Lasers de estado sólido sintonizáveis com uma estreita largura de linha de emissão na região do vermelho são uma alternativa conveniente aos lasers de corante para aplicações em espectroscopia de alta resolução. Nesse trabalho, foram investigados lasers contínuos de Nd:YLiF4 e Nd:YVO4 operando em frequência única na região de 1,32 - 1,34μm, assim como a geração de segundo harmônico (GSH) desses lasers usando cristais de BiB3O6 (BiBO) e KTiOPO4 com inversão periódica de domínios (ppKTP), para a obtenção da emissão no vermelho (0,65 - 0,67μm). Utilizando um laser de Nd:YVO4 operando em frequência única em uma configuração em anel com um cristal não linear BiBO do tipo I, demonstrou-se o recorde de 680mW no vermelho em 671,1nm, sem a utilizaçãde nenhum elemento seletivo. Uma intonia em todo o ganho (~4 nm) foi obtida atravésda inserção de um etalon com filme refletor (R = 40%) e com 100μm de espessura, o que reduziu a potência de saída no vermelho para 380mW no comprimento de onda de maior ganho (671,15 nm). Em 1342nm foi demonstrada uma potência de saída de 1,5W em frequência única quando utilizado um espelho de saída com transmissão de 2%. Foi demonstrado ainda uma ótima eficiência de conversão de segundo harmônico em um laser em anel de Nd:YLF na polarização π (λ = 1321,5nm) quando usando um cristal de ppKTP. Este laser forneceu 1,4W em frequência única no vermelho em 660,5nm. Essa potência é a máxima que pode ser extraída desse laser no segundo harmônico e no fundamental quando utilizado um espelho com transmissão ótima. Utilizando um etalon com filme refletor (R = 25%), o laser pôde ser sintonizado em Δλ ~ 1,6nm. / All solid-state continuous-wave (cw) narrow emission linewidth and tunable red lasers are convenient alternative sources to bulky and expensive dye-lasers for highprecision laser spectroscopy. Single-frequency operation of diode-pumped Nd:YLiF4 and Nd:YVO4 cw ring lasers were investigated in the 1.32 - 1.34μm range, together with their intracavity second-harmonic generation (SHG) to the red spectral range (0.65 - 0.67μm) using either BiB3O6 (BiBO) or periodically-poled KTiOPO4 (ppKTP) crystals. We report on such a single-end diode-pumped Nd:YVO4 unidirectional red ring laser containing a type-I cut BiBO nonlinear crystal, yielding a record of 680 mW of single-longitudinal mode (SLM) red output power at 671.1nm without any intra-cavity etalon. For smooth SLM wavelength tuning over the full gain bandwidth (4 nm), a partially-coated (R = 40%) 100m-thin etalon was found necessary, reducing the maximum SLM power (at 671.15 nm) to 380 mW. At 1342.5nm and with a T = 2% transmission output coupler, the laser provided an optimal 1.5W of single-frequency power. We demonstrate also optimal intracavity SHG of a Nd:YLF ring laser in the π - polarization ( λ= 1321.5nm) using a ppKTP. The laser yielded 1.4 W of singlefrequency red power at 660.5 nm, as much as the maximum fundamental power that can be extracted from the resonator using an optimal output coupler. With a partiallycoated (R = 25%) thin etalon, the laser was tunable over Δλ ~ 1.6nm.

Made available in DSpace on 2017-07-21T19:25:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Vinicius Mariani.pdf: 12327357 bytes, checksum: 1e83d3e17afc9ea8500a2b6e3adf5a5f (MD5) Previous issue date: 2015-03-05 / The optical properties as well as thermal transport nanoparticles attract great attention due to the possibilities of applications and research in basic physics. Among the most studied systems are gold nanoparticles by presenting a plasmon resonance frequency in the visible wavelength. However, the manner in which generate heat when excited optically and how the surface plasmon can be used as a probe medium in which the particles are dispersed have been little explored. In this work we present an experimental study of the thermal lens effect of lyotropic liquid crystals doped with gold nanoparticles, under cw 532 nm optical excitation, and a study of how the surface plasmon resonance of colloidal gold can probe the local ordering of a anisotropic media. Spherical gold nanoparticles of approximately 12 nm were synthesized by the Turkevich’s method and the two lyotropic liquid crystals were prepared with a ternary mixture of sodium dodecyl sulfate (SDS) and potassium laurate (KL) with 1-decanol (1-DeOH ) and water. The lyotropic matrix with SDS induced the formation of nanoparticle aggregates, leading to a broad and a red shift of the plasmon resonance band. The nonlinear refraction index of thermal origin increases as a power law with respect to particle density, being possible to adress this behavior with the presence of nanopaticles clusters. In the case of liquid crystal composed of KL, we studied the reentrant isotropic - nematic calamitic - isotropic phase transitions, monitoring the plasmon resonance of the nanoparticles. For transitions at low temperatures, isotropic reentrant to nematic, the resonance band has a red-shift of 7 nm which can be assigned mainly with the increase of the dielectric constant due to a change in the shape anisotropy of the micelles. On the other hand, in the high temperature transition, the maximum absorption wavelength suffer a slight extra red-shift which may be due to a small change in the correlation length. / As propriedades ópticas, assim como as de transporte térmico em nanopartículas atraem grande atenção devido as possibilidades de aplicações e pesquisa em Física básica. Entre os sistemas mais estudados estão as nanopartículas de ouro por apresentar uma frequência de ressonância de plasmon no comprimento de onda do visível. No entanto a forma com que geram calor quando excitadas opticamente e como a superfície de plasmon pode ser utilizada como sonda do meio em que as partículas estão dispersas têm sido pouco exploradas. Neste trabalho apresentamos um estudo experimental do efeito de lente térmica de cristais líquidos liotrópicos dopados com nanopartículas de ouro, sobre a excitação óptica de 532 nm, e um estudo de como a ressonância de plasmon de superfície do ouro coloidal pode sondar o ordenamento local de um meio anisotrópico. Nanopartículas esféricas de ouro em torno de 12 nm foram sintetizadas pelo método de Turkevich e dois cristais líquidos liotrópicos foram preparados com uma mistura ternária de dodecil sulfato de sódio (SDS) ou laurato de potássio (KL) com 1-decanol (1-DeOH) e água. A matriz liotrópica com SDS induziu a formação de agregados de nanopartículas, levando a um alargamento e deslocamento da banda de ressonância de plasmon para o vermelho. O índice de refração não linear de origem térmica aumenta como uma lei de potência em relação à densidade de partículas, sendo possível relacionar seu comportamento com a presença de agregados. No caso do cristal líquido composto por KL, estudamos as transições de fase isotrópica reentrante - nemática calamítica e posteriormente para a fase isotrópica em alta temperatura, monitorando a ressonância de plasmon das nanopartículas. Para transições em baixas temperaturas, isotrópica reentrante para nemática, a banda de ressonância tem um deslocamento de 7 nm para o vermelho que pode ser associado principalmente com o aumento da constante dielétrica devido a uma alteração na anisotropia de forma das micelas. Por outro lado, para transição em alta temperatura, o comprimento de onda do máximo de absorção sofre um sutil deslocamento extra para o vermelho o qual pode ser devido à uma pequena mudança no comprimento de correlação.

Femtosecond laser inscribed waveguides inside the bulk of materials have shown great relevance for the development of photonic optical circuits. Due to high intensity, long interaction length and strong light confinement, nonlinear optical effects are significant to pulse propagation within the waveguide. Therefore, it is important to search for new and better platforms to host photonic devices, as well as, to analyze its linear and nonlinear optical properties. In this dissertation, we have studied the inscription of nonlinear waveguides in Gorilla Glass (strengthened alkali aluminosilicate glass) and in L-threonine organic crystals. Initially, we studied the nonlinear refractive index of Gorilla Glass, demonstrating that it presents an approximately constant value of n2 = (3.3 ± 0.6) × 10-20 m2/W over the spectral region from 490 nm up to 1.5 µm. Single-mode waveguides written in Gorilla Glass presents propagation losses on the order of (0.35 ± 0.01) dB/mm, which is comparable to other waveguides inscribed in silicate glasses. In the nonlinear regime, the guided pulse presented spectral broadening, compatible with the measured n2 value, and white-light continuum generation. The generation of new frequencies is due to self-phase modulation and stimulated Raman scattering effects, both associated with third-order nonlinearities of Gorilla Glass. In a second part, we inscribed cladding waveguides in L-threonine organic crystal, in order to explore its second-order nonlinearities. After their linear characterization, that revealed propagation losses of (0.5 ± 0.1) dB/mm, we obtained guided second harmonic generation in the ultraviolet region. The written waveguide presented a normalized power conversion efficiency of (10.3 ± 0.4) % (MW cm2)-1 and approximately four times higher normalized intensity conversion efficiency than the crystal itself. Such enhancement effect was attributed to the influence of the waveguide dispersion in the phase-matching condition necessary for second harmonic generation. In general, the results presented here expand the knowledge on femtosecond laser writing of waveguide in organic and inorganic materials, and their nonlinear properties, which are relevant for developing photonic devices. / Guias de ondas fabricados com pulsos de femtossegundos no volume de materiais são de grande importância para o desenvolvimento de circuitos fotônicos. Devido as altas intensidades, longos comprimentos de interação e forte confinamento, efeitos ópticos não lineares são significativos durante a propagação de pulsos laser em guias de onda. Portanto, é importante buscar novas e melhores plataformas para construir os dispositivos fotônicos, bem como analisar suas propriedades ópticas lineares e não lineares de guiamento. Nesta tese, estudamos a fabricação de guias de onda não lineares em Gorilla Glass (vidro aluminossilicato alcalino) e no cristal orgânico de L-treonina. Inicialmente, estudamos o índice de refração não linear do Gorilla Glass, demonstrando que este apresenta um valor aproximadamente constante, n2 = (3.3 ± 0.6) × 10-20 m2/W, no intervalo espectral de 490 nm até 1,5 µm. Os guias monomodo produzidos no Gorilla Glassapresentaram perdas de transmissão da ordem de (0,35 ± 0,01) dB/mm, as quais são comparáveis às de outros guias em vidros silicatos já reportados. No regime não linear, o pulso guiado apresentou alargamento espectral compatível com o valor determinado para n2, e geração de luz branca. A geração de novas frequências observada se deve aos fenômenos de auto modulação de fase e espalhamento Raman estimulado, ambos associados à não linearidade de terceira ordem do Gorilla Glass. Numa segunda etapa, fabricamos guias de onda do tipo casca em cristais orgânicos de L-treonina, afim de explorar sua não linearidade de segunda ordem. Após sua caracterização linear, onde medimos uma perda de guiamento de (0,5 ± 0,1) dB/mm, fomos capazes de obter geração de segundo harmônico guiada, na região do ultravioleta. O guia fabricado apresentou uma eficiência normalizada de conversão de potência de (10.3 ± 0,4) % (MW cm2)-1 e eficiência normalizada de conversão de intensidade aproximadamente quatro vezes maior do que a do cristal em si. Tal aumento foi atribuído à influência da dispersão do guia no casamento de fase, necessário para geração de segundo harmônico. De maneira geral, os resultados apresentados aqui expandem o conhecimento de fabricação de guias de onda com laser de femtossegundos em materiais inorgânicos e orgânicos, bem como de suas propriedades não lineares relevantes para produção de dispositivos.

Lasers de estado sólido sintonizáveis com uma estreita largura de linha de emissão na região do vermelho são uma alternativa conveniente aos lasers de corante para aplicações em espectroscopia de alta resolução. Nesse trabalho, foram investigados lasers contínuos de Nd:YLiF4 e Nd:YVO4 operando em frequência única na região de 1,32 - 1,34μm, assim como a geração de segundo harmônico (GSH) desses lasers usando cristais de BiB3O6 (BiBO) e KTiOPO4 com inversão periódica de domínios (ppKTP), para a obtenção da emissão no vermelho (0,65 - 0,67μm). Utilizando um laser de Nd:YVO4 operando em frequência única em uma configuração em anel com um cristal não linear BiBO do tipo I, demonstrou-se o recorde de 680mW no vermelho em 671,1nm, sem a utilizaçãde nenhum elemento seletivo. Uma intonia em todo o ganho (~4 nm) foi obtida atravésda inserção de um etalon com filme refletor (R = 40%) e com 100μm de espessura, o que reduziu a potência de saída no vermelho para 380mW no comprimento de onda de maior ganho (671,15 nm). Em 1342nm foi demonstrada uma potência de saída de 1,5W em frequência única quando utilizado um espelho de saída com transmissão de 2%. Foi demonstrado ainda uma ótima eficiência de conversão de segundo harmônico em um laser em anel de Nd:YLF na polarização π (λ = 1321,5nm) quando usando um cristal de ppKTP. Este laser forneceu 1,4W em frequência única no vermelho em 660,5nm. Essa potência é a máxima que pode ser extraída desse laser no segundo harmônico e no fundamental quando utilizado um espelho com transmissão ótima. Utilizando um etalon com filme refletor (R = 25%), o laser pôde ser sintonizado em Δλ ~ 1,6nm. / All solid-state continuous-wave (cw) narrow emission linewidth and tunable red lasers are convenient alternative sources to bulky and expensive dye-lasers for highprecision laser spectroscopy. Single-frequency operation of diode-pumped Nd:YLiF4 and Nd:YVO4 cw ring lasers were investigated in the 1.32 - 1.34μm range, together with their intracavity second-harmonic generation (SHG) to the red spectral range (0.65 - 0.67μm) using either BiB3O6 (BiBO) or periodically-poled KTiOPO4 (ppKTP) crystals. We report on such a single-end diode-pumped Nd:YVO4 unidirectional red ring laser containing a type-I cut BiBO nonlinear crystal, yielding a record of 680 mW of single-longitudinal mode (SLM) red output power at 671.1nm without any intra-cavity etalon. For smooth SLM wavelength tuning over the full gain bandwidth (4 nm), a partially-coated (R = 40%) 100m-thin etalon was found necessary, reducing the maximum SLM power (at 671.15 nm) to 380 mW. At 1342.5nm and with a T = 2% transmission output coupler, the laser provided an optimal 1.5W of single-frequency power. We demonstrate also optimal intracavity SHG of a Nd:YLF ring laser in the π - polarization ( λ= 1321.5nm) using a ppKTP. The laser yielded 1.4 W of singlefrequency red power at 660.5 nm, as much as the maximum fundamental power that can be extracted from the resonator using an optimal output coupler. With a partiallycoated (R = 25%) thin etalon, the laser was tunable over Δλ ~ 1.6nm.

O colágeno é a forma funcional de um oligômero biológico, cujos monômeros são aminoácidos quirais. Tecidos ricos em colágeno são estruturas opticamente anisotrópicas, birrefringentes e não-lineares. O objetivo deste trabalho foi caracterizar o colágeno tipo I não irradiado e após irradiação com laser de He-Ne polarizado, utilizando a microscopia de polarização para investigação da birrefringência, e a geração de segundo harmônico (GSH) para análise da susceptibilidade não-linear. Doze ratos Wistar foram divididos em quatro grupos, de acordo com as idades: 34, 48, 62 e 76 dias. Os grupos receberam, respectivamente, 1; 5; 9 e 13 irradiações de D= 1J/cm2, durante 46s, no tendão de Aquiles que, aleatoriamente, foi escolhido ser o direito ou esquerdo. Os animais foram então sacrificados e os tendões extraídos para a preparação das amostras. Para a microscopia de polarização foram obtidos cortes com 8μm de espessura, e as birrefringências de forma e intrínseca foram avaliadas. Para a GSH foi utilizado um laser de Ti:Safira (150fs) com 76MHz de taxa de repetição, diâmetro do feixe φ= 40μm, comprimento de onda central λ= 800nm e Δλ= 10nm e Pp= 110mW. Um polarizador linear foi posicionado no caminho do feixe. Duas objetivas foram utilizadas para focalizar e coletar a radiação incidente e emergente da amostra, respectivamente. Um analisador, também linear, foi introduzido logo após a objetiva coletora. Um filtro absorvedor na faixa infravermelha do espectro eletromagnético, mas transmissor na faixa azul, foi utilizado para garantir que apenas λ= 400nm era medido. A razão, ρ, entre dois tensores de hiperpolarizabilidade independentes foi estudada. As amostras irradiadas apresentaram maior birrefringência (Δn) e maior susceptibilidade não-linear (ρ), em comparação com as não irradiadas. Estes resultados indicam que o laser de He-Ne polarizado alinha as fibrilas de colágeno ao longo eixo do tendão. / The collagen is the functional form of a biological oligomer whose monomers are chiral amino acids. Tissues filled up of collagen are anisotropic optically structures, birefringent and nonlinear. The purpose of this study was characterizing nonirradiated and polarized He-Ne laser irradiated type I collagen using polarized light microscopy to investigate the birefringence and the second harmonic generation (SHG) to analyze the nonlinear susceptibility. Twelve Wistar rats were alienated into four groups according to the ages: 34, 48, 62 and 76 days. The groups received, respectively, 1; 5; 9; and 13 irradiations of D= 1J/cm2 during 46s on Achilles tendon, which was chosen randomly as right or left. Thereafter, the animals were sacrificed and the tendons were extracted to prepare the specimens. For polarized light microscopy, eight-μm sections were obtained to evaluate the form and intrinsic birefringences. For SHG, it was used a Ti:Safira (150fs) laser at a repetition rate of 76MHz, beam diameter of φ= 40μm, wavelength of λ= 800nm and Δλ= 10nm and Pp= 110mW. The beam passed through a linear polarizer and two microscope objectives were used to focalize and collect the incident and emergent radiation, respectively. A second linear polarizer was placed after of collecting objective. An infrared absorber and blue transmitter filter was used a sure that only λ= 400nm was measured. The ratio, ρ, between two hyperpolarizability tensors was studied. The irradiated samples presented higher birefringence (Δn) and nonlinear susceptibility (ρ) when compared to nonirradiated samples. These results indicate that a polarized He-Ne laser aligns the collagen fibrils to the long tendon axis.

Nesta tese estudamos a dinâmica das não linearidades ópticas em compostos orgânicos, mais especificamente em amostras de bis-ftalocianina de itérbio, derivados do álcool furfurílico e compostos azo-aromáticos. Para que a dinâmica dos processos ópticos não lineares pudesse ser investigada nesses materiais, desenvolvemos uma extensão experimental à técnica de varredura-Z convencional, denominada de varredura-Z com trem de pulsos. Nesta técnica, o trem de pulsos de um laser Q-switched/mode-locked é convenientemente empregado para o estudo da dinâmica de processos não lineares no intervalo de 10 a 1000 ns, permitindo a discriminação entre não linearidades rápidas e processos lentos ou acumulativos. Os resultados obtidos através desta técnica nos diversos materiais estudados, complementados com medidas ópticas lineares, tornaram possível a determinação da origem dos processos não lineares refrativos e absorcivos, permitindo também a determinação dos parâmetros espectroscópicos do estado excitado. / This work reports the dynamic nonlinear optical properties of organic compounds, namely, ytterbium bis-phthalocyanine, furfuryl alcohol derivatives and azo-aromatic compounds. In order to carry out this investigation we developed an experimental extension to the standard Z-scan technique, named Z-scan with pulse trains. In this method, pulse trains contained in Q-switched/mode-locked lasers can be advantageously used to study dynamic optical nonlinearities in the 10-1000 ns time interval, allowing the discrimination between fast and slow (cumulative) nonlinear effects. The results obtained in the compounds studied with this technique, complemented with linear optical measurements, permitted the nonlinear refraction and absorption origin to be determined, allowing the characterization of excited state spectroscopic parameters.

In this work, we investigated the nonlinear optical properties of five types of Ionic Liquids (ILs): BMI.NTf−2, HMI.NTf−2, OMI.NTf−2, DMI.NTf−2 and dodMI.NTf−2 . Using the technique of Z-scan was unable to determine the values of the thermal contributions n2 the refractive index of nonlinear ionic liquids. The experiment used a laser to the Titanium Sapphire operating in modelocked regiment, tuned to 820 nm, emitting pulses of 200 fs duration, with a repetition rate of 76 MHz and tune to 410 nm was used a crystal BBO for the second harmonic generation. All ILs had not self-desfocalizadora linearity. We observed that with the change of anion BF−4 and PF−6 by anion NTf−2 was a decrease in the amount of n2 to heat the home at a wavelength of 820 nm. The increase in chains of carbons with the anion NTf−2 in order to observe an increase in the contribution of n2 heat was not as significant for wave-length at 820 nm. For the wavelength at 410 nm we can observe an increase in the amount of n2. / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Nesta dissertação, investigamos as propriedades ópticas não-lineares de cinco tipos de líquidos Iônicos (LIs): BMI.NTf−2 , HMI.NTf−2 , OMI.NTf−2 , DMI.NTf−2 e dodMI.NTf−2 , utilizando a técnica de varredura Z (Z-scan). Estes materiais são sais orgânicos, apresentam uma baixa temperatura de fusão e pressão de vapor desprezível. Nós utilizamos para o experimento de varredura Z um laser de Titânio de Safira operando no regime modelocked, sintonizado em 820 nm, emitindo pulsos de 200 fs de duração, com taxa de repetição de 76 MHz. Também utilizamos o segundo harmônico produzido através de um cristal de BBO, para gerar comprimento de onda sintonizado em 410 nm. Todos os LIs apresentaram não linearidade auto-desfocalizadora. Observamos que com a mudança do ânion BF−4 e PF−6 pelo ânion NTf−2 houve uma diminuição no valor de n2 de origem térmica para comprimento de onda em 820 nm. O aumento das cadeias de carbonos com o ânion NTf−2 com objetivo de observar um aumento na contribuição térmica de n2 não foi tão expressiva para comprimento de onda em 820 nm. Para o comprimento de onda em 410 nm podemos observar um aumento no valor de n2 de origem térmica.

In this work, we investigated the spectroscopic characteristics of Nd3+ and Yb3+ doped/co-doped materials for potential applications in photonic devices, particularly lasers emitting in the IR and visible (blue) and thermal sensing operating in the first and second biological windows. For such purposes, we used the fluorescence spectroscopy technique in steady state and time resolved. Initially we investigated the spectroscopic characteristics of the Yb3+ doped oxyfluoride glass, analyzing three important effects present in Yb3+ doped systems: Radiation Trapping (RT), Self-Quenching (SQ), and Cooperative Luminescence (CL). We show that the effects of RT and SQ affect substantially the line shape of Yb3+ emission spectrum, thereby inducing miscalculations of the emission cross section, overestimation of the laser level lifetime, as well as errors in non-radiative decay rates. On the other hand, we show that the strong presence of RT favors the CL effect between Yb3+ ions, which configures an advantageous feature for the generation of blue light via CL. In the thermal sensing context, we carried out a study on application of Nd3+ single doped materials for optical temperature sensors based on Fluorescence Intensity Ratio (FIR) using the 4F3/2, 4F5/2 and 4F7/2 Nd3+ energy levels, more precisely, Nd3+ doped Q-98 phosphate glass, where we showed that the investigated phosphate glass present good perspectives for applications in optical thermometer, being its thermal sensitivity and the maximum thermal range, strongly dependent on the considered energy levels. Following the studies on thermal sensing, we investigated the effects of structure core and core@shell of lanthanum fluoride nanocrystals (LaF3) doped/co-doped with Nd3+ and Yb3+ for temperature sensor based on energy transfer (ET). For this, LaF3 nanocrystals in structural configurations LaF3:Nd (only core), LaF3:Nd/Yb (only core), LaF3 :Nd@LaF3:Yb (Nd3+ in core and Yb3+ in shell), and LaF3:Yb@LaF3:Nd (Yb3+ in core and Nd3+ in shell) were synthesized. We evaluated the FIR of the emission from Yb3+ (2F5/2→2F7/2 at ~990 nm) and Nd3+ (4F3/2→4I13/2 at ~1060 nm) against the temperature and we concluded that their sensitivities are strongly dependent on the structural configurations, i.e., we get control the ET processes and their temperature dependence. In addition, we show that FIR, using 990 and 1330 nm emissions present thermal sensitivity at least one order of magnitude greater that the other FIR’s. / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Neste trabalho investigamos as características espectroscópicas de materiais dopados/co-dopados com os íons terras-raras Nd3+ e Yb3+ para potenciais aplicações em dispositivos fotônicos, particularmente lasers emissores no infravermelho e visível (azul) e sensoriamento térmico operando na primeira e segunda janelas biológicas. Para tais propósitos, usamos a técnica de espectroscopia de fluorescência no estado estacionário e resolvida no tempo. Inicialmente investigamos as características espectroscópicas do vidro oxifluoreto dopado com Yb3+, analisando três importantes efeitos presentes em sistemas dopados com Yb3+: Radiation Trapping (RT), Self- Quenching (SQ) e Luminescência Cooperativa (LC). Mostramos que os efeitos de RT e SQ afetam de forma substancial a forma de linha do espectro de emissão do Yb3+, induzindo, assim, cálculos errôneos na seção de choque de emissão, superestimação do valor do tempo de vida do nível laser emissor, bem como erros nas taxas de decaimentos não-radiativos. Por outro lado, mostramos que a forte presença dos efeitos de RT observados favorece o processo de LC entre íons Yb3+, o que de certa forma constitui uma característica vantajosa para a geração de luz azul via processo de LC do Yb-Yb. Já no âmbito de sensoriamento térmico, realizamos um estudo sobre a aplicação de materiais mono-dopados com Nd3+ em sensores ópticos de temperatura baseados na Razão de Intensidade de Fluorescência (RIF) dos níveis de energia 4F3/2, 4F5/2 e 4F7/2 do Nd3+, mais precisamente, vidro fosfato Q-98 dopado com Nd3+, onde mostramos que o vidro fosfato investigado apresenta boas perspectivas para aplicações em termômetro óptico, sendo sua sensibilidade térmica, bem como o intervalo de temperatura de máxima sensibilidade, fortemente dependente dos níveis de energia considerados. Continuando os estudos sobre sensoriamento térmico, investigamos os efeitos da estrutura core e core@shell de nanocristais de fluoreto de lantânio (LaF3) dopados/co-dopados com Nd3+ e Yb3+ para sensor térmico por Transferência de Energia (TE). Para tanto, nanocristais de LaF3 nas configurações estruturais de LaF3: Nd (somente core), no LaF3: Nd/Yb (somente core), LaF3: Nd@LaF3: Yb (com Nd3+ no core e Yb3+ no shell) e LaF:Yb@LaF3:Nd (com Yb3+ no core e Nd3+ no shell) foram sintetizados. Nós avaliamos as RIF das emissões do Yb3+ (2F5/2 → 2F7/2 em ~990 nm) e do Nd3+ (4F3/2→4I13/2 em ~1060 nm) com a temperatura e concluímos que suas sensibilidades são fortemente dependentes das configurações estruturais, ou seja, conseguimos controlar os processos de TE e a dependência destes com a temperatura. Adicionalmente, mostramos que o sensor de RIF, usando as emissões em 990 nm e 1330 nm, apresenta uma sensibilidade térmica de pelo menos uma ordem de grandeza maior que os demais RIF’s.

In this work, we have investigated the thermal properties (diffusivity (D), conductivity (K), temperature coefficient of the optical path length change (ds/dT), etc) and loss processes owing to the ion-ion interactions, in Nd3+ doped laser materials, specifically YAG ceramic and CGGG crystal. Since the fluorescence quantum efficiency, , is directly related to these mechanisms that lead to luminescence quenching, the studies were carried out mainly observing the effects of these processes on . To this goal we used mainly the thermal lens technique and conventional spectroscopy. In Nd:YAG ceramic, we have investigated the losses due to down-conversion or, as they are well known, concentration quenching that are basically cross relaxation (CR) and energy migration (EM). From these results, it was concluded that the main source of luminescence quenching is CR and that the small ds/dT value together with the high optimum concentration put this material as candidate for several applications. In Nd:CGGG crystal, we have studied the loss processes owing to upconversion or, as is better known, upconversion Auger (UA) or energy transfer upconversion, which are important in laser systems of high. / Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Alagoas / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Neste trabalho investigamos as propriedades térmicas (difusividade (D), condutividade (K), variação do caminho óptico com a temperatura (ds/dT), etc) e processos de perdas devido a interações entre íons, em materiais lasers dopados com Nd3+, especificamente cerâmica de YAG e cristal CGGG. Desde que a eficiência quântica de fluorescência, , está diretamente relacionada com esses mecanismos que levam a supressão da luminescência, os estudos foram realizados principalmente observando os efeitos desses agentes sobre . Para esse propósito, usamos principalmente a técnica de lente térmica e espectroscopia convencional. Na cerâmica de Nd:YAG investigamos as perdas por down-conversion ou, como é melhor conhecidas, quenching de concentração que são basicamente relaxação cruzada (RC) e migração de energia (ME). Nesses resultados concluímos que a principal fonte de supressão da luminescência é RC e que o valor de ds/dT baixo juntamente com a concentração ótima alta apresentam esse material com boas perspectivas de aplicações. No cristal Nd:CGGG estudamos os processos de perdas por upconversion ou, como é melhor conhecido, conversão ascendente Auger (CAA) ou conversão ascendente por transferência de energia, os quais são importantes em sistemas lasers de alta potência e/ou altas concentrações de íons dopantes. Com a presença dos processos de CAA é adicionado mais um canal de decaimento não radiativo. E como resultado foi observado uma diminuição de η e consequentemente um aumento da carga térmica (φ). O conhecimento dos processos investigados nesta dissertação é de importância fundamental para a engenharia e caracterização de matérias lasers.

Efeitos ópticos não-lineares foram estudados em filmes finos de silício amorfo hidrogenado através da técnica de varredura-Z, que utiliza um único feixe de luz laser de onda contínua, modulado na escala de tempo de milissegundos. Em tal técnica, amostras do material foram deslocadas ao longo da região focal de um feixe com perfil de intensidade gaussiano e comprimento de onda de 532 nm, enquanto a transmitância da luz foi medida no campo distante. Os filmes foram depositados sobre vidro pela técnica PECVD a baixas temperaturas (entre 50 °C e 200 °C) e foi utilizado fósforo como impureza dopante: variando-se a concentração do gás fosfina durante a deposição do material, obtêm-se diferentes quantidades de fósforo incorporado no Si-a:H. Durante a realização da varredura-Z, foi observado o efeito de lente térmica no sinal da transmitância e a resolução temporal do sinal medido possibilitou o ajuste dos dados experimentais ao Modelo de Lente Térmica. A partir dos parâmetros desse ajuste, foi possível determinar a difusividade térmica das amostras (D ~ 3x10-³ cm²/s) e estimar sua condutividade térmica (K ~ 5x10-³ W/Kcm) e seu coeficiente de temperatura do caminho óptico (ds/dT). Além disso, os valores dos deslocamentos de fase do feixe (´teta\') e dos tempos característicos de formação da lente térmica (tc0) foram obtidos. Efeitos ópticos de origem térmica geralmente são indesejados em dispositivos fotônicos e, para evitá-los, o estudo e o conhecimento das propriedades ópticas não-lineares dos materiais que compõem tais dispositivos são de grande importância. Ademais, aplicações em microssensores podem ser baseadas nas propriedades do Si-a:H estudadas neste trabalho, como, por exemplo, sua condutividade térmica. / Nonlinear optical effects have been studied in hydrogenated amorphous silicon films through the single beam Z-scan technique, using a modulated CW laser in the millisecond time-scale regime. In this technique, the samples were moved along the focal region of a focused gaussian laser beam with wavelength of 532 nm, while the light transmittance in the far field was measured. The films were deposited on glass by low temperature PECVD technique (from 50 °C to 200 °C) and phosphorus were used as a dopant impurity: during the material deposition, different concentrations of phosphine gas cause different amounts of incorporated phosphorus into a-Si:H. The thermal lens effect was observed in the transmittance signal, so the experimental data from the time-resolved Z-scan mode could be fitted in the Thermal Lens Model. It was possible to determine the samples thermal diffusivity (D ~ 3x10-³ cm²/s) and to estimate their thermal conductivity (K ~ 5x10-³ W/Kcm) and temperature coefficient of the optical path length change (ds/dT) through those fittings. Besides, the phase shift (\'teta\') and the thermal lens characteristic time (tc0) were achieved. Thermal optical effects are unwanted to photonics devices, therefore studying and knowing these effects is very important to avoid them. Moreover, applications to microsensor devices may use the a-Si:H properties studied in this work as, for example, its thermal conductivity.