Ces dernières années, le développement des lasers femtosecondes s’est massivement orienté vers des sources à fortepuissance moyenne pour des applications autant scientifiques - par exemple la génération d’impulsions XUV - qu’industrielles. Cettethèse a consisté à développer une source laser permettant d’amplifier des impulsions ultra-brèves à très haute cadence par un laserà fibre avec d’un côté le développement d’un laser de pompe femtoseconde fibré (<600fs) à haute cadence (100kHz), et de fortepuissance (50W) et de l’autre des amplificateurs paramétriques optiques ultrabrefs (<10fs) pompés par cette même source. Pour cela,au sein d’une architecture à dérive de fréquence de fort étirement (2ns), nous avons exploité les propriétés des fibres photoniques à trèsgros coeur dopé à l’Ytterbium qui, pour approcher des énergies proches de 1mJ, nécessitent d’effectuer des études d’endommagement etde préparation des fibres. Nous avons alors pu démontrer une puissance maximale de 90W mais d’excellents résultats ont été établis dansun régime stable et robuste pour lequel ce laser délivre une puissance de 60W avec des impulsions de durées inférieures à 400fs. Aprèsdoublage en fréquence, ce laser a permis alors d’amplifier en deux étages dans des cristaux de BBO des bandes spectrales supérieuresà 300nm centrées autour de 800 nm avec une énergie par impulsion de 19[mu] J (1.9W). Avec un système d’étirement et de compressionbasé sur la combinaison de lames de silice et de miroirs à dérive de fréquence, ces impulsions ont pu atteindre une durée finale de 9.7fs.Ainsi, ces deux sources permettent d’ouvrir la voie à de vastes champs d’investigation en physique moléculaire et atomique. / In recent years, the development of femtosecond lasers has been heavily oriented towards high average power sources forboth scientific experiments - such as XUV pulses generation - as well as for industrial applications. This work has been devoted to developa laser source able to amplify ultra-short pulses at a very high repetition rate. In one hand, we develop a high average power (50W)pump laser based on a Fiber Chirped Pulse Amplification (FCPA) technology delivering 400 fs pulses at a high repetition rate (100kHz).In the other hand, a multistage ultrafast optical parametric amplifiers (<10fs) pumped by this source has been then implemented. Toachieve this, we took the benefits of the Ytterbium-doped large-core photonics fibre’s properties in order to approach energies closeto 1mJ. Even in a highly stretched chirped pulse architecture (2ns), using this kind of technology, required to perform studies overdamage and preparation processes of fibers. Thereby, we demonstrated a maximum output power of 90W, but excellent results havebeen obtained in a stable and robust regime in which this laser delivers 60W with pulse durations shorter than 400fs. After frequencydoubling, this laser was sent as a pump into a two-stages - non collinear parametric amplifier made with BBO crystals and a spectrumdelivered a by a CEP-Stable-6fs Ti :sa oscillator has been amplified around 800nm over a spectral bandwidth larger than 300nm witha pulse energy of 19[mu] J (1.9W). By using a stretching and compression scheme based on the combination of silica wedges and chirpedmirrors, the final pulses have been then recompressed down to 9.7fs. These laser systems can be now used to pave the way for vast fieldsof investigation in molecular and atomic physics.

Orientador: René Alfonso Nome Silva / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química / Made available in DSpace on 2018-08-25T09:25:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ferbonink_GuilhermeFerreira_M.pdf: 3339040 bytes, checksum: ef20418e159acb6b4683d177155e28be (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Nos últimos anos, várias descobertas vêm sendo realizada sobre como características intrínsecas de um dado sistema podem afetar a transferência eletrônica de energia. Um dos objetivos desta pesquisa é estudar experimentalmente como a estrutura vibrônica pode afetar a transferência eletrônica de energia em moléculas orgânicas segundo o modelo de Förster. Utilizando um sistema molecular com sobreposição espectral sobre bandas vibrônicas bem definidas, podemos verificar experimentalmente que o abaixamento da intensidade de emissão do doador unicamente nos comprimentos de onda de absorção do receptor caracteriza transferência de energia pelo modelo emissivo. Abaixamento da intensidade integrada de emissão caracteriza transferência de energia pelo mecanismo de Förster. A taxa de transferência de energia pelo mecanismo de Förster foi mais significativa quando a sobreposição espectral ocorre nas bandas vibrônica 0-1,0-2 ao invés da banda 0-0. Na segunda parte do trabalho realizado, aplicamos a técnica de absorção transiente para o estudo de nano prismas de ouro depositados sobre dois substratos diferentes. Neste trabalho, nós descrevemos a preparação e caracterização de matrizes isoladas de nanoprismas triangulares de ouro sobre o vidro contendo uma camada de ITO por litografia de nanoesferas. O espectro de absorção linear de Au / vidro e Au / ITO / vidro exibe ressonância de plásmon de superfície em 800 nm e 870 nm, com um deslocamento para o vermelho de 70 nm associado ao índice de refração de ITO. Foram realizadas medidas de espectroscopia de uma única cor de bombeio e prova com resolução temporal de 100 fs em comprimentos de onda inferiores a ressonância, em ressonância, e acima da ressonância de plásmon de superfície para cada um destes dois sistemas. A dinâmica ultra-rápida em ambos os sistemas pode ser bem descrita com um modelo que contabiliza o espalhamento elétron-elétron, o acoplamento elétron-fônon, e oscilações acústicas no término do resfriamento da estrutura de ouro. Os resultados para as nanopartículas de ouro, para cada um dos comprimentos de onda são bem descritos como tendo índice de refração complexo com dependência do comprimento de onda, que modula os sinais de bombeio e prova medidos / Abstract: Structure-property relationships for electronic energy transfer have been investigated in recent years. One of the goals of the present research is to perform an experimental study vibronic structure effects in electronic energy transfer between small organic molecules according to Forster¿s model. We have chosen organic molecules with well-defined spectral overlap between vibronic bands, which enabled us to experimentally characterize a decrease in donor emission intensity at the acceptor absorption wavelengths thereby indicating radiative energy transfer. A decrease in the emission integrated intensity characterizes energy transfer by the Forster mechanism. Forster energy transfer rates were higher when the spectral overlap involved 0-1 and 0-2 vibronic bands rather than 0-0 band. In the second part of this work, we have employed ultrafast transient absorption spectroscopy to investigated gold nano prisms deposited over two different substrates: Au over glass (Au/glass) and Au over ITO deposited on glass (Au/ITO/glass). In the present work, we describe the preparation and characterization of these two samples employing the nanosphere lithography technique. The linear absorption spectra of Au/glass and Au/ITO/glass respectively show surface plasmon resonances at 800 nm and 870 nm, with a 70nm redshift attributed to the ITO refractive index. We have performed femtosecond one-color pump-probe measurements with 100 fs time resolution below the surface plasmon resonance, at resonance, and above the surface plasmon resonance for each of these two systems. For both systems, the ultrafast dynamics can be well described with a model that takes into account electron-electron scattering, electron-phonon coupling, phonon-phonon coupling and acoustic damping. The wavelength-dependence observed can be explained in terms of the sample frequency-dependent complex refractive index which modulates the measured pump-probe signals / Mestrado / Físico-Química / Mestre em Química

O desenvolvimento da Odontologia Restauradora culminou com a era das restaurações estéticas adesivas e da intervenção minimamente invasiva, para as quais técnicas inovadoras e materiais de última geração vêm sendo constantemente introduzidos. As técnicas conservadoras visam não somente a remoção do substrato dental cariado, mas também o preparo das paredes da cavidade para a realização da restauração adesiva. Este estudo visou avaliar a possibilidade de introdução dos lasers de pulsos ultracurtos na Odontologia Restauradora, com o intuito de suprir os requisitos básicos para a realização de uma restauração conservadora adequada. A intenção foi de manter os benefícios já conhecidos relacionados à remoção seletiva de cárie com os lasers de alta potência, bem como superar as desvantagens relacionadas às fontes lasers atualmente disponíveis para este fim, como aumento excessivo de temperatura e adesão prejudicada da superfície irradiada à resina composta. Para a melhor avaliação da interação entre os lasers de pulsos ultracurtos e o substrato dental, os experimentos foram realizados em três fases. A Fase 1 visou avaliar o efeito de diferentes comprimentos de onda (355 nm, 532 nm, 1045 nm e 1064 nm), durações de pulso (pico e femtossegundos) e protocolos de irradiação (velocidade de escaneamento da superfície, espessura do espécime, método de refrigeração e taxa de repetição de pulso) em esmalte e dentina. Para a Fase 2, os parâmetros de irradiação que apresentaram resultados mais favoráveis na Fase 1 foram analisados para relacionar o aumento de temperatura com a taxa de ablação e a eficiência de ablação para cada parâmetro. A Fase 3 teve como objetivo analisar a interface adesiva e os valores de microtração da dentina irradiada com os parâmetros selecionados e estudados na Fase 2, utilizando sistemas adesivos do tipo condicione e lave e autocondicionante com diferentes protocolos de adesão (Clearfil SE Bond com e sem Primer, Adper Single Bond com e sem condicionamento ácido). Os resultados obtidos na Fase 1 indicam que a dentina e o esmalte irradiados com lasers de femtossegundos de 1045 nm e picossegundos de 1064 nm apresentam superfície rugosa livre de carbonização. Os protocolos de irradiação selecionados mostram que a irradiação deve ser conduzida com maior velocidade de escaneamento da superfície, e não há necessidade de refrigeração durante a irradiação. Todos os parâmetros utilizados promoveram ablação seletiva do substrato dental, e apresentaram maior taxa de ablação para dentina que para esmalte. A Fase 2 permitiu observar que todos os parâmetros de irradiação selecionados não provocaram aumento de temperatura maior que 6,1 ºC para esmalte e 4,6 ºC para dentina, quando o aumento de temperatura foi aferido no lado oposto ao irradiado, em espécimes de 1 mm de espessura e sem refrigeração. Exceção foi observada para a maior potência do laser de picossegundos, para a qual a temperatura aumentou até 12 ºC em esmalte e 15 ºC em dentina. Os valores obtidos no ensaio de microtração variaram de acordo com os parâmetros de irradiação e o sistema adesivo. A adesão à dentina irradiada com lasers de pulsos ultracurtos apresentou valores de resistência adesiva semelhantes ou significantemente maiores que os obtidos nos grupos controle, para todos os parâmetros de irradiação selecionados. Os resultados obtidos neste estudo indicam que os lasers de pulsos ultracurtos apresentaram resultados favoráveis para o preparo cavitário em esmalte e dentina em relação à morfologia produzida na superfície e ao aumento de temperatura provocado durante a irradiação. A resistência adesiva à dentina irradiada foi semelhante, ou mesmo significantemente maior que a obtida nos grupos controle. Portanto, os lasers de pulsos ultracurtos são considerados uma técnica promissora para a realização de intervenção minimamente invasiva com lasers de alta potência. / The development of restorative dentistry has reached the era of esthetic adhesive restorations and minimally invasive approach, for which innovative techniques and advanced materials are constantly introduced. Conservative techniques aim not only to remove carious dental substrate, but also to prepare cavity surfaces for adhesive restoration. The main objective of this study was to evaluate the possibility of introducing ultra-short pulsed lasers in Restorative Dentistry, in attempt to fulfill the basic requirements of adequate conservative restoration, by maintaining the well-known benefits of lasers for caries removal, but also overcoming disadvantages related to current laser sources available for this purpose, such as temperature increase and damaged adhesion to resin composite. In order to better evaluate the interaction between ultra-short pulsed lasers and dental substrates, experimental procedures were divided in three phases. Phase 1 aimed to evaluate the effect of different wavelengths (355 nm, 532 nm, 1,045 nm, and 1,064 nm), pulse durations (pico and femtoseconds) and irradiation protocols (surface scanning speed, sample thickness, cooling method, pulse repetition rate) on enamel and dentin. For Phase 2, laser parameters with most favorable results in Phase 1 were evaluated to relate temperature increase to ablation rate or ablation efficiency. Phase 3 aimed to analyze adhesive interface and microtensile bond strength to dentin irradiated with the selected parameters by using etch-and-rinse and self-etch adhesive systems with different bonding protocols (Clearfil SE Bond with and without Primer, Adper Single Bond with and without acid etching). The results of Phase 1 indicate that dentin and enamel irradiated with 1,045-nm fs-laser and 1,064-nm ps-laser present a rough surface without carbonization. Irradiation should be conducted with higher scanning speed, and no additional cooling during irradiation was necessary. All parameters provided selective tissue ablation, with higher ablations rate for dentin than enamel. Phase 2 indicated that all parameters tested provoked temperature increase of up to 6.1 ºC for enamel and 4.6 ºC for dentin, when temperature increase was measured at the back side of 1-mm thick samples without cooling during irradiation, except for higher power for ps-laser, for which temperature increased up to 12 ºC for enamel and 15 ºC for dentin. Microtensile bond strength values varied according to laser parameters and adhesive systems used. Adhesion to dentin irradiated with ultra-short pulsed lasers resulted in similar or significantly higher bond strength values than control groups, for all laser parameters analyzed. Based on the results of this study, ultra-short pulsed lasers presented favorable results for cavity preparation in dentin and enamel regarding surface morphology and temperature increase. Adhesion to irradiated dentin was either similar or superior to traditional techniques. Thus, ultra-short pulsed lasers are considered a promising technique for the promotion of laser-supported minimally invasive approach.

O desenvolvimento da Odontologia Restauradora culminou com a era das restaurações estéticas adesivas e da intervenção minimamente invasiva, para as quais técnicas inovadoras e materiais de última geração vêm sendo constantemente introduzidos. As técnicas conservadoras visam não somente a remoção do substrato dental cariado, mas também o preparo das paredes da cavidade para a realização da restauração adesiva. Este estudo visou avaliar a possibilidade de introdução dos lasers de pulsos ultracurtos na Odontologia Restauradora, com o intuito de suprir os requisitos básicos para a realização de uma restauração conservadora adequada. A intenção foi de manter os benefícios já conhecidos relacionados à remoção seletiva de cárie com os lasers de alta potência, bem como superar as desvantagens relacionadas às fontes lasers atualmente disponíveis para este fim, como aumento excessivo de temperatura e adesão prejudicada da superfície irradiada à resina composta. Para a melhor avaliação da interação entre os lasers de pulsos ultracurtos e o substrato dental, os experimentos foram realizados em três fases. A Fase 1 visou avaliar o efeito de diferentes comprimentos de onda (355 nm, 532 nm, 1045 nm e 1064 nm), durações de pulso (pico e femtossegundos) e protocolos de irradiação (velocidade de escaneamento da superfície, espessura do espécime, método de refrigeração e taxa de repetição de pulso) em esmalte e dentina. Para a Fase 2, os parâmetros de irradiação que apresentaram resultados mais favoráveis na Fase 1 foram analisados para relacionar o aumento de temperatura com a taxa de ablação e a eficiência de ablação para cada parâmetro. A Fase 3 teve como objetivo analisar a interface adesiva e os valores de microtração da dentina irradiada com os parâmetros selecionados e estudados na Fase 2, utilizando sistemas adesivos do tipo condicione e lave e autocondicionante com diferentes protocolos de adesão (Clearfil SE Bond com e sem Primer, Adper Single Bond com e sem condicionamento ácido). Os resultados obtidos na Fase 1 indicam que a dentina e o esmalte irradiados com lasers de femtossegundos de 1045 nm e picossegundos de 1064 nm apresentam superfície rugosa livre de carbonização. Os protocolos de irradiação selecionados mostram que a irradiação deve ser conduzida com maior velocidade de escaneamento da superfície, e não há necessidade de refrigeração durante a irradiação. Todos os parâmetros utilizados promoveram ablação seletiva do substrato dental, e apresentaram maior taxa de ablação para dentina que para esmalte. A Fase 2 permitiu observar que todos os parâmetros de irradiação selecionados não provocaram aumento de temperatura maior que 6,1 ºC para esmalte e 4,6 ºC para dentina, quando o aumento de temperatura foi aferido no lado oposto ao irradiado, em espécimes de 1 mm de espessura e sem refrigeração. Exceção foi observada para a maior potência do laser de picossegundos, para a qual a temperatura aumentou até 12 ºC em esmalte e 15 ºC em dentina. Os valores obtidos no ensaio de microtração variaram de acordo com os parâmetros de irradiação e o sistema adesivo. A adesão à dentina irradiada com lasers de pulsos ultracurtos apresentou valores de resistência adesiva semelhantes ou significantemente maiores que os obtidos nos grupos controle, para todos os parâmetros de irradiação selecionados. Os resultados obtidos neste estudo indicam que os lasers de pulsos ultracurtos apresentaram resultados favoráveis para o preparo cavitário em esmalte e dentina em relação à morfologia produzida na superfície e ao aumento de temperatura provocado durante a irradiação. A resistência adesiva à dentina irradiada foi semelhante, ou mesmo significantemente maior que a obtida nos grupos controle. Portanto, os lasers de pulsos ultracurtos são considerados uma técnica promissora para a realização de intervenção minimamente invasiva com lasers de alta potência. / The development of restorative dentistry has reached the era of esthetic adhesive restorations and minimally invasive approach, for which innovative techniques and advanced materials are constantly introduced. Conservative techniques aim not only to remove carious dental substrate, but also to prepare cavity surfaces for adhesive restoration. The main objective of this study was to evaluate the possibility of introducing ultra-short pulsed lasers in Restorative Dentistry, in attempt to fulfill the basic requirements of adequate conservative restoration, by maintaining the well-known benefits of lasers for caries removal, but also overcoming disadvantages related to current laser sources available for this purpose, such as temperature increase and damaged adhesion to resin composite. In order to better evaluate the interaction between ultra-short pulsed lasers and dental substrates, experimental procedures were divided in three phases. Phase 1 aimed to evaluate the effect of different wavelengths (355 nm, 532 nm, 1,045 nm, and 1,064 nm), pulse durations (pico and femtoseconds) and irradiation protocols (surface scanning speed, sample thickness, cooling method, pulse repetition rate) on enamel and dentin. For Phase 2, laser parameters with most favorable results in Phase 1 were evaluated to relate temperature increase to ablation rate or ablation efficiency. Phase 3 aimed to analyze adhesive interface and microtensile bond strength to dentin irradiated with the selected parameters by using etch-and-rinse and self-etch adhesive systems with different bonding protocols (Clearfil SE Bond with and without Primer, Adper Single Bond with and without acid etching). The results of Phase 1 indicate that dentin and enamel irradiated with 1,045-nm fs-laser and 1,064-nm ps-laser present a rough surface without carbonization. Irradiation should be conducted with higher scanning speed, and no additional cooling during irradiation was necessary. All parameters provided selective tissue ablation, with higher ablations rate for dentin than enamel. Phase 2 indicated that all parameters tested provoked temperature increase of up to 6.1 ºC for enamel and 4.6 ºC for dentin, when temperature increase was measured at the back side of 1-mm thick samples without cooling during irradiation, except for higher power for ps-laser, for which temperature increased up to 12 ºC for enamel and 15 ºC for dentin. Microtensile bond strength values varied according to laser parameters and adhesive systems used. Adhesion to dentin irradiated with ultra-short pulsed lasers resulted in similar or significantly higher bond strength values than control groups, for all laser parameters analyzed. Based on the results of this study, ultra-short pulsed lasers presented favorable results for cavity preparation in dentin and enamel regarding surface morphology and temperature increase. Adhesion to irradiated dentin was either similar or superior to traditional techniques. Thus, ultra-short pulsed lasers are considered a promising technique for the promotion of laser-supported minimally invasive approach.