Neste trabalho utilizamos como ferramentas de estudo as técnicas de LenteTérmica (LT) e Z-scan, ambas resolvidas no tempo, para caracterizar parâmetrostérmicos e eletrônicos do índice de refração não-linear de sólidos dopados. O método de LT usando uma amostra referência e o método variando ocomprimento de onda de excitação, foram usados para determinar a eficiência quântica da fluorescência de sólidos dopados com + 3 Nd . O efeito da concentração e os processos de transferência de energia por “upconversion Auger" e relaxação cruzada também foram estudados neste trabalho. A técnica de LT também foi aplicada para determinar o coeficiente de caminho ótico com a temperatura em vários materiais. Foram estudados vidros fluoretos, vidros aluminato de cálcio com baixa concentração de sílica e os cristais YAG, YVO4, YLF, LiSAF e LiSGaF. Os resultados mostram o potencial da técnica de LT para obter o valor absoluto deste importante parâmetro ótico, o qual é crucial para quem trabalha no projeto de cavidade de laseres de estado sólido. Em alguns sólidos dopados com íons terras-rara, existe um índice de refração não linear 2 n devido a diferença de polarizabilidade, ?a, entre os estados fundamental e excitados, chamado efeito de Lente de População (LP). Geralmente, parte da energia absorvida é convertida em calor, gerando o efeito chamado de Lente Térmica (LT). Neste trabalho mostramos que a técnica de Z-scan pode, em alguns casos, discriminar as não linearidades eletrônica (LP) e térmica (LT). Nós medimos 2 n em vários vidros fluoretos dopados com + 3 Nd . A diferença de polarizabilidade, ?a, e a diferença de seção de choque de absorção, s ? , entre o estado excitado (4F 3/2) e o estado fundamental (4I 9/2) foram determinados em fluorozirconato, fluoroindato e fluoroaluminato. / In this work we have associated the time-resolved Thermal Lens (TL) and Z-scan techniques to characterize the thermal and electronic parameters of solids. The TL method, using a reference sample, and the multiwavelength method were used to determine the fluorescence quantum efficiency of + 3 Nd -doped solids. The concentration doping effects and energy transfer process via Auger upconversion, as well as the cross relaxation were also studied in this work. The TL technique was also applied to determine the thermal optical path length coefficient in several materials. The sample studied were fluoride and low silica-content calcium aluminate glasses, and the crystals YAG , 4 YVO , YLF , LiSAF and LiSGaF . Results indicate the potentiality of the TL to obtain the absolute value of this important optical parameter, which is of crucial importance to those working with solid state laser cavities. In some rare-earth ion-doped solids there is a non-linear refractive index 2 n due to the polarizability difference, a D , between excited and ground states, the so-called Population Lens (PL) effect. Usually, part of the absorbed energy is converted into heat originating the so-called Thermal Lens (TL) effect. In this work, it is also shown that the Z-scan technique may, in some cases, discriminate the electronic (PL) and thermal (TL) non-liearities. We measured the 2 n in several + 3 Nd doped fluoride glasses. The polarizability difference, a D , and absorption cross-section difference, s D , between excited ( 4F 3/2 ) and ground ( 4I 9/2 ) states of + 3 Nd were determined in fluorozirconate, fluoroindate and fluoroaluminate glasses.

Neste trabalho utilizamos como ferramentas de estudo as técnicas de LenteTérmica (LT) e Z-scan, ambas resolvidas no tempo, para caracterizar parâmetrostérmicos e eletrônicos do índice de refração não-linear de sólidos dopados. O método de LT usando uma amostra referência e o método variando ocomprimento de onda de excitação, foram usados para determinar a eficiência quântica da fluorescência de sólidos dopados com + 3 Nd . O efeito da concentração e os processos de transferência de energia por “upconversion Auger” e relaxação cruzada também foram estudados neste trabalho. A técnica de LT também foi aplicada para determinar o coeficiente de caminho ótico com a temperatura em vários materiais. Foram estudados vidros fluoretos, vidros aluminato de cálcio com baixa concentração de sílica e os cristais YAG, YVO4, YLF, LiSAF e LiSGaF. Os resultados mostram o potencial da técnica de LT para obter o valor absoluto deste importante parâmetro ótico, o qual é crucial para quem trabalha no projeto de cavidade de laseres de estado sólido. Em alguns sólidos dopados com íons terras-rara, existe um índice de refração não linear 2 n devido a diferença de polarizabilidade, ?a, entre os estados fundamental e excitados, chamado efeito de Lente de População (LP). Geralmente, parte da energia absorvida é convertida em calor, gerando o efeito chamado de Lente Térmica (LT). Neste trabalho mostramos que a técnica de Z-scan pode, em alguns casos, discriminar as não linearidades eletrônica (LP) e térmica (LT). Nós medimos 2 n em vários vidros fluoretos dopados com + 3 Nd . A diferença de polarizabilidade, ?a, e a diferença de seção de choque de absorção, s ? , entre o estado excitado (4F 3/2) e o estado fundamental (4I 9/2) foram determinados em fluorozirconato, fluoroindato e fluoroaluminato. / In this work we have associated the time-resolved Thermal Lens (TL) and Z-scan techniques to characterize the thermal and electronic parameters of solids. The TL method, using a reference sample, and the multiwavelength method were used to determine the fluorescence quantum efficiency of + 3 Nd -doped solids. The concentration doping effects and energy transfer process via Auger upconversion, as well as the cross relaxation were also studied in this work. The TL technique was also applied to determine the thermal optical path length coefficient in several materials. The sample studied were fluoride and low silica-content calcium aluminate glasses, and the crystals YAG , 4 YVO , YLF , LiSAF and LiSGaF . Results indicate the potentiality of the TL to obtain the absolute value of this important optical parameter, which is of crucial importance to those working with solid state laser cavities. In some rare-earth ion-doped solids there is a non-linear refractive index 2 n due to the polarizability difference, a D , between excited and ground states, the so-called Population Lens (PL) effect. Usually, part of the absorbed energy is converted into heat originating the so-called Thermal Lens (TL) effect. In this work, it is also shown that the Z-scan technique may, in some cases, discriminate the electronic (PL) and thermal (TL) non-liearities. We measured the 2 n in several + 3 Nd doped fluoride glasses. The polarizability difference, a D , and absorption cross-section difference, s D , between excited ( 4F 3/2 ) and ground ( 4I 9/2 ) states of + 3 Nd were determined in fluorozirconate, fluoroindate and fluoroaluminate glasses.

Neste trabalho investigamos as propriedades térmicas (difusividade, condutividade, variação do caminho óptico com a temperatura, etc) e processos de perdas devido a interações entre íons em materiais lasers vítreos e cristalinos. 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 . Espectros de lente térmica (LT) foram usados para determinar , eficiência de transferência de energia matriz-íon, e para analisar efeitos de sítios de defeitos sobre . Um novo método usando a técnica de LT foi proposto para determinar e o coeficiente de temperatura do caminho óptico. Com esta nova abordagem analisamos em materiais vítreos os mecanismos de supressão da luminescência em função da concentração de íons de Nd. Também a usamos para estudar efeitos de radicais de OH e outras impurezas em matrizes vítreas de fosfato dopadas com Yb3+. Processos de conversão ascendente Auger, os quais são importantes em sistemas lasers de alta potência, foram investigados em vidros e cristais dopados com Nd3+. Nos vidros o estudo foi realizado em função da concentração de íons dopantes. Neste estudo a técnica de LT mostrou ser muito sensível, apresentando resultados com erros bem menores que os existentes na literatura. Seguindo o estudo de perdas, investigamos distorção óptica induzida pela luz em função da temperatura, potência de excitação e polarização no cristal ferroelétrico SBN. Usando a técnica de LT, investigamos as propriedades térmicas através da transição de fase ferroelétrica-paraelétrica em cristais de SBN. Complementando, esta tese contribui significativamente para a caracterização de materiais laser, considerando que vários dos mecanismos de perdas estudados propriamente devem ser levados em conta em projetos de laser. Este trabalho também apresenta a técnica de lente térmica como uma ferramenta valiosa para tal estudo. / In this work we investigate the thermal properties (diffusivity, conductivity, temperature coefficient of the optical path length change, etc) and loss processes owing to ion-ion interactions in laser glassy and crystalline materials. Since the fluorescence quantum efficiency, , is directly related to these mechanisms that lead to luminescence quenching, the studies were performed mainly observing the effects of these processes on . Thermal lens (TL) spectra were used to determine , energy transfer efficiency between matrix-ion, and to analyze effects of \"dead site\" on . A new method based on the TL technique was proposed to determine q and the temperature coefficient of the optical path length change. This new approach was used to investigate concentration quenching mechanisms in glassy materials. It was also used to study effects of OH radicals and other impurities in Yb3+ doped phosphate glasses. Upconversion Auger processes, which are very important for high power laser systems, were investigated in Nd3+ -doped glasses and crystals. In glasses the study was performed as a function of doping ions. In this study the TL showed to be very sensitive, presenting results with uncertainties much smaller than previous literatures. Following the study of losses, we investigate light induced optical distortion as a function of temperature, excitation power, and polarization in SNB ferroelectric crystal. Using the TL technique, the thermal properties through the phase transition ferroelectric-paraelectric in SBN crystals were investigated. In addition, this thesis significantly contributes for characterization of laser materials with potential applications, considering that severa1 of the loss mechanisms studied here must be considered in laser design. This work also presents the TL technique as a valuable to01 for the present study.

Neste trabalho investigamos as propriedades térmicas (difusividade, condutividade, variação do caminho óptico com a temperatura, etc) e processos de perdas devido a interações entre íons em materiais lasers vítreos e cristalinos. 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 . Espectros de lente térmica (LT) foram usados para determinar , eficiência de transferência de energia matriz-íon, e para analisar efeitos de sítios de defeitos sobre . Um novo método usando a técnica de LT foi proposto para determinar e o coeficiente de temperatura do caminho óptico. Com esta nova abordagem analisamos em materiais vítreos os mecanismos de supressão da luminescência em função da concentração de íons de Nd. Também a usamos para estudar efeitos de radicais de OH e outras impurezas em matrizes vítreas de fosfato dopadas com Yb3+. Processos de conversão ascendente Auger, os quais são importantes em sistemas lasers de alta potência, foram investigados em vidros e cristais dopados com Nd3+. Nos vidros o estudo foi realizado em função da concentração de íons dopantes. Neste estudo a técnica de LT mostrou ser muito sensível, apresentando resultados com erros bem menores que os existentes na literatura. Seguindo o estudo de perdas, investigamos distorção óptica induzida pela luz em função da temperatura, potência de excitação e polarização no cristal ferroelétrico SBN. Usando a técnica de LT, investigamos as propriedades térmicas através da transição de fase ferroelétrica-paraelétrica em cristais de SBN. Complementando, esta tese contribui significativamente para a caracterização de materiais laser, considerando que vários dos mecanismos de perdas estudados propriamente devem ser levados em conta em projetos de laser. Este trabalho também apresenta a técnica de lente térmica como uma ferramenta valiosa para tal estudo. / In this work we investigate the thermal properties (diffusivity, conductivity, temperature coefficient of the optical path length change, etc) and loss processes owing to ion-ion interactions in laser glassy and crystalline materials. Since the fluorescence quantum efficiency, , is directly related to these mechanisms that lead to luminescence quenching, the studies were performed mainly observing the effects of these processes on . Thermal lens (TL) spectra were used to determine , energy transfer efficiency between matrix-ion, and to analyze effects of \"dead site\" on . A new method based on the TL technique was proposed to determine q and the temperature coefficient of the optical path length change. This new approach was used to investigate concentration quenching mechanisms in glassy materials. It was also used to study effects of OH radicals and other impurities in Yb3+ doped phosphate glasses. Upconversion Auger processes, which are very important for high power laser systems, were investigated in Nd3+ -doped glasses and crystals. In glasses the study was performed as a function of doping ions. In this study the TL showed to be very sensitive, presenting results with uncertainties much smaller than previous literatures. Following the study of losses, we investigate light induced optical distortion as a function of temperature, excitation power, and polarization in SNB ferroelectric crystal. Using the TL technique, the thermal properties through the phase transition ferroelectric-paraelectric in SBN crystals were investigated. In addition, this thesis significantly contributes for characterization of laser materials with potential applications, considering that severa1 of the loss mechanisms studied here must be considered in laser design. This work also presents the TL technique as a valuable to01 for the present study.

Submitted by Emanuel Varela Cardoso (emanuel.varela@ufcg.edu.br) on 2018-09-24T18:34:57Z No. of bitstreams: 1 ÉRICA CALDAS SILVA DE OLIVEIRA – TESE (PPGMet) 2011.pdf: 3050030 bytes, checksum: 38d32142dec7d2ec8b6853ae9d180ca6 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-09-24T18:34:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ÉRICA CALDAS SILVA DE OLIVEIRA – TESE (PPGMet) 2011.pdf: 3050030 bytes, checksum: 38d32142dec7d2ec8b6853ae9d180ca6 (MD5) Previous issue date: 2011-06 / A busca por novas alternativas de uso dos recursos naturais emerge da necessidade da demanda por novas matérias-prima que fomentem o desenvolvimento. Com relação ao bioma Caatinga, a produção de conhecimento nas mais diversas áreas do saber, reveste-se de uma importância fundamental para a geração de políticas públicas, que viabilizem estratégias de gestão ambiental e priorize, conservação e preservação da biodiversidade da caatinga, riqueza, endemismos, potencial econômico e social, valor ecológico. Assim entendendo, realizou-se uma pesquisa sobre a espécie Cnidoscolus quercifolius Pohl (faveleira), em áreas do Seridó Ocidental do Estado da Paraíba, precisamente nos municípios de Santa Luzia e São Mamede, no período de maio de 2009 a fevereiro de 2011, abordando aspectos da biologia desta espécie, que guarda um valor sócio-ambiental importante nas áreas em que ocorre. Através de coletas mensais de dados, a pesquisa abordou aspectos etnobotânicos da faveleira, naquelas comunidades trabalhadas, aspectos da ecofisiologia da espécie, em que se evidenciou características anatômicas e citogenéticas, avaliação da eficiência quântica fotoquímica do fotossistema II, avaliação do potencial hídrico e estudo de área foliar, biomassa de folhas e frutos, fitossociologia do estrato arbustivo-arbóreo em áreas de caatinga no Seridó Ocidental paraibano e fenologia de populações de faveleira, considerando períodos estacionais chuvosos e secos. A espécie C. quercifolius apresentou, de acordo com os resultados obtidos, uma dinâmica biológica que se ajusta bem aos fatores ambientais em que a mesma se desenvolve, apresentando uma sazonalidade acentuada para os aspectos ecofisológicos estudados. / The search for new alternatives for use of natural resources emerges the necessity of demand for new raw materials to facilitate development. Regarding the Caatinga biome, the production of knowledge in several areas of knowledge, is of fundamental importance for the generation of public policies that allow environmental management strategies and prioritize, conservation and preservation of biodiversity of the savanna, wealth, endemics, economic and social potential, ecological value. Thus understood, there was a survey on the species Cnidoscolus quercifolius Pohl (faveleira) in areas of the West Seridó of Paraiba State, precisely in Santa Luzia and São Mamede, from march 2009 to february 2011, addressing aspects of the biology of this species, which houses a major socio-environmental value in areas where it occurs. Were monthly data, the study addressed aspects of ethnobotanical faveleira, worked in those communities, aspects of the ecophysiology of the species, which showed anatomical and cytogenetic characteristics, evaluation of photochemical quantum efficiency of photosystem II, evaluation of water potential and study leaf area, biomass of leaves and fruits, phytosociology the woody layer in the savanna areas of West Seridó Paraiba and phenology of populations faveleira considering seasonal rainy and dry periods. The species C. quercifolius presented, according to the results, a biological dynamics that fits well with environmental factors in which it unfolds, showing a marked seasonality for aspects ecofisológicos studied.

In the past few years, intensive research efforts have been devoted to studying new approaches to controlling the photon emission of quantum emitters (QEs), especially for telecommunication applications. These approaches rely on tailoring the QE\'s radiation, usually assessed via well-known figures-of-merit such as lifetime (τ) and quantum efficiency (η). Controlling the QE\'s photon emission is important because the faster its photons are emitted, the greater is the number of times it returns to the excited state per second. Therefore, it is crucial to create additional decay channels to reduce τ, which necessarily requires increasing the Purcell factor (P). One of the most promising approaches to increase P involves a new class of metamaterials, known as hyperbolic metamaterials (HMM). This class of materials exhibits pronounced anisotropy, with the parallel and perpendicular permittivity tensor elements (with respect to the anisotropy axis) presenting opposite signs, resulting in an open hyperboloidal isofrequency surface (IS). This unusual IS shape leads to the most outstanding feature of HMMs, namely, the existence of photonic modes with wavenumber (k) much larger than those in free-space (k0), known as high-k modes. By engineering these modes, it is possible to manipulate the HMM photonic density of states (PDoS), thus controlling the QE\'s radiation parameters. The simplest approach to designing HMM is by means of a planar stack of alternating thin metal and dielectric layers. However, the finite thickness of these layers induces spatial dispersion, making the extraction of effective parameters (homogenization) of these media a challenging task. In this context, we propose in this thesis a new constitutive parameter retrieval approach that takes spatial dispersion into account for all electromagnetic parameters of the medium. We demonstrate that the real part of the dispersion curve flattens out (correspondingly with a large imaginary part) because of the absence of propagating modes inside the metamaterial. This flat region is strongly dependent on the layer thicknesses and is a direct manifestation of spatial dispersion. Moreover, we demonstrate that the QE\'s lifetime calculation is overestimated if this effect is not taken into account in the homogenization procedure, which is detrimental for telecommunication applications. Moreover, we demonstrate how to enhance P by a factor greater than 100 with the use of HMMs. However, most of the QE dissipated power couples into the HMM as high-k modes (which do not propagate in free-space). Therefore, the energy is thermally dissipated inside the HMM with a consequent reduction of η . Some authors have resorted to nano-patterned HMMs (NPHM) to convert the high-k modes into free-space modes (k≤k0) aiming at increasing η. However, much of the NPHMs designs still rely on computationally costly three dimensional (3D) numerical simulations. Thus, we also propose in this thesis a new semi-analytical method to model, both in two- and three-dimensions (2D and 3D, respectively), the radiation emission of QEs interacting with nano-patterned structures. The low computational cost of this method makes it attractive for mapping P and η as function of the QE and NPHM relative position. This mapping is a helpful tool to understand the decay behavior of the whole system since QEs are arbitrarily distributed and oriented inside the NPHM. The analytically calculated decay curve allows the systems effective quantum efficiency (ηeff) and Purcell factor (Peff) to be directly obtained assuming multiple arbitrarily distributed electromagnetic sources. In this sense, we propose here a new procedure to optimize the NPHM geometrical parameters to maximize ηeff while achieving the desired Peff. We apply the proposed model to an NPHM composed of nine Ag/SiO2 layers, with the polymer host layer embedded with Rhodamine 6G, to maximize ηeff for a specified tenfold increase of Peff. This procedure allowed ηeff to be increased by 69% and 170% for one- and two-dimensional nano-patterning, respectively. Moreover, the time required to build the P and η maps (used in the calculation of the decay behavior) is reduced by approximately 96% when compared to those numerically calculated via FDTD. This procedure paves the way to the realization of new high-speed and efficient light sources for telecommunication applications. / Nos últimos anos, intensivo esforço tem sido devotado para o estudo de novas método para o controla da missão de fótons de emissores quânticos (EQs), especialmente para aplicações em telecomunicações. Estes métodos dependem da adaptação da radiação dos EQs, geralmente avaliadas por meio das bem conhecidas figuras de mérito, como o tempo de meia vida (τ) e a eficiência quântica (η). O controle da emissão de fótons é importante pois quanto mais rápido os fótons são emitidos, maior é o número de vezes que o EQ retorna ao seu estado excitado por segundo. Portanto, é crucial criar canais de decaimento adicionais para reduzir τ, o que necessariamente requer o aumento do fator de Purcell (P). Uma das abordagens mais promissoras para aumentar P envolve uma nova classe de metamateriais, conhecida como metamateriais hiperbólicos (MHs). Esta classe de materiais apresenta pronunciada anisotropia, onde os elementos paralelo e perpendicular do tensor de permissividade (em relação ao eixo de anisotropia) apresentam sinais opostos, resultando em uma superfície de isofrequência (SI) hiperboloidal aberta (IS). Essa forma incomum de SI leva à característica mais marcante dos MHs, a existência de modos fotônicos com número de onda (k) muito maior do que aqueles no espaço livre (k0), conhecidos como modos alto-k. Ao manipular esses modos, é possível manipular a densidade de estados fotônicos (DES) dos MHs, controlando assim os parâmetros de radiação do QE. A abordagem mais simples para a criação de MHs é por meio de uma pilha plana de camadas metálicas e dielétricas alternadas. Entretanto, a espessura finita dessas camadas induz a dispersão espacial, tornando a extração de parâmetros efetivos (homogeneização) destes meios uma tarefa desafiadora. Neste contexto, propomos nesta tese uma nova abordagem de recuperação de parâmetros constitutivos a dispersão espacial de todos os parâmetros eletromagnéticos do meio é levada em consideração. Nós demonstramos que a parte real da curva de dispersão se aplaina (correspondentemente com uma grande parte imaginária) devido à ausência de modos propagantes dentro do metamaterial. Esta região plana é fortemente dependente das espessuras das camadas e é uma manifestação direta da dispersão espacial Além disso, nós mostramos que se a dispersão espacial não for corretamente considerada no processo de homogeneização, o tempo de meia vida do EQ pode ser superestimado, o que é prejudicial para aplicações de telecomunicações. Além disso, demonstramos como melhorar P por um fator maior que 100 com o uso de MHs. a maior parte da potência dissipada pelos EQs são acopladas nos MHs como modos de alto-k (que não se propagam no espaço livre). Portanto, a energia é dissipada termicamente no interior do MH, resultando em uma redução de η. Alguns autores recorreram a MHs nano-estruturados (MHNE) para converter os modos alto-k em modos de espaço livre (k≤k0) visando o aumento de η. No entanto, muitos dos projetos do NPHM ainda dependem de simulações numéricas tridimensionais (3D) computacionalmente dispendiosas. Assim, também propomos nesta tese um novo método semi-analítico para modelar, tanto em duas como em três dimensões (2D e 3D, respectivamente), a emissão de radiação de EQs interagindo com estruturas nano-estruturadas. O baixo custo computacional deste método faz com que seja atrativo para o mapeamento de P e η em função da posição relativa do EQ e do MHNE. Esse mapeamento é uma ferramenta útil para entender o comportamento de decaimento de todo o sistema, já que os EQs são arbitrariamente distribuídos e orientados dentro do MHNE. A curva de decaimento calculada analiticamente permite que a eficiência quântica efetiva do sistema (ηeff) e o fator de Purcell (Peff) sejam obtidos diretamente, assumindo múltiplas fontes eletromagnéticas arbitrariamente distribuídas. Neste sentido, propomos aqui um novo procedimento para otimizar os parâmetros geométricos do MHNE visando a maximização de ηeff enquanto Peff é aumentado à um valor desejado. Aplicamos o modelo proposto a um MHNE composto por nove camadas de Ag/SiO2, com a camada de polímero embutida com Rodamina 6G, visando maximizar ηeff para um aumento de dez vezes de Peff. Este procedimento permitiu que o ηeff fosse incrementado em 69% e 170% para nano-estruturas uni e bidimensionais, respectivamente. Além disso, o tempo necessário para construir os mapas P e η (utilizados no cálculo da curva de decaimento) é reduzido em aproximadamente 96% quando comparado com os calculados numericamente via FDTD. Este procedimento abre caminho para o desenvolvimento de novas fontes de luz de alta velocidade e eficiência para aplicações de telecomunicações.

In the past few years, intensive research efforts have been devoted to studying new approaches to controlling the photon emission of quantum emitters (QEs), especially for telecommunication applications. These approaches rely on tailoring the QE\'s radiation, usually assessed via well-known figures-of-merit such as lifetime (τ) and quantum efficiency (η). Controlling the QE\'s photon emission is important because the faster its photons are emitted, the greater is the number of times it returns to the excited state per second. Therefore, it is crucial to create additional decay channels to reduce τ, which necessarily requires increasing the Purcell factor (P). One of the most promising approaches to increase P involves a new class of metamaterials, known as hyperbolic metamaterials (HMM). This class of materials exhibits pronounced anisotropy, with the parallel and perpendicular permittivity tensor elements (with respect to the anisotropy axis) presenting opposite signs, resulting in an open hyperboloidal isofrequency surface (IS). This unusual IS shape leads to the most outstanding feature of HMMs, namely, the existence of photonic modes with wavenumber (k) much larger than those in free-space (k0), known as high-k modes. By engineering these modes, it is possible to manipulate the HMM photonic density of states (PDoS), thus controlling the QE\'s radiation parameters. The simplest approach to designing HMM is by means of a planar stack of alternating thin metal and dielectric layers. However, the finite thickness of these layers induces spatial dispersion, making the extraction of effective parameters (homogenization) of these media a challenging task. In this context, we propose in this thesis a new constitutive parameter retrieval approach that takes spatial dispersion into account for all electromagnetic parameters of the medium. We demonstrate that the real part of the dispersion curve flattens out (correspondingly with a large imaginary part) because of the absence of propagating modes inside the metamaterial. This flat region is strongly dependent on the layer thicknesses and is a direct manifestation of spatial dispersion. Moreover, we demonstrate that the QE\'s lifetime calculation is overestimated if this effect is not taken into account in the homogenization procedure, which is detrimental for telecommunication applications. Moreover, we demonstrate how to enhance P by a factor greater than 100 with the use of HMMs. However, most of the QE dissipated power couples into the HMM as high-k modes (which do not propagate in free-space). Therefore, the energy is thermally dissipated inside the HMM with a consequent reduction of η . Some authors have resorted to nano-patterned HMMs (NPHM) to convert the high-k modes into free-space modes (k≤k0) aiming at increasing η. However, much of the NPHMs designs still rely on computationally costly three dimensional (3D) numerical simulations. Thus, we also propose in this thesis a new semi-analytical method to model, both in two- and three-dimensions (2D and 3D, respectively), the radiation emission of QEs interacting with nano-patterned structures. The low computational cost of this method makes it attractive for mapping P and η as function of the QE and NPHM relative position. This mapping is a helpful tool to understand the decay behavior of the whole system since QEs are arbitrarily distributed and oriented inside the NPHM. The analytically calculated decay curve allows the systems effective quantum efficiency (ηeff) and Purcell factor (Peff) to be directly obtained assuming multiple arbitrarily distributed electromagnetic sources. In this sense, we propose here a new procedure to optimize the NPHM geometrical parameters to maximize ηeff while achieving the desired Peff. We apply the proposed model to an NPHM composed of nine Ag/SiO2 layers, with the polymer host layer embedded with Rhodamine 6G, to maximize ηeff for a specified tenfold increase of Peff. This procedure allowed ηeff to be increased by 69% and 170% for one- and two-dimensional nano-patterning, respectively. Moreover, the time required to build the P and η maps (used in the calculation of the decay behavior) is reduced by approximately 96% when compared to those numerically calculated via FDTD. This procedure paves the way to the realization of new high-speed and efficient light sources for telecommunication applications. / Nos últimos anos, intensivo esforço tem sido devotado para o estudo de novas método para o controla da missão de fótons de emissores quânticos (EQs), especialmente para aplicações em telecomunicações. Estes métodos dependem da adaptação da radiação dos EQs, geralmente avaliadas por meio das bem conhecidas figuras de mérito, como o tempo de meia vida (τ) e a eficiência quântica (η). O controle da emissão de fótons é importante pois quanto mais rápido os fótons são emitidos, maior é o número de vezes que o EQ retorna ao seu estado excitado por segundo. Portanto, é crucial criar canais de decaimento adicionais para reduzir τ, o que necessariamente requer o aumento do fator de Purcell (P). Uma das abordagens mais promissoras para aumentar P envolve uma nova classe de metamateriais, conhecida como metamateriais hiperbólicos (MHs). Esta classe de materiais apresenta pronunciada anisotropia, onde os elementos paralelo e perpendicular do tensor de permissividade (em relação ao eixo de anisotropia) apresentam sinais opostos, resultando em uma superfície de isofrequência (SI) hiperboloidal aberta (IS). Essa forma incomum de SI leva à característica mais marcante dos MHs, a existência de modos fotônicos com número de onda (k) muito maior do que aqueles no espaço livre (k0), conhecidos como modos alto-k. Ao manipular esses modos, é possível manipular a densidade de estados fotônicos (DES) dos MHs, controlando assim os parâmetros de radiação do QE. A abordagem mais simples para a criação de MHs é por meio de uma pilha plana de camadas metálicas e dielétricas alternadas. Entretanto, a espessura finita dessas camadas induz a dispersão espacial, tornando a extração de parâmetros efetivos (homogeneização) destes meios uma tarefa desafiadora. Neste contexto, propomos nesta tese uma nova abordagem de recuperação de parâmetros constitutivos a dispersão espacial de todos os parâmetros eletromagnéticos do meio é levada em consideração. Nós demonstramos que a parte real da curva de dispersão se aplaina (correspondentemente com uma grande parte imaginária) devido à ausência de modos propagantes dentro do metamaterial. Esta região plana é fortemente dependente das espessuras das camadas e é uma manifestação direta da dispersão espacial Além disso, nós mostramos que se a dispersão espacial não for corretamente considerada no processo de homogeneização, o tempo de meia vida do EQ pode ser superestimado, o que é prejudicial para aplicações de telecomunicações. Além disso, demonstramos como melhorar P por um fator maior que 100 com o uso de MHs. a maior parte da potência dissipada pelos EQs são acopladas nos MHs como modos de alto-k (que não se propagam no espaço livre). Portanto, a energia é dissipada termicamente no interior do MH, resultando em uma redução de η. Alguns autores recorreram a MHs nano-estruturados (MHNE) para converter os modos alto-k em modos de espaço livre (k≤k0) visando o aumento de η. No entanto, muitos dos projetos do NPHM ainda dependem de simulações numéricas tridimensionais (3D) computacionalmente dispendiosas. Assim, também propomos nesta tese um novo método semi-analítico para modelar, tanto em duas como em três dimensões (2D e 3D, respectivamente), a emissão de radiação de EQs interagindo com estruturas nano-estruturadas. O baixo custo computacional deste método faz com que seja atrativo para o mapeamento de P e η em função da posição relativa do EQ e do MHNE. Esse mapeamento é uma ferramenta útil para entender o comportamento de decaimento de todo o sistema, já que os EQs são arbitrariamente distribuídos e orientados dentro do MHNE. A curva de decaimento calculada analiticamente permite que a eficiência quântica efetiva do sistema (ηeff) e o fator de Purcell (Peff) sejam obtidos diretamente, assumindo múltiplas fontes eletromagnéticas arbitrariamente distribuídas. Neste sentido, propomos aqui um novo procedimento para otimizar os parâmetros geométricos do MHNE visando a maximização de ηeff enquanto Peff é aumentado à um valor desejado. Aplicamos o modelo proposto a um MHNE composto por nove camadas de Ag/SiO2, com a camada de polímero embutida com Rodamina 6G, visando maximizar ηeff para um aumento de dez vezes de Peff. Este procedimento permitiu que o ηeff fosse incrementado em 69% e 170% para nano-estruturas uni e bidimensionais, respectivamente. Além disso, o tempo necessário para construir os mapas P e η (utilizados no cálculo da curva de decaimento) é reduzido em aproximadamente 96% quando comparado com os calculados numericamente via FDTD. Este procedimento abre caminho para o desenvolvimento de novas fontes de luz de alta velocidade e eficiência para aplicações de telecomunicações.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:26:08Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2009-02-10Bitstream added on 2014-06-13T20:47:02Z : No. of bitstreams: 1 graca_jp_me_jabo.pdf: 256015 bytes, checksum: 389bd2988baccfc63d2527a482a1e26f (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / A cana-de-açúcar (Saccharum spp.) é uma das principais culturas das regiões tropicais, cuja produtividade agrícola pode ser afetada pelo déficit hídrico. Para investigar o processo de tolerância e sensibilidade ao déficit hídrico, diferentes parâmetros fisiológicos foram avaliados em cultivares de cana-de-açúcar tolerantes (SP83-2847 e CTC15) e sensível (SP86-155) ao déficit hídrico. A deficiência hídrica afetou todo o aparato fotossintético das plantas de forma diferenciada dentro e entre as cultivares. A taxa fotossintética e condutância estomática diminuíram significativamente para todas as cultivares submetidas ao estresse. Nas plantas controle das cultivares (cv) tolerantes SP83-2847 e CTC15 observou-se que a taxa fotossintética apresentou valores mais altos em comparação a cultivar sensível SP86-155. Resultados do teor relativo de água mostraram que a cultivar CTC15 apresentou melhor condição hídrica durante o período de déficit hídrico. A eficiência quântica do fotossistema II da cultivar SP83-2847 mostrou maior estabilidade nos últimos dias do tratamento experimental, sugerindo que o decréscimo do teor relativo de água estimulou o ajuste da capacidade fotossintética frente às alterações da disponibilidade hídrica. De modo geral, as cultivares SP83-2847 e CTC15, consideradas tolerantes, sob déficit hídrico exibiram melhor desempenho em relação a cultivar sensível SP86-155. Os dados permitem sugerir que tais parâmetros fisiológicos podem ser empregados na avaliação e distinção de genótipos de cana-de-açúcar tolerantes e sensíveis ao déficit hídrico. / The sugarcane (Saccharum spp.) is one of the main crops cultivated in tropical areas, whose agricultural productivity can be affected by drought. To investigate the tolerance and sensitivity process to water deficit, various physiological parameters were evaluated in sugarcane cultivars considered tolerant (SP83-2847 and CTC15) and sensitive (SP86-155) to drought. The water deficit affected the entire photosynthetic apparatus of all plants in different manners, inside and among cultivars. The photosynthetic rate and stomatal conductance decreased significantly for all cultivars, submitted to water stress. In control plants of the tolerant cultivars SP83-2847 and CTC15, it was observed that the photosynthetic rate showed better values in comparison to sensitive cultivar SP86-155. According to relative water content results of the cultivar CTC15 showed better condition water performance during the drought. The quantum efficiency photosystem II of the cultivar SP83-2847 showed greater stability in recent days of the experimental treatment, suggesting that the decline in the relative water content stimulated the adjustment of photosynthetic capacity to face the changes in water availability. Thus, cultivars SP83-2847 and CTC15, considered tolerant under water deficit, showed better performance in comparison to sensitive cultivar SP86-155. The data suggest that these physiological parameters can be used in the evaluation and distinction of drought tolerant and sensitive sugarcane genotypes.

Submitted by Adriano Jorge Loureiro (adrianojorge@outlook.com) on 2018-10-09T01:56:30Z No. of bitstreams: 3 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertação - Eficiência Quântica.pdf: 4891671 bytes, checksum: 8e1b8cb15a31de36bcc47a3de870cb6b (MD5) ATA de defesa da dissertação.pdf: 626975 bytes, checksum: ed946ed3617c041b0986a38f4170581d (MD5) / Approved for entry into archive by PPGEE Engenharia Elétrica (mestrado_engeletrica@ufam.edu.br) on 2018-10-09T12:06:22Z (GMT) No. of bitstreams: 3 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertação - Eficiência Quântica.pdf: 4891671 bytes, checksum: 8e1b8cb15a31de36bcc47a3de870cb6b (MD5) ATA de defesa da dissertação.pdf: 626975 bytes, checksum: ed946ed3617c041b0986a38f4170581d (MD5) / Rejected by Divisão de Documentação/BC Biblioteca Central (ddbc@ufam.edu.br), reason: É necessário anexar a "Carta de Encaminhamento para Autodepósito" assinada pelo orientador. Acesse em http://biblioteca.ufam.edu.br/servicos/teses-e-dissertacoes on 2018-10-09T15:37:19Z (GMT) / Submitted by Adriano Jorge Loureiro (adrianojorge@outlook.com) on 2018-12-10T14:15:29Z No. of bitstreams: 3 Dissertação - Eficiência Quântica.pdf: 4891671 bytes, checksum: 8e1b8cb15a31de36bcc47a3de870cb6b (MD5) ATA de defesa da dissertação.pdf: 626975 bytes, checksum: ed946ed3617c041b0986a38f4170581d (MD5) Carta de Autodeposito.pdf: 735067 bytes, checksum: 654effbdf54e9062a3e89bb542a63e04 (MD5) / Approved for entry into archive by PPGEE Engenharia Elétrica (mestrado_engeletrica@ufam.edu.br) on 2018-12-11T13:02:04Z (GMT) No. of bitstreams: 3 Dissertação - Eficiência Quântica.pdf: 4891671 bytes, checksum: 8e1b8cb15a31de36bcc47a3de870cb6b (MD5) ATA de defesa da dissertação.pdf: 626975 bytes, checksum: ed946ed3617c041b0986a38f4170581d (MD5) Carta de Autodeposito.pdf: 735067 bytes, checksum: 654effbdf54e9062a3e89bb542a63e04 (MD5) / Approved for entry into archive by Divisão de Documentação/BC Biblioteca Central (ddbc@ufam.edu.br) on 2018-12-11T14:59:50Z (GMT) No. of bitstreams: 3 Dissertação - Eficiência Quântica.pdf: 4891671 bytes, checksum: 8e1b8cb15a31de36bcc47a3de870cb6b (MD5) ATA de defesa da dissertação.pdf: 626975 bytes, checksum: ed946ed3617c041b0986a38f4170581d (MD5) Carta de Autodeposito.pdf: 735067 bytes, checksum: 654effbdf54e9062a3e89bb542a63e04 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-12-11T14:59:50Z (GMT). No. of bitstreams: 3 Dissertação - Eficiência Quântica.pdf: 4891671 bytes, checksum: 8e1b8cb15a31de36bcc47a3de870cb6b (MD5) ATA de defesa da dissertação.pdf: 626975 bytes, checksum: ed946ed3617c041b0986a38f4170581d (MD5) Carta de Autodeposito.pdf: 735067 bytes, checksum: 654effbdf54e9062a3e89bb542a63e04 (MD5) Previous issue date: 2018-06-04 / FAPEAM - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Amazonas / unavailable / Atualmente as câmeras digitais estão presentes em diversas tecnologias auxiliando na execução de diversas tarefas. O elemento principal da câmera digital é o sensor de imagem que absorve certa quantidade de fótons transformando-a em sinal elétrico para que um circuito de leitura identifique qual é o comprimento de onda da luz incidente, e consequentemente, a cor. A facilidade com que o sensor transforma a energia da luz absorvida em energia elétrica é denominada eficiência quântica interna (η). Quanto maior η, melhor é a qualidade na captura da imagem, principalmente em condições de baixa luminosidade. Os dois principais tipos de sensores comercializados atualmente são o CCD e o CMOS, porém, atualmente, os sensores CMOS, por terem melhor eficiência energética, maior miniaturização e melhor velocidade de respostas são os mais utilizados, devido a estes e outros fatos, são considerados os sucessores dos CCDs. Devido à predominância de mercado dos sensores CMOS, a UFAM em parceria com a UFMG desenvolveu o projeto de um sensor de imagem do tipo CMOS 3T-APS para realização de estudos sobre essa tecnologia. Este sensor foi fabricado junto a outros circuitos dentro de um chip denominado IR2 que foi adquirido através de um consórcio entre universidades federais do Brasil. Este trabalho apresenta uma metodologia alternativa a estipulada pela norma EMVA1288 [52] para medir a eficiência quântica em qualquer sensor de imagem fabricado com tecnologia CMOS 3T-APS. O chip IR2 foi utilizado no teste, pois foi fabricado com este tipo de tecnologia. Foram plotadas duas curvas de eficiência quântica neste trabalho, uma, denominada eficiência quântica interna, mostra a quantidade de carga elétrica medida em função do número de fótons absorvidos por cada pixel e a outra, eficiência quântica total, mostra a quantidade de carga elétrica medida em função do número de fótons incidentes em cada pixel. O intervalo utiliza para comprimentos de ondas está compreendido no intervalo de 457nm a 950nm. Essa curva é importante para se entender como funciona o CHIP IR2 e facilitar a operação do mesmo nos próximos estudos.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / A cana-de-açúcar (Saccharum spp) é uma cultura em expansão no Brasil, necessitando de práticas que aumentem a produtividade nos diferentes ecossistemas do país. Dessa forma, o presente trabalho, teve como objetivo avaliar o crescimento inicial e a tolerância à seca da variedade de cana-de-açúcar RB92579 com a aplicação de bioestimulantes e enraizadores. Para isso, foi realizado um experimento em casa de vegetação, em delineamento inteiramente casualizado. Os tratamentos utilizados foram: T1 Controle; T2 - AIB (Ácido Indolbutírico), na concentração de 1000 mg.L-1; T3 - B+Zn (Bórax, 10 Kg por hectare + Sulfato de Zinco, 20 Kg por hectare); T4 - Triptofano, 7,2 Kg por hectare; T5 - (Kymon Plus®, 1,0 L por hectare + Potamol® 0,5 L por hectare) e T6 - Stimulate®, 0,5 L por hectare. Aos 41 e 124 DAP foram coletados dados morfológicos e de biomassa para análise do crescimento inicial da planta. Aos 117 dias após o plantio foi suspensa a rega por 36 horas para avaliar o efeito dos bioestimulantes e enraizadores em mitigar o efeito do estresse hídrico. A aplicação de AIB e Stimulate® proporcionaram maiores taxas de crescimento e acúmulo de biomassa. A aplicação de Ubyfol e Stimulate® proporcionaram maiores trocas gasosas na ausência de estresse hídrico e aumentaram a eficiência quântica efetiva do PSII mesmo quando a plantas estavam sob estresse hídrico, quando comparadas com o controle. Em plantas sob estresse hídrico moderado, a aplicação de Stimulate® proporcionou a manutenção de maiores taxas de fotossíntese, transpiração e condutância estomática. O experimento deve ser repetido em campo para verificar se esses resultados se traduzem em aumento da produtividade tanto na condição de sequeiro como na condição irrigada.