Orientador: Marcelo Nalin / Banca: Paulo Clairmont Feitosa de Lima Gomes / Banca: Cleber Renato Mendonça / Resumo: As tecnologias de impressão 3D tem sido uma área de pesquisa recente e inovadora. Utilizando essa técnica é possível a produção de peças, próteses, modelos, brinquedos e até mesmo comida. A utilização da impressão 3D para produção de fibras ópticas poliméricas é outra inovação. Este trabalho buscou preparar e estudar a impressão de preformas utilizando poliácido láctico (PLA), seguindo de seu puxamento em fibras, buscando uma possível aplicação na área de sensoriamento. As preformas foram projetadas utilizando software CAD, seguido de um estudo sistemático para garantir uma boa qualidade de impressão e impressas em uma impressora 3D comercial seguida do puxamento das preformas. Foram realizados analises térmicas para averiguar o comportamento térmico do polímero em diferentes partes do processo, assim como suas temperaturas características, que demostraram Temperaturas: 1. Transição Vítrea (Tg) = 60 ºC, 2. Fusão (Tf) = 152 °C e 3. Máxima Cristalização (Tp) = 114 °C. A espectroscopia óptica na região do ultravioleta e visível (UV-Vis) demostrou que o material apresenta janelas de transmitância em 400-900, 1200-1220 e 1490-1600 nm, sendo interessante para aplicações como fibra óptica nestas faixas de comprimento de onda. Imagens obtidas por microscopia óptica revelaram que o desenho da preforma manteve-se após puxamento, obtendo uma fibra idêntica a projetada. Os testes de transmissão demonstraram que a fibra transmite a luz e, buscando aplicação em sensores, foram inseridos ma... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: 3D printing technologies have been a recent and innovative area of research. Using this technique, it is possible to produce parts, prostheses, models, toys and even food. The use of 3D printing for the production of polymer optical fibers is another innovation. The aim of this work is to prepare and to study the printing of preforms using polylactic acid (PLA), their pulling in fibers and a possible application in the sensing area. The preforms were designed using CAD software followed by a systematic study to ensure good print quality. The preform was printed on a commercial 3D printer and pulled by a drawing tower. Differential Scanning Calorimetry (DSC) measurements were carried out to determine the thermal behavior of the polymer in different parts of the process, as well as its characteristic temperatures, which showed: 1. Glass transition (Tg) = 60 ºC, 2. Melting (Tf) = 152 °C and 3. Maximum Crystallization (Tp) = 114 °C. Optical spectroscopy in the ultraviolet and visible region (UV-Vis) has shown that the material exhibits transmittance windows at 400-900, 1200-1220 and 1490-1600 nm, being interesting for applications in these wavelength ranges in optical fibers. Images obtained by optical microscopy show that the design of the preform was maintained after pulling, revealing a fiber identical to that projected. Transmission tests showed that the fiber transmits the light. Seeking application in sensors, luminescent materials were inserted into the fiber, however, the... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:35:08Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2006-06-16Bitstream added on 2014-06-13T18:46:25Z : No. of bitstreams: 1 oliveira_dc_dr_araiq.pdf: 3933489 bytes, checksum: a5dad8dc37a7fbb9d8a4df2c0eb00150 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / O material estudado neste trabalho é um híbrido orgânico-inorgânico denominado di-ureasil formado por uma cadeia tipo poliéter unida em ambas extremidades a um grupo siloxano por pontes de uréia. As curvas de SAXS mostram um pico de interferência característico, atribuído a uma correlação espacial existente entre as partículas de siloxanos. Um complexo formado entre zircônio e ácido metacrílico foi adicionado ao material base e o aumento do teor deste complexo leva a um alargamento das bandas e um deslocamento de q para valores maiores. O alargamento é devido ao aumento na dispersão das distâncias interpartículas e o deslocamento pode ser devido a interação do zicônio com a região polimérica levando a uma diminuição das distâncias entre as partículas de siloxanos. As mesmas informações podem ser obtidas a partir das curvas de difração de raios X. A desconvolução gaussiana das curvas experimentais indica a formação de nanodomínios de óxido de zircônio. As curvas de transmissão na região do infravermelho mostram a interação dessas espécies de zircônio com a região polimérica da matriz híbrida. Entretanto, a competição pela água do meio reacional entre espécies de Zr e Si levam a uma diminuiçào no grau de condensação das espécies de siloxano evidenciada pelo aparecimento de bandas relativas a silanóis residuais apenas para amostras com alta concentração de zircônio. Este fato é confirmado pelas análises de RMN de 29Si. As propriedades ópticas dos di-ureasis também foram estudadas. Uma banda larga de emissão que cobre a parte do visível do espectro eletromagnético é devida à combinação de duas componentes atribuídas à processos de recombinação doador-aceptor, que ocorre entre grupos NH das ligações uréia e nos centros de siloxanos. / The base material studied is the organic-inorganic host termed di-ureasil formed by poly(ether)-based chains grafted at both ends to a siloxone backbone through urea cross linkages. SAXS curves display a characteristic interference peak attributed to the spatial correlation between siloxane nanoparticles. A methacrylate modified zirconium alcoxide (Zr- AMA) was added to this base host and the increasing addition leads to broadening and q shift to higher values. Broadening is due to increasing dispersion in the interparticle distances and the shift could be due to zirconium interaction with the polymeric part leading decreasing distances between siloxane particles. Essentially the same information is obtained from XRD curves. Gaussian deconvolution of the experimental curves indicate the formation of zirconium oxide based nanodomains. FT-IR spectra analysis have shown the interaction of the zirconium based species with the polymeric part of the hybrid host. Moreover competition for water between Si and Zr species lead to decrease on the condensation degree of siloxane species as evidenced by the appearence of characteristic silanol bands only for higher Zr content. This fact is confirmed by 29Si NMR. The optical properties of the di-ureasils were also studied. A broad emission band covering the visible part of the electromagnetic spectrum is attributed to the convolution of two components assigned to radiative recombination processes typical of donor-acceptor pairs occurring in the NH groups of the urea cross-links and in the siliceous nanodomains. With the addition of Zr-AMA broadening is observed. Luminescence spectroscopy shows that the addition of highly emitting Eu3+ â -diketonate complex [Eu(tta)3(H2O)2] (where tta stands for thenoiltrifluoribetadiketonate) to the di-ureasil host has lead to interesting features.

Orientador: Gustavo Silva Wiederhecker / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-23T23:27:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Luiz_GustavodeOliveira_M.pdf: 12840478 bytes, checksum: 50b184b19ca56624e14520e4331b112a (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: A transferência de momento linear da luz para partículas foi teorizada no século XVII por Johanes Kepler e demonstrada pela primeira vez por Lebedev e, independentemente, por Nichols e Hull apenas em 1901. Em cavidades ópticas, como demonstrado por V. Braginsky, essa interação pode dar origem a diversos fenômenos interessantes. No ano de 2005 Tal Carmon demonstra alguns destes efeitos em cavidades microfabricadas. Nesta dissertação são apresentados os resultados de estudos sobre as microcavidades optomecânicas de disco duplo de nitreto de silício. Dentre estes estão medidas de ruído térmico de uma cavidade optomecânica deste tipo; a demonstração teórica de que deve ser possível operar tais cavidades no regime de banda lateral resolvida, usando modos mecânicos de ordem superior; a otimização do processo de fabricação destas cavidades, culminando em cavidades com fatores de qualidade mecânico, em vácuo e a temperatura ambiente, em torno de 10000 / Abstract: Momentum transfer from light to particles was theorized in the XVII century byJohanes Kepler and experimentally demonstrated for the first time by Lebedev and, independently, by Nichols and Hull only in 1901. In optical cavities, as shown by V. Braginsky, this interaction may result in many interesting phenomena. In 2005 Tal Carmon demonstrated some of these effects in microfabricated cavities. In this thesis the results of studies on silicon nitride double-disk optomechanical microcavities are presented. Among these results are the theoretical demonstration that it is possible to drive such devices in the resolved side-band regime, exciting higher order mechanical modes, thermal noise measurements and optimization of the fabrication process, yielding cavities with mechanical quality factors close to 10000, in vacuum and at room temperature / Mestrado / Física / Mestre em Física

Orientador: Newton Cesário Frateschi / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-23T23:25:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Figueira_DaviddaSilvaLeocadio_D.pdf: 7617559 bytes, checksum: 1ebcb7a1b817a2ecee9e9a3abe0c4837 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: O objetivo principal desta tese foi buscar materiais que pudessem gerar ganho óptico por emissão estimulada usando como base o silício e, consequentemente, usar estes materiais em dispositivos fotônicos. A base de emissão ativa usada neste trabalho foi o Silício Amorfo dopado com íons de terra rara, Érbio, (a-Si) com emissão de luz característica na região da banda C usada em telecomunicações ópticas ( ~1550 nm ). O trabalho mostra o desenvolvimento e a evolução da emissão em 1550 nm em diversas condições de fabricação de a-Si, passando por sua oxigenação, criação de nanocristais de silício e com o desenvolvimento de estruturas ressonantes. Com estas amostras sugerimos e fabricamos estruturas compatíveis com tecnologia de Silício tais como microdisco suspensos de Silício e cristais fotônicos bidimensionais baseados em membranas suspensas. Os resultados obtidos ao longo desta tese mostram a viabilidade do uso de íons de Er3+ como dopantes em Si para estas aplicações específicas pois conseguimos aumentar a emissão em 1550 nm destes materiais em mais de 135 mil vezes e também propusemos, experimentalmente, estruturas fotônicas passíveis de se ter ganho, ou seja, que demonstram indícios de emissão estimulada, com estes materiais abrindo caminho, para o uso do Érbio em tecnologias de fotônica de silício / Abstract: The main goal of this work was to find materials that could generate stimulated optical gain based on silicon, and, consequently, use these materials in photonic devices. The sample structure used for this work was amorphous silicon doped with earth rare ions, Erbium (a- Si) with characteristic light emission in the C-band region used in telecommunication (~1550nm). The work shows the development and evolution of the 1550nm emission in many a-Si fabrication conditions, from oxygenation, silicon nano-crystals formation, to the development of resonant structures. With these samples, we have fabricated with these material that were compatible with Silicon technology such as Silicon microdisks and active bidimensional photonic crystal resonator membrane. The results suggest the viability of the use of Er3+ ions as dopant in Si for these specific applications since we were able to increase the 1550nm emission of these materials in over 135 thousand times. We also proposed, experimentally, photonic structures that could generate gain, meaning that they have shown signs of stimulated emission opening a path for the use of Erbium in silicon photonic technologies / Doutorado / Física / Doutor em Ciências

Esta tese analisa como tecnologias emergentes podem ajudar a fortalecer o desenvolvimento industrial. A preocupação é pertinente, pois a produção tecnológica é um importante componente do desenvolvimento econômico. A partir das observações empíricas da indústria fotônica, nós extraímos algumas lições e propomos um modelo que explica como ocorre a evolução tecnoindustrial. Trata-se, pois, de um modelo geral que ajuda a entender os mecanismos que levam ao aumento da participação da produção industrial intensiva em tecnologia e que serve tanto para países em desenvolvimento quanto para os desenvolvidos. / This dissertation analyses how emerging technologies can help fostering industrial development. It\'s an important issue since the high-tech intensive output has become an important element of economic growth. From the empirical findings and literature discussion, we proposed a model that explains the evolution of high-technology industries. This is a general model that helps to understand the mechanisms to increase the share of production in technology-intensive industries, both in developing and developed countries.

O presente trabalho tem como objetivo estudar a produção e caracterização de filmes finos do tipo GeO2-Bi2O3 (BGO) produzidos por sputtering-RF com e sem nanopartículas (NPs) semicondutoras, dopados e codopados com íons de Er3+ ou Er3+/Yb3+ para a produção de amplificadores ópticos. A produção de guias de onda do tipo pedestal baseados nos filmes BGO foi realizada a partir de litografia óptica seguida por processo de corrosão por plasma e deposição física a vapor. A incorporação dos íons de terras-raras (TRs) foi verificada a partir dos espectros de emissão. Análises de espectroscopia e microscopia foram indispensáveis para otimizar os parâmetros dos processos para a construção dos guias de onda. Foi observado aumento significativo da luminescência do Er3+ (região do visível e do infravermelho), em filmes finos codopados com Er3+/Yb3+ na presença de nanopartículas de Si. As perdas por propagação mínimas observadas foram de ~1,75 dB/cm para os guias pedestal em 1068 nm. Para os guias dopados com Er3+ foi observado aumento significativo do ganho na presença de NPs de silício (1,8 dB/cm). O ganho óptico nos guias de onda amplificadores codopados com Er3+/Yb3+ e dopados com Er3+ com e sem NPs de silício também foi medido. Ganho de ~8dB/cm em 1542 nm, sob excitação em 980 nm, foi observado para os guias pedestal codopados com Er3+/Yb3+ (Er = 4,64.1019 átomos/cm3, Yb = 3,60.1020 átomos/cm3) com largura de 80 µm; para os guias codopados com concentração superior de Er3+/Yb3+ (Er = 1,34.1021 átomos/cm3, Yb = 3,90.1021 átomos/cm3) e com NPs de Si, foi observado aumento do ganho óptico de 50% para guia com largura de 100 µm. Os resultados apresentados demonstram que guias de onda baseados em germanatos, com ou sem NPs semicondutoras, são promissores para aplicações em dispositivos fotônicos. / This work aims to study the production and characterization of GeO2-Bi2O3 (BGO) thin films produced by RF-sputtering with and without semiconductor nanoparticles (NPs),doped and codoped with Er3+ or Er3+/Yb3+ ions for the production of optical amplifiers. The pedestal type waveguide production based on BGO thin film was done trough optical lithography followed by reactive ion etching and physical vapor deposition processes. The incorporation of the rare-earth ions was verified from the emission spectra. Spectroscopy and microscopy analysis were indispensable to optimize the processes parameters for the waveguide fabrication. It was observed minimum propagation losses of ~1,75 dB/cm, at 1068 nm for the pedestal type waveguides. Optical gain was also measured in the Er3+/Yb3+ codoped waveguides with and without Si nanoparticles. Optical gain of 8 dB/cm, at 1542 nm, under 980nm pumping were obtained for 80 µm width Er3+/Yb3+ codoped waveguides (Er = 4,64.1019 atoms/cm3, Yb = 3,60.1020 atoms/cm3). For waveguides doped with higher concentration of Er3+/Yb3+ (Er = 1,34.1021 átomos/cm3, Yb = 3,90.1021 átomos/cm3) and containing silicon nanoparticles, it was observed 50% enhancement of the optical gain for 100 µm width waveguides. For the Er3+ doped waveguides, it was observed significant gain enhancement in the presence of silicon nanoparticles (1.8 dB/cm). The present results demonstrate that germanate waveguides, with or without semiconductor NPs are promising for applications in photonic devices.

Os objetivos desta tese são: o estudo e aprimoramento dos diferentes parâmetros geométricos e de processo de fabricação de guias de onda ARROW (Anti-Resonant Reflecting Optical Waveguides), visando reduzir as perdas por propagação; e o projeto, fabricação e caracterização de sensores óptico integrados utilizando os processos aprimorados. Os parâmetros estudados foram: os materiais utilizados nas camadas antirresonantes, as espessuras destas camadas, a profundidade de corrosão para definição do rib e a rugosidade nas paredes laterais, que considera-se o parâmetro mais crítico no que diz respeito às perdas por propagação obtidas com o processo de fabricação utilizado neste trabalho. Os materiais utilizados na fabricação dos guias de onda ARROW sobre substrato de silício foram filmes de oxinitreto de silício (SiOxNy) depositados por PECVD à temperatura de 320°C, filmes de SiO2 crescidos em forno de oxidação em ambiente úmido a 1200°C e filmes de TiOxNy depositados pela técnica de Magnetron Sputtering Reativo. A definição das paredes laterais dessas estruturas foi feita através da Corrosão por Plasma Reativo (RIE) e técnicas fotolitográficas convencionais. Para o aprimoramento dos processos, as técnicas de caracterização utilizadas foram: medidas de perdas por propagação, utilizando a técnica de vista superior e a análise modal dos guias de onda. A principal contribuição deste trabalho foi a proposição de um processo de fabricação alternativo, onde pedestais são utilizados para a definição das paredes laterais antes da deposição do núcleo dos guias de onda. Este processo permitiu a redução significativa das perdas e o corte dos modos superiores para guias com larguras menores ou iguais a 6 µm. Finalmente, com os guias e os processos aperfeiçoados foram fabricados dois diferentes tipos de sensores ópticos: sensores refratométricos baseados em interferômetro de Mach-Zehnder (IMZ) e sensores de umidade baseados em absorção utilizando o polímero polipirrol (PPy). A caracterização dos sensores baseados em IMZ permitiu concluir que, embora se tenha observado uma resposta do sensor em termos de variação da potência na saída do dispositivo com a variação do índice de refração, esta variação possivelmente está sendo influenciada pela interferência multimodo resultante de limitações do processo de fabricação, o que reduz significativamente a sensibilidade com relação a valores projetados. Os sensores de umidade apresentaram uma variação significativa da potência de saída para umidades relativas ao redor de 70%, permitindo sua utilização em diferentes aplicações, como na indústria alimentícia e no monitoramento da qualidade do ar. / The main goals of this thesis are: the study and improvement of different geometrical and fabrication process parameters of Anti-Resonant Reflecting Optical Waveguides (ARROWs), aiming at reducing the propagation losses; and the design, fabrication and characterization of integrated optics sensors using the improved processes. The studied parameters were: the materials used as anti-resonant layers, the thickness of these layers, the rib height and the sidewall roughness (SWR), which is considered the most critical parameter with respect to propagation losses in the fabrication process used in this work. The materials used in the fabrication of ARROW waveguides over silicon substrate were silicon oxynitride (SiOxNy) films deposited by PECVD at 320°C, SiO2 films, thermally grown at 1200°C and TiOxNy films deposited by the reactive magnetron sputtering technique. The definition of the sidewalls of these waveguides was performed by Reactive Ion Etching (RIE) and conventional photolithographic techniques. The characterization techniques used were: propagation loss measurements, using the top view technique and modal analysis. The main contribution of this work was the proposition of an alternative fabrication process where pedestals are used in order to define the sidewalls before deposition of the core of the ARROW waveguides. This process allowed significant reduction of losses and cutoff of higher modes at widths of 6 µm. Finally, with the waveguides and improved processes two different types of optical sensors were fabricated: refractometric sensors based on Mach-Zehnder interferometer (IMZ) and humidity sensors based on evanescent field absorption using polypyrrole polymer (PPy). The characterization results of IMZ based sensors showed that, although a sensor response has been observed in terms of change of output power with variation of the external medium\'s refractive index, this variation is possibly being influenced by multimode interference resulting from limitations in the fabrication process. This significantly reduces the sensitivity with respect to designed values. The humidity sensors show a significant variation in output power for relative humidity values around 70%, allowing its use in different applications, such as in food industry and in air quality monitoring.

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 presente trabalho apresenta a produção e a investigação das propriedades ópticas de guias de onda vítreos baseados no sistema PbO-GeO2, codopados com íons de érbio de itérbio e contendo nanopartículas metálicas de ouro e prata, para aplicações como dispositivos fotônicos na terceira janela de telecomunicações (1530 nm). Os guias de onda foram obtidos por meio de processos convencionais utilizados em microeletrônica usando a técnica RF Magnetron Sputtering para deposição do material sobre uma estrutura do tipo PEDESTAL. Os primeiros guias produzidos apresentaram irregularidades laterais próximas ao núcleo que contribuíram para o aumento das perdas. Mudanças no processo de fabricação como a diminuição da espessura da máscara de cromo usada para a corrosão do SiO2, etapa adicional para a corrosão e a diminuição da espessura do guia de onda proporcionaram redução das perdas por propagação e aumento do ganho óptico em ~50% estimado em 6,0 dB/cm, em 1530 nm, para um guia de onda de 80 µm de largura. Entretanto, as dificuldades para medir guias com menores larguras levaram-nos a produzir guia de onda PEDESTAL utilizando SiO2 como máscara de corrosão do silício que permitiram redução significativa das irregularidades lateral; neste caso foi possível medir a perda e o ganho em guias com largura de até 1 µm. Acrescenta-se que guias de 6 µm tiveram aumento do ganho em 50% na presença de nanopartículas de ouro, atingindo 7,5 dB/cm para potência de bombeamento de 60 mW, portanto inferior à utilizada para o caso do guia sem nanopartículas de ouro, cuja saturação do ganho ocorreu em 100 mW. Guias com nanopartículas de prata foram também produzidos, obtendo-se ganho máximo de 4,0 dB/cm para um guia de 80 µm. Os resultados obtidos nos guias de onda PbO-GeO2 codopados com Er3+ e Yb3+ são promissores e mostram possibilidade de aplicação dos guias de onda como amplificadores ópticos na terceira janela de telecomunicações. / This work presents the production and investigation of optical properties of erbium and ytterbium ions codoped PbO-GeO2 waveguides, containing metallic nanoparticles (NPs), for applications as photonic devices in the third window Telecommunications (1530 nm). The waveguides were obtained by microelectronics conventional processes and by RF Magnetron Sputtering technique using a pedestal type structure. The first pedestal waveguides presented irregulaties, in the lateral region, that contributed to the propagations losses enhancement. Changes in the fabrication process, as the decrease of the chromium used for SiO2 corrosion, additional step for the etching and decrease of the waveguide thickness provided reduction of the propagation losses and enhancement of the optical gain of about 50%; so we obtained 6.0 dB/ cm, at 1530 nm, for 80 µm waveguide width. The difficulty to measure waveguides with smaller width lead us to develop PEDESTAL waveguides using SiO2 as silicon mask for corrosion enabled the decrease of the roughness nearby the core. In this case it was possible to measure propagation losses and gain for waveguides width of 1 µm. It was obtained enhancement of 50 % for the waveguides with 6 µm width in the presence of gold NPs and the result was 7.5 dB/cm at 60 mW pumping power; for the case of the waveguide without gold NPs gain saturation occurred at 100 mW. Waveguides with silver NPs were also produced and the maximum gain was of 4.0 dB/cm for 80 µm. These results show the possibility of using Er3+and Yb3+ codoped PbO-GeO2 pedestal type waveguides as optical amplifiers in the third telecommunications window.

Neste trabalho são apresentadas a preparação e investigação das propriedades luminescentes dos sistemas vítreos PbO-GeO2 e PbO-GeO2-Ga2O3 dopados com íons de érbio e contendo nanopartículas (NPs) metálicas de prata, ouro e cobre, para aplicações em dispositivos fotônicos. Estes vidros apresentam larga janela de transmissão (400-4500nm), alto índice de refração (~1,9) e baixa energia de fônon (700cm-1). Com a finalidade de verificar a nucleação das nanopartículas metálicas, foram realizadas análises por Microscopia Eletrônica de Transmissão que indicaram a presença de nanopartículas metálicas, cristalinas, aproximadamente esféricas e com tamanho médio entre 2 e 10nm. As medidas de absorção óptica evidenciaram a incorporação dos íons de Er3+ na forma trivalente e a presença de bandas de absorção relacionadas à ressonância dos plasmons superficiais, localizadas em aproximadamente 470nm (no caso das NPs de prata) e em torno de 800nm (no caso das NPS de cobre). As medidas de emissão foram realizadas através da excitação das amostras com laser cw de 980nm e potência de 80mW. Foram medidas bandas de emissão associadas à conversão ascendente de freqüências do Er3+ em 530, 550 e 670nm devidas às transições 2H11/2->4I15/2, 4S3/2->4I15/2 e 4F9/2->4I15/2 respectivamente. Nas amostras contendo NPs de prata, para concentrações de 1,0 e 2,0% de AgNO3, foi observado aumento significativo da emissão da luz verde (530 e 550nm) com o crescimento do tempo de tratamento térmico, quando comparadas com a emissão em 670nm. Para as amostras com NPs de ouro, com concentrações de 0,5 e 1,0% de Au2O3 verificamos um aumento maior da emissão em 670nm quando comparada com as emissões em 530 e 550nm. Para amostras com NPs de cobre, as emissões associadas à conversão ascendente de freqüências do Er3+ foram igualmente afetadas pela presença das NPs e possuem intensidade significativamente inferior as dos casos anteriores. O estudo da variação da intensidade de fluorescência com a potência do laser de excitação nos permitiu concluir que dois fótons participam do processo de conversão ascendente de freqüências na presença e na ausência de NPs metálicas. Os aumentos ocorridos na luminescência são provavelmente causados pelo aumento do campo local nas proximidades dos íons de terras-raras devido ao tamanho observado para as NPs (2-10nm). Portanto, a presença das NPs metálicas desempenha papel fundamental no aumento e/ou diminuição da luminescência da conversão ascendente de freqüências dos íons de Er3+, conferindo aos vidros propriedades novas que são bastante interessantes para aplicações em dispositivos fotônicos. / This work presents the preparation and investigation of the luminescent properties of PbO-GeO2 and PbO-GeO2-Ga2O3 vitreous systems, doped with Erbium ions and containing silver, gold and copper metallic nanoparticles (NPs), for applications in photonic devices. These glasses have a large transmission window (400-4500nm), high refractive index (~1,9) and low phonon energy (700cm-1). Transmission Electronic Microscopy analysis were performed, to verify the metallic NPs nucleation. This analysis indicated that the NPs are metallic and crystalline, approximately spherical, with average size between 2 and 10nm. Optical Absorption measurements showed the Er3+ ions incorporation are in trivalent form and the presence of the absorption bands related to the surface plasmon resonance (SPR) centered around 470nm (for silver NPs) and around 800nm (for copper NPs). Emission measurements were performed pumping the samples with a cw laser (980nm; 80mW). Bands associated to Er3+ frequency upconversion centered around 530, 550 and 670nm were observed due to the transitions 2H11/2 -> 4I15/2, 4S3/2 -> 4I15/2 e 4F9/2 -> 4I15/2, respectively. For the samples containing silver NPs, for 1,0 and 2,0% of AgNO3, it was observed a higher enhancement of the green emission (530 and 550nm), with the increasing of the annealing time, when compared to the emission at 670nm. The samples with 0,5 and 1,0% of Au2O3 showed higher enhancement of the emission centered at 670nm, when compared to the emissions at 530 and 550nm. For the samples with copper NPs, the Er3+ emissions were uniformly affected by the presence of the NPs, and have lower intensity than the other ones. The study of the variation of the fluorescence intensity with the pump laser power indicated that two photons are involved in the frequency upconversion process in the presence and in the absence of the metallic NPs. The observed enhancements in the luminescence are probably due to the local field enhancement in the proximities of the rare-earth ions, due to the small size observed for the NPs (2-10nm). Thus, the presence of metallic NPs plays an important role in the enhancement and/or quenching of the Er3+ frequency upconversion, given new properties to glasses which are of great interest for application in photonic devices.