalinos, altamente orientados a praticamente livres de "splashing". Foi feito um estudo da dinâmica de expansão do plasma gerado pela ablação de PbTe através da análise da radiação emitida pela pluma. Medidas de espectroscopia de emissão óptica resolvida no tempo e no espaço revelaram a presença no plasma de espécies não ionizadas (PbI, TeI) e ionizadas uma vez (PblI, TelI). A velocidade das espécies não varia para pressões de argônio até 0,1 mbar, o qual sugere que a pluma se expande sem interações com as moléculas do gás ambiente nesta faixa de pressões. Para pressões acima de 0,5 mbar, aparece uma região de aumento na intensidade de emissão da pluma entre o alvo e o substrato. Esta região está associada ao aumento na densidade de espécies produzida por uma compressão da pluma. Foi proposto um modelo para explicar este fato. Finalmente reportamos a fabricação de multicamadas de SiO2 e QDs de PbTe. As nanopartículas do material semicondutor foram crescidas por "laser ablation" de um alvo de PbTe. A matriz vítrea foi fabricada pela técnica "Plasma EnhancedChemical Vapor Deposition" (PECVD) utilizando o tetrametilortossilicato (TMOS) como precursor. A altemância entre as duas técnicas foi controlada por computador através de una interface usando o código Lab View. Imagens "cross section" de Microscopia Eletrônica de Transmissão (TEM) mostram camadas de quantum dots separadas entre si por camadas de SiO2. Foi estudada a influência do tempo de crescimento e da fluência do laser na densidade, tamanho e distribuição de tamanho das nanopartículas. Embora a maior parte das partículas observadas por HRTEM apareceram orientadas na Jireção (200), o padrão de difração de elétrons da multicamada revelou que não existe orientação preferencial para o crescimento dos QDs. Foram medidas a absorção, a luminescência e o tempo de relaxação das multicamadas / Abstract: This thesis was dedicated to the fabrication of thin films, quantum dots and multilayer ofIV-VI semi conducting materiaIs by pulsed-Iaser deposition (PLD). In the first part we report on the construction of a "home made" facility for pulsed laser deposition. The basic experimental set-up fabricated for PLD consists of a vacuum chamber pumped to a base pressure of ~ 1 x 10-7 mbar by a turbo molecular pump. Laser ablation of the target is performed using the second harmonic of a Q-Switched Quantel Nd:Y AG laser (532 nm, 5ns, 20Hz, 1 65mJ/pulse). The pulsed laser beam is focused on an incidence angle of 45° on a target, using a 30 cm lens. The target holder is rotated around the target normal in arder to reduce target degradation by multiple irradiation of a single spot. Afterwards we report on the fabrication and characterization of PbTe and HgTe thin films by pulsed laser deposition in an argon atmosphere. The influence of the growth parameter like target-substrate distance, laser fluence, backing gas pressure and substrate temperature on the structural and morphological properties of the films was studied. Highly oriented, polycrystalline and almost splashing free films were fabricated provided the correct parameter were chosen. We also investigated the expansion dynamics of the plasma induced by the laser ablation of PbTe by analyzing the light emitted from the plume. Space and time-resolved optical spectroscopy measurements indicate the presence of both, neutral (PbI, TeI) and ionized (PbII, TeII) species. The velocities of the species remain unchanged for oxygen pressures up to 0.1 mbar, which suggest that the expansion of the plume occurs without further collisions with the foreign gas in this pressure range. For pressures of 0.5 an above, a region of increasing emission intensity between target and substrate is found when a gas environment is present. This region is related to an increasing of the species density and a compression of the plume. A model to explain this feature was proposed. Finally, we report on the fabrication of SiO2/PbTe multilayers. The gemi conducting nanoparticles were grown by laser ablation of a PbTe target. The glass matrix was fabricated by a plasma chemical vapor deposition (PECVD) method using tetramethoxysilane (TMOS) as precursor. This alternating growth was achieved with a computer-controlled interface using a Lab View code. Cross-section TEM image clearly showed QD' s layer well separated from each other with glass matrix layers. The influence of the ablation time and the laser fluence on the density and size distribution of the quantum dots was studied. Despite most of the nanoparticles observed by HRTEM were oriented in the (200) or (220) directions, electron diffiaction patterns of the multilayer reveal that there is no preferential orientation of the QD's. Absorption, photo luminescence and relaxation time of the multilayer were also too measured / Doutorado / Física / Doutor em Ciências

Orientador: Solange Bessa Cavalcanti / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-14T09:40:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 LozadaVera_JohnJairo_M.pdf: 3582168 bytes, checksum: b939d006da96c563046ce0074e25f72e (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Estuda-se a interação entre pulsos ópticos ultracurtos e materiais com band gap fotônico, considerando-se a propagação de luz através de estruturas unidimensionais, compostas de uma super-rede dielétrica periódica cuja célula unitária consiste em um par de camadas com diferentes índices de refração n1e n2, respectivamente. Em particular considera-se o caso em que n2, por exemplo, é um material com não linearidade X (3). É bem sabido que a largura e a localização dos band gaps dependem fundamentalmente do contraste entre os índices de refração d n = | n1 - n1 | e, atribuindo-se a n2 um índice de refração dependente da intensidade, conseguimos controlar dinamicamente a largura do band gap com o pulso de luz incidente. Portanto, a idéia básica é investigar a dinâmica de propagação nas vizinhanças de um band gap dependente da intensidade para aplicações importantes no projeto de dispositivos fotônicos, como por exemplo limitadores de luz e switches puramente ópticos. Dentro do formalismo de Maxwell, experimentos computacionais são feitos considerando a propagação de campos ópticos através de super-redes que possuem não linearidades do tipo Kerr, assim como saturável. Esta última é importante para a descrição da interação com pulsos muito intensos já que neste caso a mudança induzida no índice de refração depende de não linearidades de ordem mais alta e, como consequência, alcança uma saturação. Este modelo é apropriado para descrever materiais tais como vidros dopados com semicondutores (e.g. CdS 1-x Sex) polímeros orgânicos, que possuem propriedades ópticas altamente não lineares. A propagação da onda é resolvida usando uma versão modificada no domínio do tempo do método standard fast Fourier Beam Propagation Method (FFT-BPM) com um passo adaptativo, que pode manejar transmissão, difração e, especialmente, reflexões das ondas electromagnéticas causadas por descontinuidades no índice de refração, com a vantagem de não requerer a introdução de condições de contorno adicionais. / Abstract: The interaction of ultrashort optical pulses with photonic band gap materials has been studied by considering light propagation through one-dimensional photonic band gap structures, composed of a periodic multilayer stack of dielectric materials whose unitary cell consists of a pair of layers with different refractive indices n1and n2, respectively. One of these, say n2, is doped with a X (3)nonlinear material. It is well known that band gaps widths and locations depend fundamentally on the refractive index contrast d n = | n1 - n1 | and, by assigning to n2 an intensity dependent refractive index, one is bound to dinamically control the band gap width with the incident light pulse. Therefore, the basic idea here is to investigate the dynamics of propagation in the neighborhood of such an intensity-dependent band gap for important applications in the design of all-optical photonic devices such as limiters and switches. Within the framework of Maxwell's equations, a numerical investigation is made by considering the propagation of optical fields through multilayers with a Kerr, as well as a saturable, type of nonlinearity. The latter is important for the description of the interaction with high field strength pulses because in this case the field-induced change in the refractive index is influenced by higher-order nonlinearities and, as a consequence, this change becomes saturated. This model is appropriate to describe materials such as semiconductor-doped glasses (e.g. CdS 1-x Sex) and organic polymers, which have high nonlinear optical properties. The wave propagation is solved using a time-domain modified version of the standard fast Fourier Beam Propagation Method (FFT-BPM) with an adaptive step size, which can handle transmission, diÿraction and, especially, reflection of electromagnetic waves caused by discontinuities on the refractive index, with the advantange of not requiring the introduction of additional boundary conditions. / Mestrado / Ótica / Mestre em Física

Orientadores: Flávio Caldas da Cruz, Paulo Clóvis Dainese Júnior / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-28T22:50:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 SaquinaulaBrito_JoseLuis_M.pdf: 4387885 bytes, checksum: 7b7c41672acbabf5abc5b7c398df00c0 (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: Nos últimos 15 anos os pentes de frequências ópticas baseados em lasers de femtossegundos representaram uma revolução na área de metrología e medidas de precisão, permitindo medir diretamente frequências de várias centenas de THz assim como posibilitando o advento de relógios atômicos ópticos. Estes pentes também têm encontrado importantes aplicações em outras áreas da Física, tais como espectroscopia de alta resolução e precisão, geração de altos harmônicos na região da ultravioleta e raios X moles, ou até na procura de exoplanetas através da calibração de espectrômetros astrofísicos. Neste trabalho, estudamos a geração de pentes de frequências ópticas baseados em moduladores eletro-ópticos e fibras altamente não lineares, com o objetivo de implementar novas configurações, alternativas aos pentes baseados em lasers de femtossegundos. Um objetivo é implementar pentes com a maior largura de banda possível que ao mesmo tempo preservem alta coerência entre as frequências geradas, aproveitando componentes comercialmente disponíveis, desenvolvidos para comunicações ópticas na região espectral de 1550 nm. Buscamos implementar dois tipos de pentes de frequências ópticas. Um deles usa um modulador eletro-óptico e gera um pente com pequena largura de banda (10 nm) e espaçamento entre frequências de 25 GHz. O outro pente, gerado com base em fenômenos não lineares em fibras ópticas, fornece maior largura de banda (270 nm) com espaçamento entre frequências de 776 GHz. No caso do pente de frequências gerado pelo modulador (pente eletro-óptico), o processo é devido ao fenômeno eletro-óptico (efeito Pockels) dentro de um cristal de Niobato de Lítio que também forma uma cavidade óptica ressonante. Utilizamos um laser semicondutor contínuo e de frequência única em 1550 nm para gerar um pente (eletro-óptico) com largura espectral de 10 nm com espaçamento de 25 GHz entre as frequências. O outro pente de frequências ópticas é baseado na criação em cascata de produtos da mistura de quatro ondas produzidos a partir de dois lasers semicondutores contínuos, que foram utilizados tanto em onda contínua (cw) ou pulsados, i.e., com modulação de amplitude. Obtivemos espectros com largura de 269 nm (1431 nm ¿ 1700 nm) e espaçamento entre linhas de 6.3 nm (776 GHz). Finalmente, foi alargado o espectro do pente de frequências ópticas gerado pelo modulador eletro-óptico ao usar fibras altamente não lineares. O espectro obtido apresentaram um alargamento modesto, com largura de 23 nm e separação de 25 GHz entre as frequências / Abstract: In the last 15 years, optical frequency combs based on femtosecond lasers have represented a revolution in the area of metrology and precision measurements, making it possible to directly measure frequencies of several hundred terahertz, and affording the advent of optical atomic clocks. These frequency combs today are used in important applications in other areas of Physics, such as high resolution and accuracy spectroscopy, generation of high harmonics in the ultraviolet and soft X-rays region, or even in the search of exoplanets through calibration of Astrophysics spectrometers. In this work, we study the generation of optical frequency combs based on electro-optic modulators and highly nonlinear fibers, with the goal of implementing new configurations, which can be alternative to frequency combs based on femtosecond lasers. One particular goal is to implement frequency combs with the largest possible bandwidth, while still preserving the coherence between the generated frequencies, and taking advantage of commercially available components developed for optical communications, in the 1550 nm spectral region. We were interested in implement two types of optical frequency combs. One of them uses an electro-optical modulator and generates a frequency comb with small bandwidth (10 nm) and 25 GHz frequency spacing. The other comb, generated by nonlinear phenomena in optical fibers, provides greater bandwidth (270 nm) with a frequency spacing of 776 GHz. In the case of the frequency comb generated by the modulator (electro-optical comb), the process is due to the electro-optical phenomenon (Pockels effect) within a Lithium Niobate crystal which also forms a resonant optical cavity. We use a continuous-wave, single frequency semiconductor laser at 1550 nm to generate a frequency comb with a spectral width of 10 nm and 25 GHz frequency spacing. The other optical frequency comb is based on the creation of cascaded four-wave mixing products, produced from two continuous semiconductor lasers that were used both in continuous-wave (cw) or pulsed operation, i.e., with amplitude modulation.We obtained spectra with a width of 269 nm (1431 nm - 1700 nm) and line spacing of 6.3 nm (776 GHz). Finally, we combined both combs by using the highly nonlinear fiber to expand the optical comb spectrum generated by the electro-optical modulator. The resulting spectra showed a modest broadening, with a width of 23 nm and 25 GHz separation between frequencies / Mestrado / Física / Mestre em Física / 1186840 / 134295/2013-7 / CAPES / CNPQ

Orientador: Flávio Caldas da Cruz / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-30T22:47:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Depetri_WilliamIunes_M.pdf: 11907943 bytes, checksum: 4f7cedccb63e0fd32bea356921cb78f6 (MD5) Previous issue date: 2016 / Resumo: Pentes de frequência ópticos têm sido desenvolvidos para medias de precisão e metrologia, mas tabém vêm ganhando interesse para espectroscopia de precisão de banda larga. Pentes ópticos no infravermelho médio são muito atraentes para espectroscopia molecular, dado que eles permitem acesso a fortes bandas vibracionais de gases na chamada "região de digital molecular". Pentes ópticos são uma tecnologia bem desenvolvida no infravermelho próximo, dado a disponibilidade de lasers de Ti:Safira e Er-fiber, e apesar de desenvolvimentos recentes, sua extensão para o infravermelho médion depende de conversão não-linear de frequência. Aqui, pretendemos estudar a greração de pentes ópticos no infravermelho médio via geração de diferença de frequência e amplificação paramétrica óptica do espectro de um oscilador de femtosegundo no infravermelho próximo. Neste trabalho, analizamos numericamente difereça de frequência e amplificação paramétrica para a geração de pentes de frequência ópticos no infravermelho médio resolvendo no domínio do tempo as equações acopladas para o campo elétrico em mistura de três ondas para pulsos ultracurtos. Uma abordagem tradicional é a utilização de quasi-phase matching em cristais periodicamente polados, o que pode ser bastante eficiente, porém apresenta limitações na largura de banda. Nóis investigamos cristais periódicos com um período fixo, e cristais aperiódicos, ou chirped, tanto com chirp contínuo como discreto. Nós comparamos as configurações nas quais a amplificação paramétrica é otimizada ou não, explorando uma analogia entre conversãpo não-linear em sistemas de dois níveis. Nossos resultados são apresentados como gráficos temporais da propagação dos pulsos, seus respectivos espectros e potências ao longo dos cristais, e comparados com resultados experimentais, com o intuito de ajudar experimentos futuros / Abstract: Optical frequency combs (OFC) have been developed for precision measurements and metrology, but have also gained interest for broadband precision spectroscopy. OFC in the mid-infrared (MIR) are very attractive for molecular spectroscopy, since they allow to access the strong vibrational bands of gases in the so-called molecular fingerprint region. OFC are a well-developed technology in the near-infrared, due to the avilability of Ti:Saphire or Er-fiber lasers, and spite of recent developments, their extension into the MIR relies on nonlinear frequency conversion. Here we intend to study the generation of MIR OFC via difference frequency generation (DFG) and optical parametric amplification (OPA) of spectral portions of a near-infrared femtosecond oscillator. In this work, we numerically analyze DFG and OPA for the generation of optical frequency combs in the mid-infrared by solving the time-domain coupled wave equations for the electric fields in three-wave mixing for ultrashort pulses. A traditional approach is to use quasi-phase matching in periodically poled crystals, which can be quite efficient but may have bandwidth limitations.We investigate periodically poled crystals with a single-grating and aperiodic or chirped crystal with either continuous or discrete chirp. We compare the configurations in which a strong pump pulse has higher or smaller wavelength compared to the signal, cases in which the parametric amplification is enhanced or not. We also analyze these results in the context of adiabatic frequency conversion, which explores an analogy between nonlinear conversion and two-level systems. Our results are presented as time plots for the propagation of the pulses, their corresponding spectra and powers along the crystals and are compared to experimental results, and also intended to support further experiments / Mestrado / Física / Mestre em Física / 132987/2014-7 / CNPQ