Neste trabalho estudamos o processo de absorção de dois fótons em compostos azoaromáticos, abordando tanto aspectos fundamentais quanto aplicados. Moléculas azo-aromáticos têm recebido especial atenção nos últimos anos devido as suas potencias aplicações em dispositivos para armazenamento óptico de informação, modulação da luz e geração de relevos em superfície, processes estes associados ao mecanismo de foto isomerização. Os trabalhos apresentados nessa tese tiveram como principal foco explorar o fenômeno de absorção de dois fótons, utilizando a propriedade de foto-isomerização das moléculas azo-aromáticas. Nosso objetivo foi estudar as vantagens que podem ser obtidas pela utilização de pulsos intensos de luz, que interagem de maneira não linear com a matéria, para desenvolver aplicações utilizando compostos azo-aromáticos. Inicialmente, estudamos o processo de absorção de dois fótons em uma nova família de compostos azo-aromáticos, denominados Salen Dyes. Investigamos a influencia da presença de íons metálicos no processo de absorção de dois fótons dessas moléculas. Nossos resultados mostraram que, devido a ausência de conjugação entre as estruturas azo-aromáticas conectadas pelo metal, este tem pouca influência no processo não linear estudado. Pelo uso de um modelo de soma de estado para a seção de choque de absorção de dois fótons, fomos capazes de determinar os momentos de dipolo de transição destas moléculas. Em seguida, implementamos uma técnica para estudar o processo de armazenamento óptico, induzido através da orientação molecular dos compostos azo-aromáticos, via absorção de dois fótons. Observamos que de fato é possível se observar birrefringência induzida por dois fótons nestas moléculas, a qual esta confinada ao volume focal, conforme demonstrado pela obtenção de armazenamento tri-dimensional. Finalmente, exploramos o processo de controle coerente via formatação de pulsos ultra-curtos para manipular o processo de birrefringência induzida por dois fótons em compostos azo-aromáticos. Foi demonstrado que apenas a através da manipulação da fase do pulso ultra-curto, é possível modular a birrefringência induzida em filmes de compostos azo-aromáticos. / Here we investigated fundamental and applied aspects of the two-photon absorption process in azoaromatic compounds. Azoaromatic molecules have been studied in the last few years due to their applications in optical storage devices, light modulators and surface relief gratings, processes related to the photo-isomerization mechanism. The main focus of the results presented in this thesis was to explore the two-photon absorption process, taking advantage of the intrinsic photo-isomerization of the azo-aromatic chromophores. Our main goal was to study the advantages of utilizing intense pulses, which promote nonlinear excitation, to develop application with azo-aromatic compounds. Initially, we studied the two-photon absorption process in a new class of azo-aromatic compounds, named Salen Dyes. We investigated the influence of metal ions, presented in the Salen Dyes structure, on the two-photon absorption spectrum. Our results revealed that the metals have practically no influence in the nonlinear optical properties due to the lack of conjugation between the azo-moieties in the Salen Dyes. Through a theoretical model based on a sum-over-states calculation, we were able to determine the transition dipole moment of these molecules. Subsquently, we implememnted a technique to study the two-photon induced birefringence, resulting from the molecular re-orientation, in azo-aromatic compounds. We observed that the two-photon induced birefringence is confined to the focal volume, s demonstrated in a three dimensional optical storage experiment. Finally, we used coherent control processes to manipulate the two-photon induced birefringence in azo-compounds. It was demonstrated that it is possible to modulate the optically induced birefringence by manipulating the phase of the ultra-short pulses, via pulse shaping techniques.

Correlatores ópticos podem realizar o reconhecimento de padrões bidimensionais a uma velocidade maior que plataformas digitais com o mesmo tamanho, peso e consumo de potência. Utilizou-se neste projeto o correlator óptico compacto com um único modulador espacial de luz, uma TV a cristal líquido comercial, posicionado no plano de Fourier. Uma câmera CCD é utilizada na saída do correlator óptico para capturar as imagens de correlação. Na entrada do correlator, a imagem da impressão digital é capturada por um prisma via eliminação da reflexão total, durante o contato da impressão digital com a superfície do prisma. Para o processo de filtragem, foi utilizado o filtro de correlação ótima. / Optical correlators can realize bidimensional pattern recognition faster than digital devices that have the same size, weight and power consumption. In this work, the compact optical correlator is implemented with only one spatial light modulator, a commercial liquid crystal television (LCTV) located at the Fourier plane. A CCD camera is used at the correlator exit to read the correlation images. The fingerprint image is read in the correlator input using a prism illuminated with a monochromatic coherent beam. The total reflection elimination in the prism surface during the fingerprint contact permits the reading of the fingerprint image. The optimal correlation filter is used in the Fourier plane to implement the filtering process.

Em 1993, Bennett et al. [1] postularam o processo de teletransporte de um estado quântico através do uso de dois canais de comunicação, um canal clássico e outro formado por um par de sistemas emaranhados. Na área de óptica quântica, várias realizações experimentais deste teletransporte foram relatadas [2, 3, 4], tanto no domínio de variáveis contínuas como discretas. Recentemente, foi medido emaranhamento no domínio de variáveis contínuas entre feixes de luz intensos de cores distintas [5, 6, 7]. Utilizando feixes com estas características como canal de comunicação quântico, apresentamos uma proposta para o primeiro teletransporte de informação quântica com troca de informação no domínio de variáveis contínuas entre campos de cores distintas. Resultados experimentais em direção à realização da proposta foram alcançados. Os moduladores eletro-ópticos, necessários na construção e reconstrução dos estados quânticos da luz, foram caracterizados. Quatro cavidades ópticas foram construídas, com requerido pelo protocolo para feixes de luz de cores distintas. Um oscilador paramétrico óptico (OPO) foi construído para a gerar os feixes correlacionados. No entanto, ele apresentou resultados insatisfatórios, atribuídos a um defeito no cristal não linear. Por isso, um OPO com novo cristal e novos espelhos foi projetado e se encontra em fase de construção. Por fim, um tratamento teórico adequado às particularidades da proposta experimental é apresentado. / In 1993, Bennett et al. [1] postulated teleportation of quantum states by means of two communication channels, one classical and the other formed by a pair of entangled systems. In quantum optics, several experimental realizations of this teleportation process have been reported [2, 3, 4], both in the continuous and discrete variables domains. Recently, entanglement in the continuous variables domain between brigth beams of light with different colors were measured [5, 6, 7]. Using beams with these characteristics as a quantum comunication channel, we present a proposal for the first quantum information teleportation with exchange of information in the continuous variables domain between different color fields. Experimental results towards the proposal´s accomplishment have been achieved. The electro-optic modulators, needed in the preparation and reconstruction of quantum states of light, were characterized. Four optical cavities were built, as required by the protocol for multicolored light beams. An optical parametric oscillator (OPO) was built to generate the correlated beams. However, it showed unsatisfactory results, attributed to a defect in the nonlinear crystal. Therefore, an OPO with new crystal and new mirrors was designed and is under construction. Finally, a theoretical treatment appropriate to the particularities of the experimental proposal is presented.

Diferentes técnicas e metodologias foram utilizadas no estudo do desenvolvimento do sistema nervoso, analisando como modelos experimentais, entre outros, o embrião do \"Gallus domesticus\" e embriões de diferentes anfíbios. Com o advento do microscópio eletrônico de varredura (M.E.V.) pode-se, com certas limitações, efetuar uma análise tridimensional de estruturas biológicas. Portanto, utilizando o M.E.V., neste trabalho apresentamos nossas observações sobre o desenvolvimento inicial do tecto óptico do embrião de \"Gallus domesticus. / Different techniques and methods were used in the study of the development of the nervous system, analyzing how experimental models, among others, the embryo of \"Gallus domesticus\" and embryos of different amphibians. With the advent of the scanning electron microscope (SEM) can be, with certain limitations, make an analysis of three-dimensional structures. Therefore, using the SEM, in this paper we present our observations on the initial development of the embryo optical roof of \"Gallus domesticus.

Realizamos neste trabalho a construção de um Oscilador Paramétrico Ótico triplamente ressonante bombeado por um laser de Titânio Safira sintonizável na faixa entre 730 nm e 800 nm com potencial de extensão. Os feixes emitidos possuem comprimento de onda em torno de 1560 nm que estão na janela de transmissão das fibras óticas, com potência de saída máxima em torno de 420 mW e um limiar de oscilação mínimo de 53(3) mW quando bombeado por 780.126(0.03) nm. Para os feixes gêmeos a finesse da cavidade vale F=155 e as perdas intracavidade 0.05(0.1)%, permitindo, em tese, uma compressão de ruído próxima a 97(6)%. Esse OPO foi construído com o propósito de que o utilizemos como fonte geradora de estados triplamente emaranhados em um sistema de armazenamento e transferência de informação quântica quando em interação com um sistema atômico de rubídio. Medimos a potência de limiar e a eficiência de conversão para cada comprimento de onda do feixe de bombeio utilizado para caracterizar o sistema. / At the present work we conducted the construction of a triply resonant Optical Parametric Oscillator pumped by a Titanium-Sapphire laser, which is tunable between 730 nm to 800 nm. The emitted beams have wavelength around 1560 nm, in the optical fibers transmission window, maximum output of 420 mW and minimum oscillation threshold of 53(3) mW. For the twin beams, the cavity finesse is F=155 mW and the intracavity losses are 0.05(0.10)%, allowing, in principle, a noise compression close to 97(5)%. The present OPO was built having the purpose of being used as source of triply entangled states in a system for quantum information storage and transfer, while interacting with an atomic rubidium system. We measured the power threshold and conversion efficiency for each pump beam wavelength that we used to characterize the system.

Diversas aplicações são responsáveis por gerar dados ao longo do tempo de maneira contínua, ordenada e ininterrupta em um ambiente dinâmico, denominados fluxo de dados. Entre possíveis tarefas que podem ser realizadas com estes dados, classificação é uma das mais proeminentes. Devido à natureza não estacionária do ambiente responsável por gerar os dados, as características que descrevem os conceitos das classes do problema de classificação podem se alterar ao longo do tempo. Por isso, classificadores de fluxo de dados requerem constantes atualizações em seus modelos para que a taxa de acerto se mantenha estável ao longo do tempo. Na etapa de atualização a maior parte das abordagens considera que, após a predição de cada exemplo, o seu rótulo correto é imediatamente disponibilizado sem qualquer atraso de tempo (latência nula). Devido aos altos custos do processo de rotulação, os rótulos corretos nem sempre podem ser obtidos para a maior parte dos dados ou são obtidos após um considerável atraso de tempo. No caso mais desafiador, encontram-se as aplicações em que após a etapa de classificação dos exemplos, os seus respectivos rótulos corretos nunca sã disponibilizados para o algoritmo, caso chamado de latência extrema. Neste cenário, não é possível o uso de abordagens tradicionais, sendo necessário o desenvolvimento de novos métodos que sejam capazes de manter um modelo de classificação atualizado mesmo na ausência de dados rotulados. Nesta tese, além de discutir o problema de latência na tarefa de classificação de fluxo de dados não estacionários, negligenciado por boa parte da literatura, também sã propostos dois algoritmos denominados SCARGC e MClassification para o cenário de latência extrema. Ambas as propostas se baseiam no uso de técnicas de agrupamento para a adaptação à mudanças de maneira não supervisionada. Os algoritmos propostos são intuitivos, simples e apresentam resultados superiores ou equivalentes a outros algoritmos da literatura em avaliações com dados sintéticos e reais, tanto em termos de acurácia de classificação como em tempo computacional. Aléem de buscar o avanço no estado-da-arte na área de aprendizado em fluxo de dados, este trabalho também apresenta contribuições para uma importante aplicação tecnológica com impacto social e na saúde pública. Especificamente, explorou-se um sensor óptico para a identificação automática de espécies de insetos a partir da análise de informações provenientes do batimento de asas dos insetos. Para a descrição dos dados, foi verificado que os coeficientes Mel-cepstrais apresentaram os melhores resultados entre as diferentes técnicas de processamento digital de sinais avaliadas. Este sensor é um exemplo concreto de aplicação responsável por gerar um fluxo de dados em que é necessário realizar classificações em tempo real. Durante a etapa de classificação, este sensor exige a adaptação a possíveis variações em condições ambientais, responsáveis por alterar o comportamento dos insetos ao longo do tempo. Para lidar com este problema, é proposto um Sistema com Múltiplos Classificadores que realiza a seleção dinâmica do classificador mais adequado de acordo com características de cada exemplo de teste. Em avaliações com mudanças pouco significativas nas condições ambientais, foi possível obter uma acurácia de classificação próxima de 90%, no cenário com múltiplas classes e, cerca de 95% para a identificação da espécie Aedes aegypti, considerando o treinamento com uma única classe. No cenário com mudanças significativas nos dados, foi possível obter 91% de acurácia em um problema com 5 classes e 96% para a classificação de insetos vetores de importantes doenças como dengue e zika vírus. / Many applications are able to generate data continuously over t ime in an ordered and uninterrupted way in a dynamic environment , called data streams. Among possible tasks that can be performed with these data, classification is one of the most prominent . Due to non-stationarity of the environment that generates the data, the features that describe the concepts of the classes can change over time. Thus, the classifiers that deal with data streams require constants updates in their classification models to maintain a stable accuracy over time. In the update phase, most of the approaches assume that after the classification of each example from the stream, their actual class label is available without any t ime delay (zero latency). Given the high label costs, it is more reasonable to consider that this delay could vary for the most portion of the data. In the more challenging case, there are applications with extreme latency, where in after the classification of the examples, heir actual class labels are never available to the algorithm. In this scenario, it is not possible to use traditional approaches. Thus, there is the need of new methods that are able to maintain a classification model updated in the absence of labeled data. In this thesis, besides to discuss the problem of latency to obtain actual labels in data stream classification problems, neglected by most of the works, we also propose two new algorithms to deal with extreme latency, called SCARGC and MClassification. Both algorithms are based on the use of clustering approaches to adapt to changes in an unsupervised way. The proposed algorithms are intuitive, simpleand showed superior or equivalent results in terms of accuracy and computation time compared to other approaches from literature in an evaluation on synthetic and real data. In addition to the advance in the state-of-the-art in the stream learning area, this thesis also presents contributions to an important technological application with social and public health impacts. Specifically, it was studied an optical sensor to automatically identify insect species by the means of the analysis of information coming from wing beat of insects. To describe the data, we conclude that the Mel-cepst ral coefficients guide to the best results among different evaluated digital signal processing techniques. This sensor is a concrete example of an applicat ion that generates a data st ream for which it is necessary to perform real-time classification. During the classification phase, this sensor must adapt their classification model to possible variat ions in environmental conditions, responsible for changing the behavior of insects. To address this problem, we propose a System with Multiple Classifiers that dynamically selects the most adequate classifier according to characteristics of each test example. In evaluations with minor changes in the environmental conditions, we achieved a classification accuracy close to 90% in a scenario with multiple classes and 95% when identifying Aedes aegypti species considering the training phase with only the positive class. In the scenario with considerable changes in the environmental conditions, we achieved 91% of accuracy considering 5 species and 96% to classify vector mosquitoes of important diseases as dengue and zika virus.

Neste trabalho, apresentamos um novo processo de fabricação para a obtenção de canaletas em V em substratos de silício monocristalino (100) para um acoplamento óptico utilizando siliceto de níquel como material de máscara. O filme de siliceto de níquel (10nm de espessura para 200 nm de nickel) foi obtido por processos de evaporação térmica e posterior recozimento a baixas temperaturas ( 200 e 250°C). As canaletas em V (com profundidade de 60 mm) foram fabricadas através do processo de corrosão anisotrópica, utilizando uma solução de KOH (27%-60°C). Durante este processo, a taxa de corrosão do substrato de silício pela solução de KOH foi estimada como sendo 33.1 micrômetros/h. A composição da camada de siliceto de níquel obtida foi investigada utilizando a técnica RBS, que nos forneceu a estequiometria Ni2Si. A rugosidade de filmes de níquel e de Ni2Si foi medida pela técnica AFM. Uma análise SEM foi feita com as canaletas e guias de onda obtidos. Após o processamento das canaletas em V, elas foram alinhadas com um guia de onda simples de teste para um futuro acoplamento óptico. / In this work, we present a new fabrication process to obtain V-grooves on monocrystaline silicon substrates (100) for optical coupling using nickel silicides as mask material. The nickel silicide film 10 nm thick for 200 nm of nickel thick) was obtained using thermal evaporation and annealing processes at low temperatures (200 and 250°C) as mask for alkaline solutions. Vgrooves (60 mm deep) were fabricated by anisotropic etching process, using a KOH (27%-60°) solution. During this process, the etch rate of the silicon substrate by the KOH solution was measured as 33.1 micrometers/h. The composition of the obtained nickel silicide layer was investigated using RBS technique, which supplied us the stoichiometric Ni2Si. The roughness of nickel and Ni2Si layers was measured by AFM technique. A SEM analysis was made with the obtained Vgrooves and waveguides. After processing the V-grooves, they were aligned with a simple waveguide for a future optical coupling.

Os metais nobres são admirados desde as culturas mais antigas por sua capacidade de refletir a luz. Com os desenvolvimentos na área da nanotecnologia se pode entender um pouco mais sobre a interação entre a luz e estes metais. Devido a esta interação foi criada a Plasmônica e a partir dela começaram os estudos acerca dos plasmons de superfície (SP). Estes estudos vêm gerando inúmeros desenvolvimentos nas pesquisas de gravação magneto-ótica, microscopia, detectores moleculares biológicos entre outras. Como os SPs são ondas evanescentes, eles precisam ser observados em campo próximo. Com o intuito de observar e compreender a propagação destes SPs foi utilizado um microscópio ótico de varredura em campo próximo (SNOM). Para isto, o SNOM foi adaptado para operar em modo de transmissão. A sonda do SNOM serviu de coletora de luz para que a partir de imagens óticas em amostras de Ag e Au pudéssemos caracterizar a propagação destes SPs na superfície do material e também a sua dependência com a distância de detecção. Os resultados mostraram que a propagação do SP é maior que 70m e a intensidade do SP na superfície do metal depende fortemente da rugosidade da amostra e de possíveis defeitos. Foi possível ainda estimar a que distância a partir da superfície da amostra, em que o SP decai para 1/e. Este resultado está de acordo com o esperado teoricamente, que prevê para a distância de propagação do SP, o valor de 420nm. Através do SP ainda foi possível analisar defeitos existentes na amostra. E pelas imagens topográficas do SNOM também foi possível observar os grãos de Ag e Au da amostra. Em posse destes resultados pudemos concluir que o SNOM é uma ótima ferramenta para a análise dos plasmons de superfície. / The noble metals are largely admired since ancient cultures because of its capability to reflect light. With the development of nanotechnology it is possible now to understand the interaction between these metals and light. Due to this strong interaction, the Plasmonic area was created and the studies on Surface Plasmons(SP) started. These studies are responsible for important new developments in magneto-optical recording, new optical microscopy apparatus, molecular biological sensors, among others. As SPs are evanescent waves, they need to be observed in near-field optics. For the observation and study of the propagation of these SPs a scanning near-field optical microscope (SNOM) was used. The SNOMs probe was used in collection mode so that we could characterize the propagation of SPs in the material surface and the dependence with the distance of detection in air, for thin films of Ag and Au. The results showed that the propagation of the SP inside the metallic film is beyon 70m. And the SPs intensity in the metal surface is strongly dependent on the roughness of the sample. It was also possible to estimate the distance from the samples surface the SP decay to 1/e. Our measurements agree to the theoretical calculation of 420nm for this distance. The SP made it possible to analyze existing defects on the sample. Furthermore, with the SNOM topographical images it was also possible to observe the grains of the policrystalline Ag and Au samples. From these results we could conclude that the SNOM is a very useful tool for the analysis of surface plasmons in thin films.

O desenvolvimento de sistemas ópticos, o uso do laser e conseqüentemente a necessidade de superfícies refrativas com alto grau de acabamento e precisão estão aumentando significativamente a demanda por pesquisas na usinagem de alta precisão. As superfícies obtidas com os usuais processos de polimento são limitadas a formas planas, cilíndricas e esféricas e requerem muito tempo para se obter resultados satisfatórios. A retificação de materiais frágeis é uma alternativa ao polimento e lapidação e os resultados obtidos mostram que o uso de um tomo de alta precisão com um cabeçote retificador é uma proposta viável para a geração de superfícies anesféricas. Este trabalho trata do estudo de retificação de vidros ópticos e objetiva a definição dos parâmetros de usinagem para a obtenção do acabamento superficial desejado, mostra a influência do avanço na rugosidade e estuda o efeito da variação do avanço e da rotação do rebolo. Como principais resultados tem-se a definição da melhor condição de avanço e rotação e uma comparação com outros trabalhos apresentados com dressagem eletrolítica e sem este recurso, concluindo-se que é possível e viável a retificação de vidros ópticos em uma retificadora de alta precisão e que a possibilidade de variação de rotação do rebolo é um fator diferencial. / The development of optical systems, the use of laser and consequently the need of refractive surface with high finish levels and precision are increasing significantly the demand for research on high precision machining. The surfaces obtained with the usual polishing process are lirnited in plane, cilindrical and spherical shape and spend a lot of time to obtain a good result. The grinding of brittle materiaIs is an altemative to polishing and lapping and the results shown that the use of a high precision lathe with a grinding spindle is a viable proposition to generate aspherics surfaces. This is a study of optical glasses grinding and the objective is to defrne the grinding parameters to achieve the smoothness desired, it shows the influence of feed rate in the smoothness and study the effects of feed rate and diamond wheel rotation. As the main results, is showed the best condition of feedrate and rotation and a comparison with another work with eletrolytic in process dressing (ELID) and without this resource, and the conclusion is that is possible and feasible to grind optical glass with a high precision grinding machine and the possibility to vary the diamond wheel rotation is a differencial.

O desenvolvimento de sistemas ópticos, o uso do laser e conseqüentemente a necessidade de superfícies refrativas com alto grau de acabamento e precisão estão aumentando significativamente a demanda por pesquisas na usinagem de alta precisão. As superfícies obtidas com os usuais processos de polimento são limitadas a formas planas, cilíndricas e esféricas e requerem muito tempo para se obter resultados satisfatórios. A retificação de materiais frágeis é uma alternativa ao polimento e lapidação e os resultados obtidos mostram que o uso de um tomo de alta precisão com um cabeçote retificador é uma proposta viável para a geração de superfícies anesféricas. Este trabalho trata do estudo de retificação de vidros ópticos e objetiva a definição dos parâmetros de usinagem para a obtenção do acabamento superficial desejado, mostra a influência do avanço na rugosidade e estuda o efeito da variação do avanço e da rotação do rebolo. Como principais resultados tem-se a definição da melhor condição de avanço e rotação e uma comparação com outros trabalhos apresentados com dressagem eletrolítica e sem este recurso, concluindo-se que é possível e viável a retificação de vidros ópticos em uma retificadora de alta precisão e que a possibilidade de variação de rotação do rebolo é um fator diferencial. / The development of optical systems, the use of laser and consequently the need of refractive surface with high finish levels and precision are increasing significantly the demand for research on high precision machining. The surfaces obtained with the usual polishing process are lirnited in plane, cilindrical and spherical shape and spend a lot of time to obtain a good result. The grinding of brittle materiaIs is an altemative to polishing and lapping and the results shown that the use of a high precision lathe with a grinding spindle is a viable proposition to generate aspherics surfaces. This is a study of optical glasses grinding and the objective is to defrne the grinding parameters to achieve the smoothness desired, it shows the influence of feed rate in the smoothness and study the effects of feed rate and diamond wheel rotation. As the main results, is showed the best condition of feedrate and rotation and a comparison with another work with eletrolytic in process dressing (ELID) and without this resource, and the conclusion is that is possible and feasible to grind optical glass with a high precision grinding machine and the possibility to vary the diamond wheel rotation is a differencial.