This dissertation consists of two parts: research pertaining to the development of scalable pump techniques for gain guided index-antiguided fiber lasers and research relating to the development of passive athermalization schemes for solid state lasers. The first section primarily details the development of a side pump scheme that allows for power scaling of gain-guided index anti-guided fibers. While these fibers have been demonstrated in past research, none have used a pump technology capable of pumping with the efficiencies, uniformity, and necessary length to allow for scaling of the fiber lasers to high output powers. The side pumped scheme developed in this section demonstrates a 6 W output power fiber laser with room for improvement in efficiency and beam quality. The second section details work done on the development of technologies for passively athermalizing the output of solid state laser systems. Techniques for passively removing the dependence of laser output power/energy on the operating temperature of the laser system promise to reduce the weight, power consumption, and cost of fielded laser systems. Methods for achieving passive athermalization are discussed, as well as prior research in laser athermalization, background theory, enabling technologies, and experimental results. This work provides the basis for continued research of passive athermalization and the eventual demonstration of this technology.

Nesta pesquisa foram realizados levantamentos geofísicos utilizando os métodos eletromagnético indutivo - EMI (equipamento EM38) e GPR - Ground Penetrating Radar, visando localizar redes de interferências, tais como, tubulações metálicas, cabos elétricos e conduítes de plástico instalados nas linhas 6 e 7 do Sítio Controlado de Geofísica Rasa do IAG/USP. Os dados EMI foram afetados pelo drift instrumental devido à variação de temperatura. A sua correção foi efetiva por meio do uso de uma função quadrática, realçando os alvos mais profundos. A aquisição em distância permitiu detectar alvos metálicos no subsolo com boa precisão e a aquisição em tempo permitiu fazer um mapeamento regional de alvos metálicos no subsolo. Os melhores resultados foram obtidos com a aquisição em distância, com os sensores posicionados a 10 cm de altura, devido às anomalias ficarem mais nítidas, onde a influência da condutividade do background foi reduzida. Os perfis GPR 2D obtidos com a antena de 400 MHz permitiram detectar os alvos até 1 m de profundidade e com a antena de 200 MHz foi possível detectar quase todos os alvos metálicos e não-metálicos instalados nas linhas estudas do SCGR. Para o GPR quase-3D, na forma de depth slices, foram importantes para estimar as dimensões dos alvos e melhorar a visualização dos resultados. Os resultados obtidos com os métodos EMI e GPR são complementares, sendo ambos recomendados no mapeamento de interferências no subsolo, tendo aplicações diretas nas áreas de planejamento urbano e infra-estrutura nos grandes centros urbanos. / This research was conducted geophysical surveys using inductive electromagnetic - IEM (EM38 equipment) and GPR - Ground Penetrating Radar methods, to locate network interference, such as metal pipes, electric cables and plastic conduit installed in lines 6 and 7 of test site of the IAG/USP (SCGR). IEM data were affected by instrumental drift due to temperature variation. The correction was effective through the use of a quadratic function, highlighting the deeper targets. The acquisition targets identified in the distance underground metal with good accuracy and acquisition time allowed to make a survey of regional targets metal underground. The best results were obtained with the acquisition in distance with the sensors placed at 10 cm in height, due to deficiencies become more clear, where the influence of the background conductivity was reduced. The 2D GPR profiles obtained with the antenna of 400 MHz to detect the target by 1 m depth and the antenna of 200 MHz was possible to detect almost all metal targets and non-metallic lines installed in the study SCGR. GPR to the quasi-3D in the form of depth slices, were important for estimating the size of the targets and improve the visualization of results. The results obtained with the IEM and GPR methods are complementary, and both are recommended in mapping interference underground, with direct applications in the areas of urban planning and infrastructure in urban centers.

Nesta pesquisa foram realizados levantamentos geofísicos utilizando os métodos eletromagnético indutivo - EMI (equipamento EM38) e GPR - Ground Penetrating Radar, visando localizar redes de interferências, tais como, tubulações metálicas, cabos elétricos e conduítes de plástico instalados nas linhas 6 e 7 do Sítio Controlado de Geofísica Rasa do IAG/USP. Os dados EMI foram afetados pelo drift instrumental devido à variação de temperatura. A sua correção foi efetiva por meio do uso de uma função quadrática, realçando os alvos mais profundos. A aquisição em distância permitiu detectar alvos metálicos no subsolo com boa precisão e a aquisição em tempo permitiu fazer um mapeamento regional de alvos metálicos no subsolo. Os melhores resultados foram obtidos com a aquisição em distância, com os sensores posicionados a 10 cm de altura, devido às anomalias ficarem mais nítidas, onde a influência da condutividade do background foi reduzida. Os perfis GPR 2D obtidos com a antena de 400 MHz permitiram detectar os alvos até 1 m de profundidade e com a antena de 200 MHz foi possível detectar quase todos os alvos metálicos e não-metálicos instalados nas linhas estudas do SCGR. Para o GPR quase-3D, na forma de depth slices, foram importantes para estimar as dimensões dos alvos e melhorar a visualização dos resultados. Os resultados obtidos com os métodos EMI e GPR são complementares, sendo ambos recomendados no mapeamento de interferências no subsolo, tendo aplicações diretas nas áreas de planejamento urbano e infra-estrutura nos grandes centros urbanos. / This research was conducted geophysical surveys using inductive electromagnetic - IEM (EM38 equipment) and GPR - Ground Penetrating Radar methods, to locate network interference, such as metal pipes, electric cables and plastic conduit installed in lines 6 and 7 of test site of the IAG/USP (SCGR). IEM data were affected by instrumental drift due to temperature variation. The correction was effective through the use of a quadratic function, highlighting the deeper targets. The acquisition targets identified in the distance underground metal with good accuracy and acquisition time allowed to make a survey of regional targets metal underground. The best results were obtained with the acquisition in distance with the sensors placed at 10 cm in height, due to deficiencies become more clear, where the influence of the background conductivity was reduced. The 2D GPR profiles obtained with the antenna of 400 MHz to detect the target by 1 m depth and the antenna of 200 MHz was possible to detect almost all metal targets and non-metallic lines installed in the study SCGR. GPR to the quasi-3D in the form of depth slices, were important for estimating the size of the targets and improve the visualization of results. The results obtained with the IEM and GPR methods are complementary, and both are recommended in mapping interference underground, with direct applications in the areas of urban planning and infrastructure in urban centers.

A implantação do Sítio Controlado de Geofísica Rasa (SCGR), do Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas (IAG), da Universidade de São Paulo (USP), é um marco na história da geofísica nacional. Trata-se do primeiro local de estudos controlados de geofísica rasa, instalado no Brasil. O SCGR está localizado próximo ao Instituto de Física, em frente ao IAG/USP, compreendendo uma área de 1500 m2 (50 m x 30 m). Nesta área, foram instalados diferentes alvos, com dimensões variadas e em diferentes profundidades, dispostos em sete linhas de 30 metros. Os alvos escolhidos tiveram como finalidade reproduzir uma pequena amostra dos principais objetos que são encontrados em ambiente urbano. O objetivo do estudo foi o de caracterizar os alvos instalados no SCGR, por meio da utilização de diferentes métodos geofísicos, com ênfase no método Ground Penetrating Radar (GPR), seguido dos métodos de eletrorresistividade e eletromagnético indutivo (EM-38). Esta caracterização consistiu em avaliar o desempenho e a confiabilidade dos métodos geofísicos, quando aplicados sobre alvos com propriedades físicas conhecidas. A coleta de dados foi realizada antes e depois da instalação do sítio controlado, permitindo, assim, a caracterização geofísica do meio (background) e dos alvos. Os resultados geofísicos foram apresentados na forma de perfis 2D e de cortes em profundidade em blocos volumétricos, Quase-3D. Os dados geofísicos do background evidenciam uma camada de aterro, com espessura de até 2,8 metros, repousando sobre sedimentos argilosos da planície de inundação do rio Pinheiros. O EM-38 possibilitou o mapeamento de todos os objetos metálicos enterrados até a profundidade máxima de 1,5 metro. A identificação de alguns alvos metálicos, enterrados na profundidade de 0,5 metro, também foi possível com os resultados de cargabilidade. Os dados de resistividade elétrica permitiram a identificação de um tubo metálico guia, enterrado no centro da área, a 0,5 metro de profundidade, e de alvos representativos de materiais geológicos. Os resultados de GPR permitiram o imageamento da maioria dos alvos implantados na área do SCGR, com melhor resolução aqueles que mostram maior contraste dielétrico. A pesquisa contribui para o refinamento dos métodos de campo aplicados aos problemas reais do cotidiano, principalmente, em estudos de geotecnia, planejamento urbano, arqueologia e meio ambiente. / The implantation of the Shallow Geophysical Test Site (SCGR) of the Astronomy, Geophysics and Atmospheric Sciences Institute (IAG), from University of Sao Paulo (USP), is a mark in national geophysical history. It is the first site Shallow geophysical study site installed in Brazil. This Test Site is located next to Physics Institute in front of IAG/USP, comprehending an area of 1500 m2 (50 m x 30 m). In this area, different targets were installed, with varied dimensions and different depths, buried in seven lines of 30 meters. Targets were chosen aiming at reproducing a small sample of main objects found in urban environment. The goal of the study was characterizing targets installed in SCGR by using different geophysical methods with emphasis in Ground Penetrating Radar (GPR), electric and inductive electromagnetic (EM-38) methods. This characterization consisted in evaluating the performance and reliability of geophysical methods, when applied in targets whose physical properties are well-known. Measurements were carried out before the targets installation in subsurface, in order to obtain data from land background or geologic horizons before disturbances. In a second stage, geophysical data were obtained after target installation. Geophysical results were shown in 2D profiles, and depth slices in volumetric blocks, Quasi-3D. Geophysical data from land background showed an earthwork layer, with thickness up to 2.8 meters, above loamy sediments of Pinheiros River. EM-38 enabled the mapping of all metallic targets buried until 1.5 meter of maxim depth. The identification of some metallic targets also buried in the depth of 0.5 meter was possible with chargeability results. Electric resistivity data allowed the identification of a metallic tube buried at the centre of the area, to 0.5 meter of depth, and of representative geological materials targets. GPR results identified of the majority of targets buried in SCGR with better resolution than those ones shown highest dielectric contrast. This research contributes for geophysical method refinement applied to everyday problems mostly in geotechnical, urban planning, archaeological and environmental studies.

A implantação do Sítio Controlado de Geofísica Rasa (SCGR), do Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas (IAG), da Universidade de São Paulo (USP), é um marco na história da geofísica nacional. Trata-se do primeiro local de estudos controlados de geofísica rasa, instalado no Brasil. O SCGR está localizado próximo ao Instituto de Física, em frente ao IAG/USP, compreendendo uma área de 1500 m2 (50 m x 30 m). Nesta área, foram instalados diferentes alvos, com dimensões variadas e em diferentes profundidades, dispostos em sete linhas de 30 metros. Os alvos escolhidos tiveram como finalidade reproduzir uma pequena amostra dos principais objetos que são encontrados em ambiente urbano. O objetivo do estudo foi o de caracterizar os alvos instalados no SCGR, por meio da utilização de diferentes métodos geofísicos, com ênfase no método Ground Penetrating Radar (GPR), seguido dos métodos de eletrorresistividade e eletromagnético indutivo (EM-38). Esta caracterização consistiu em avaliar o desempenho e a confiabilidade dos métodos geofísicos, quando aplicados sobre alvos com propriedades físicas conhecidas. A coleta de dados foi realizada antes e depois da instalação do sítio controlado, permitindo, assim, a caracterização geofísica do meio (background) e dos alvos. Os resultados geofísicos foram apresentados na forma de perfis 2D e de cortes em profundidade em blocos volumétricos, Quase-3D. Os dados geofísicos do background evidenciam uma camada de aterro, com espessura de até 2,8 metros, repousando sobre sedimentos argilosos da planície de inundação do rio Pinheiros. O EM-38 possibilitou o mapeamento de todos os objetos metálicos enterrados até a profundidade máxima de 1,5 metro. A identificação de alguns alvos metálicos, enterrados na profundidade de 0,5 metro, também foi possível com os resultados de cargabilidade. Os dados de resistividade elétrica permitiram a identificação de um tubo metálico guia, enterrado no centro da área, a 0,5 metro de profundidade, e de alvos representativos de materiais geológicos. Os resultados de GPR permitiram o imageamento da maioria dos alvos implantados na área do SCGR, com melhor resolução aqueles que mostram maior contraste dielétrico. A pesquisa contribui para o refinamento dos métodos de campo aplicados aos problemas reais do cotidiano, principalmente, em estudos de geotecnia, planejamento urbano, arqueologia e meio ambiente. / The implantation of the Shallow Geophysical Test Site (SCGR) of the Astronomy, Geophysics and Atmospheric Sciences Institute (IAG), from University of Sao Paulo (USP), is a mark in national geophysical history. It is the first site Shallow geophysical study site installed in Brazil. This Test Site is located next to Physics Institute in front of IAG/USP, comprehending an area of 1500 m2 (50 m x 30 m). In this area, different targets were installed, with varied dimensions and different depths, buried in seven lines of 30 meters. Targets were chosen aiming at reproducing a small sample of main objects found in urban environment. The goal of the study was characterizing targets installed in SCGR by using different geophysical methods with emphasis in Ground Penetrating Radar (GPR), electric and inductive electromagnetic (EM-38) methods. This characterization consisted in evaluating the performance and reliability of geophysical methods, when applied in targets whose physical properties are well-known. Measurements were carried out before the targets installation in subsurface, in order to obtain data from land background or geologic horizons before disturbances. In a second stage, geophysical data were obtained after target installation. Geophysical results were shown in 2D profiles, and depth slices in volumetric blocks, Quasi-3D. Geophysical data from land background showed an earthwork layer, with thickness up to 2.8 meters, above loamy sediments of Pinheiros River. EM-38 enabled the mapping of all metallic targets buried until 1.5 meter of maxim depth. The identification of some metallic targets also buried in the depth of 0.5 meter was possible with chargeability results. Electric resistivity data allowed the identification of a metallic tube buried at the centre of the area, to 0.5 meter of depth, and of representative geological materials targets. GPR results identified of the majority of targets buried in SCGR with better resolution than those ones shown highest dielectric contrast. This research contributes for geophysical method refinement applied to everyday problems mostly in geotechnical, urban planning, archaeological and environmental studies.