Este trabalho buscou desenvolver um substituto à sílica como base material de funcionamento óptico de dispositivos termo-ópticos, onde os parâmetros críticos utilizados foram o índice de refração, o coeficiente termo-óptico e a escolha da janela espectral de operação, tendo como foco aplicativo o estudo de materiais para um sensor de temperatura. Como resultado, policarbonato (PC) e polimetilmetacrilato (PMMA) foram combinados, por serem compatíveis, transparentes ao espectro de luz visível, possuírem índices de refração razoavelmente diferentes e apresentarem valores do coeficiente termo-óptico muito mais altos que o da sílica. Foi analisada a dependência do índice de refração em relação ao comprimento de onda (no intervalo contínuo de 400 a 800 nm), à temperatura (25-85°C) e à composição da mistura (0-100 p% PC em PMMA). A técnica de spin coating foi utilizada para a confecção dos filmes e a de elipsometria espectral para as medidas de índice de refração e de espessura. Com a construção de um dispositivo de aquecimento dedicado, integrado ao elipsômetro, foram realizadas medidas in situ da variação da curva de dispersão do material em função da temperatura. Baseados nestas medidas, foi determinado o coeficiente termo-óptico dos filmes compostos, que variou de -1,72 E-4/°C a -1,11 E-4/°C, sendo 10 vezes maior que o da sílica, e sintonizabilidade do índice de refração foi alcançada entre 1,49 e 1,61, conforme a composição da mistura de polímeros. Os dados obtidos formam uma base consolidada de valores de referência para a produção de materiais com índices de refração requeridos em configurações de óptica integrada, assim como para utilização do efeito termo-óptico em aplicações específicas. / This work pursued development of a substitute of silica as material basis for operation of thermo-optical devices, with refractive index, thermo-optic coefficient and choice of spectral window as critical parameters, and application focused in the study of materials for a temperature sensor. As result, polycarbonate (PC) and poly(methyl methacrylate) PMMA were combined, since they are compatible, transparent in the visible spectrum range, and present refractive indices significantly different, as well as thermo-optic coefficients much higher then that of silica. Dependance of the refractive index was analyzed with respect to wavelength (continuous range of 400-800 nm), temperature (25-85°C) and blend composition (0-100 wt% of PC in PMMA). Films were produced by spin coating, whereas their refractive indices and thicknesses were measured by spectral ellipsometry. From a dedicated heating device, built and integrated into the ellipsometer, in situ measurements were performed to provide variation of dispersion curves with temperature. Based on these measurements, the thermo-optic coefficient of the blend films was determined, ranging from -1.72 E-4/°C to -1.11 E-4/°C, an order of magnitude higher than that of silica, and refractive index tuning was attained between 1.49 and 1.61, depending on polymer blend composition. The measured data form a consolidated basis of reference values to the production of materials with refractive indices.

Este trabalho buscou desenvolver um substituto à sílica como base material de funcionamento óptico de dispositivos termo-ópticos, onde os parâmetros críticos utilizados foram o índice de refração, o coeficiente termo-óptico e a escolha da janela espectral de operação, tendo como foco aplicativo o estudo de materiais para um sensor de temperatura. Como resultado, policarbonato (PC) e polimetilmetacrilato (PMMA) foram combinados, por serem compatíveis, transparentes ao espectro de luz visível, possuírem índices de refração razoavelmente diferentes e apresentarem valores do coeficiente termo-óptico muito mais altos que o da sílica. Foi analisada a dependência do índice de refração em relação ao comprimento de onda (no intervalo contínuo de 400 a 800 nm), à temperatura (25-85°C) e à composição da mistura (0-100 p% PC em PMMA). A técnica de spin coating foi utilizada para a confecção dos filmes e a de elipsometria espectral para as medidas de índice de refração e de espessura. Com a construção de um dispositivo de aquecimento dedicado, integrado ao elipsômetro, foram realizadas medidas in situ da variação da curva de dispersão do material em função da temperatura. Baseados nestas medidas, foi determinado o coeficiente termo-óptico dos filmes compostos, que variou de -1,72 E-4/°C a -1,11 E-4/°C, sendo 10 vezes maior que o da sílica, e sintonizabilidade do índice de refração foi alcançada entre 1,49 e 1,61, conforme a composição da mistura de polímeros. Os dados obtidos formam uma base consolidada de valores de referência para a produção de materiais com índices de refração requeridos em configurações de óptica integrada, assim como para utilização do efeito termo-óptico em aplicações específicas. / This work pursued development of a substitute of silica as material basis for operation of thermo-optical devices, with refractive index, thermo-optic coefficient and choice of spectral window as critical parameters, and application focused in the study of materials for a temperature sensor. As result, polycarbonate (PC) and poly(methyl methacrylate) PMMA were combined, since they are compatible, transparent in the visible spectrum range, and present refractive indices significantly different, as well as thermo-optic coefficients much higher then that of silica. Dependance of the refractive index was analyzed with respect to wavelength (continuous range of 400-800 nm), temperature (25-85°C) and blend composition (0-100 wt% of PC in PMMA). Films were produced by spin coating, whereas their refractive indices and thicknesses were measured by spectral ellipsometry. From a dedicated heating device, built and integrated into the ellipsometer, in situ measurements were performed to provide variation of dispersion curves with temperature. Based on these measurements, the thermo-optic coefficient of the blend films was determined, ranging from -1.72 E-4/°C to -1.11 E-4/°C, an order of magnitude higher than that of silica, and refractive index tuning was attained between 1.49 and 1.61, depending on polymer blend composition. The measured data form a consolidated basis of reference values to the production of materials with refractive indices.

Este trabalho buscou desenvolver um substituto à sílica como base material de funcionamento óptico de dispositivos termo-ópticos, onde os parâmetros críticos utilizados foram o índice de refração, o coeficiente termo-óptico e a escolha da janela espectral de operação, tendo como foco aplicativo o estudo de materiais para um sensor de temperatura. Como resultado, policarbonato (PC) e polimetilmetacrilato (PMMA) foram combinados, por serem compatíveis, transparentes ao espectro de luz visível, possuírem índices de refração razoavelmente diferentes e apresentarem valores do coeficiente termo-óptico muito mais altos que o da sílica. Foi analisada a dependência do índice de refração em relação ao comprimento de onda (no intervalo contínuo de 400 a 800 nm), à temperatura (25-85°C) e à composição da mistura (0-100 p% PC em PMMA). A técnica de spin coating foi utilizada para a confecção dos filmes e a de elipsometria espectral para as medidas de índice de refração e de espessura. Com a construção de um dispositivo de aquecimento dedicado, integrado ao elipsômetro, foram realizadas medidas in situ da variação da curva de dispersão do material em função da temperatura. Baseados nestas medidas, foi determinado o coeficiente termo-óptico dos filmes compostos, que variou de -1,72 E-4/°C a -1,11 E-4/°C, sendo 10 vezes maior que o da sílica, e sintonizabilidade do índice de refração foi alcançada entre 1,49 e 1,61, conforme a composição da mistura de polímeros. Os dados obtidos formam uma base consolidada de valores de referência para a produção de materiais com índices de refração requeridos em configurações de óptica integrada, assim como para utilização do efeito termo-óptico em aplicações específicas. / This work pursued development of a substitute of silica as material basis for operation of thermo-optical devices, with refractive index, thermo-optic coefficient and choice of spectral window as critical parameters, and application focused in the study of materials for a temperature sensor. As result, polycarbonate (PC) and poly(methyl methacrylate) PMMA were combined, since they are compatible, transparent in the visible spectrum range, and present refractive indices significantly different, as well as thermo-optic coefficients much higher then that of silica. Dependance of the refractive index was analyzed with respect to wavelength (continuous range of 400-800 nm), temperature (25-85°C) and blend composition (0-100 wt% of PC in PMMA). Films were produced by spin coating, whereas their refractive indices and thicknesses were measured by spectral ellipsometry. From a dedicated heating device, built and integrated into the ellipsometer, in situ measurements were performed to provide variation of dispersion curves with temperature. Based on these measurements, the thermo-optic coefficient of the blend films was determined, ranging from -1.72 E-4/°C to -1.11 E-4/°C, an order of magnitude higher than that of silica, and refractive index tuning was attained between 1.49 and 1.61, depending on polymer blend composition. The measured data form a consolidated basis of reference values to the production of materials with refractive indices.

[pt] É desenvolvido um sensor baseado na tecnologia da fibra óptica que detecta a mudança de fase do CO2. O sensor é composto de uma fibra óptica monomodo e uma bancada experimental composta por três sistemas: óptico, eletrônico e mecânico, para facilitar a adquisição das medidas. A grandeza utilizada para detectar a mudança de fase do CO2 foi o índice de refração, para isto é utilizado um refratômetro que mede o índice de refração de substâncias e fundamentado na refração de Fresnel. Além disso, foi necessária uma calibração do sensor empregando-se substâncias padrão de índice de refração conhecidos na faixa de 1,26 a 1,40, além da calibração de índice de refração unitário para o ar. Para observar a mudança de fase do CO2, testou-se o CO2 mudando a temperatura na faixa entre -40 Celsius e 21 Celsius a e pressões entre 100 kPa a 5700 kPa. O sistema operou de acordo com as expectativas, detectando corretamente o índice de refração do CO2 para as fases de gás e líquido. / [en] An optical fiber technology-based sensor that can detect phase changes of CO2 was developed. The sensor is comprised of a singlemode fiber and an experimental setup composed of three systems: optical, electronic and mechanical, which helped with the data acquisition. The quantity used to detect phase changes of CO2 was the refractive index. For this purpose, a refractometer, a device that measures the substance s refractive index based on Fresnel s reflection, was used. Moreover, it was necessary to calibrate the sensor using standard substances with well known refractive indices in the range from 1.26 to 1.40.To observe phase changes of CO2, this substance was tested changing the temperature in a range from 21 degrees C to -40 degrees C and the pressure from 100 kPa to 570 kPa.The system performed in accordance with the expectations, detecting properly the refractive index of CO2 for the liquid and gas phases.

Este trabalho abordará uma breve descrição de fenômenos óticos não lineares, apresentando resultados de caracterização ótica não linear para diferentes materiais, assim como resultados para uma nova técnica de caracterização. Serão apresentados aspectos básicos de determinação do índice de refração não linear através da técnica de varredura Z que é um método bem estabelecido e amplamente difundido. Esta técnica porém não é eficiente para filmes finos e amostras com baixa não linearidade. Com a utilização de uma montagem interferométrica é possível gerar um crescimento na sensibilidade da técnica, atenuando o oscilador local sem nenhuma perda no sinal não linear gerado, acarretando em uma melhoria da relação sinal-ruído. / An introduction to nonlinear optics will be addressed in this work, presenting results of optical characterization to many different materials as well as results from a new characterization technique. Basic aspects to nonlinear index refraction measurement will be presented through Z-scan, which is a well-established method. This technique is not efficient for thin films or samples presenting low nonlinearity. Using a interferometric setup is possible to produce an increase in sensibility, attenuanting local oscillator without degrading the generated nonlinear signal, what establishes a better signal-noise relation.

Este trabalho abordará uma breve descrição de fenômenos óticos não lineares, apresentando resultados de caracterização ótica não linear para diferentes materiais, assim como resultados para uma nova técnica de caracterização. Serão apresentados aspectos básicos de determinação do índice de refração não linear através da técnica de varredura Z que é um método bem estabelecido e amplamente difundido. Esta técnica porém não é eficiente para filmes finos e amostras com baixa não linearidade. Com a utilização de uma montagem interferométrica é possível gerar um crescimento na sensibilidade da técnica, atenuando o oscilador local sem nenhuma perda no sinal não linear gerado, acarretando em uma melhoria da relação sinal-ruído. / An introduction to nonlinear optics will be addressed in this work, presenting results of optical characterization to many different materials as well as results from a new characterization technique. Basic aspects to nonlinear index refraction measurement will be presented through Z-scan, which is a well-established method. This technique is not efficient for thin films or samples presenting low nonlinearity. Using a interferometric setup is possible to produce an increase in sensibility, attenuanting local oscillator without degrading the generated nonlinear signal, what establishes a better signal-noise relation.

Este trabalho abordará uma breve descrição de fenômenos óticos não lineares, apresentando resultados de caracterização ótica não linear para diferentes materiais, assim como resultados para uma nova técnica de caracterização. Serão apresentados aspectos básicos de determinação do índice de refração não linear através da técnica de varredura Z que é um método bem estabelecido e amplamente difundido. Esta técnica porém não é eficiente para filmes finos e amostras com baixa não linearidade. Com a utilização de uma montagem interferométrica é possível gerar um crescimento na sensibilidade da técnica, atenuando o oscilador local sem nenhuma perda no sinal não linear gerado, acarretando em uma melhoria da relação sinal-ruído. / An introduction to nonlinear optics will be addressed in this work, presenting results of optical characterization to many different materials as well as results from a new characterization technique. Basic aspects to nonlinear index refraction measurement will be presented through Z-scan, which is a well-established method. This technique is not efficient for thin films or samples presenting low nonlinearity. Using a interferometric setup is possible to produce an increase in sensibility, attenuanting local oscillator without degrading the generated nonlinear signal, what establishes a better signal-noise relation.

[pt] De acordo com os cálculos do Sindicato Nacional da Indústria de Cerveja (Sindicerv), os estados e o governo federal perdiam anualmente cerca de R$ 720 milhões em arrecadação, devido à sonegação praticada por alguns fabricantes de cerveja. Um elemento facilitador para esse tipo de sonegação é o método atualmente utilizado pela Receita Federal para o controle da quantidade de volume produzido, que envolve apenas o controle de notas fiscais de vendas, o que tem sido uma grande fonte de erros e prejuízo, tanto para as empresas, quanto para o governo. Em 2001, com o objetivo de criar mecanismos que auxiliem no controle de arrecadação de impostos, o governo federal publicou a Medida Provisória no 2.158-35, obrigando os fabricantes a instalar um Sistema de Medição de Vazão (SMV) em todas as linhas de engarrafamento, na entrada de cada enchedora. O SMV seria usado inicialmente apenas no monitoramento. Além de medir a quantidade de bebida produzida, o SMV é, por meio de um sistema de condutivímetro elétrico, responsável por detectar o tipo de líquido que está sendo envasado. Nesta dissertação, são avaliadas possíveis técnicas de diferenciação de bebidas alcoólicas e não-alcoólicas, visando atribuir maior confiança à Receita Federal e aos consumidores. Além da condutividade, foram avaliadas a densimetria e a potenciometria. Devido a problemas encontrados nestas três (3) técnicas, resolveu-se testar a eficiência de um sensor à fibra óptica de índice de refração para a diferenciação de bebidas. A principal vantagem deste sensor é tornar a sonegação mais difícil, pois, ao contrário do condutivímetro, não sofre influência eletromagnética externa. As incertezas de medição dos valores obtidos para condutividade e índice de refração foram calculadas. Os resultados da presente dissertação são suficientemente significativos para substanciar a recomendação de uma revisão da Medida Provisória no 2.158- 35. Parte desta dissertação foi financiada, através do Convênio referência FINEP n° 22.01.0692.00, pelo Programa Tecnologia Industrial Básica e Serviços Tecnológicos para a Inovação e Competitividade MCT/FINEP/FNDCT/Fundo Verde Amarelo, um programa cooperativo universidade- empresa. / [en] According to the Brazilian Sindicato Nacional da Indústria de Cerveja (Sindicerv), about R$ 720 million a year used to be lost due to federal and state tax evasion by some beer manufacturers. Tax evasion used to be eased by the method used by the Brazilian federal revenue service (Receita Federal) to monitor the amount of beer manufactured, which was solely based on sales receipts, resulting in large losses for the government and companies. In 2001, in order to create mechanisms to help in tax collection, the Federal government issued the Medida Provisória no 2.158-35, making it mandatory for the manufacturers to install a Flow Measurement System in all bottling lines, at the beginning of the beverage filler. The system was to be initially used as a monitoring device. In addition to measuring the amount of beverage manufactured, the Flow Measurement System is also responsible for detecting the type of beverage being bottled or canned by means of an electrical conductivity sensor. This and other possible methods for distinguishing between alcoholic and non alcoholic beverages in the Flow Measurement System are evaluated in this dissertation, in order to increase reliability for the Receita Federal and the consumers. In addition to the conductivity, density and pH measurements were also evaluated. Due to problems found in these three (3) techniques, an index of refraction optical fiber sensor was also tested for distinguishing between beverages. The main advantage of this sensor is that it makes tax evasion more difficult because, as opposed to the conductivity sensor, it is not affected by external electromagnetic interference. The uncertainty in measurement of the conductivity and index of refraction results were calculated. This dissertation` results are sufficiently significant to substantiate the recommendation that the Medida Provisória no 2.158-35 be revised. Part of this dissertation was financed by the Convênio referência FINEP n° 22.01.0692.00 of the Programa Tecnologia Industrial Básica e Serviços Tecnológicos para a Inovação e Competitividade MCT/FINEP/FNDCT/Fundo Verde Amarelo, a university-company cooperative program.

Este trabalho tem como objetivo o desenvolvimento e a aplicação de métodos de caracterização de filmes ópticos, associados à sua estrutura inomogênea ou anisotrópica. Os materiais estudados são guias ópticos planares e filmes compósitos com propriedades ópticas não-lineares. Esses materiais são relevantes para aplicações na área de optoeletrônica e óptica integrada. O trabalho é dividido em duas partes principais. A primeira parte é dedicada à caracterização de guias de onda planares produzidos por troca iônica, vidros dopados com íons de Ag e/ou K, através de um e/ou dois processos de troca. O perfil de índice de refração é estudado através da técnica de Modos Guiados, uma técnica óptica empregada tradicionalmente em guias desse tipo. Em complementação a essa medida óptica, são realizadas medidas do perfil de concentração do íon dopante, empregando as técnicas de RBS e EDS. É dedicado um interesse especial pela região próxima à superfície da amostra, a região crítica na análise por Modos Guiados. Os métodos de Abelès-Hacskaylo e de Brewster-Pfund são estendidos a esses guias inomogêneos, permitindo a medida direta do valor do índice de refração superficial. Essa informação e os dados obtidos por Modos Guiados permitem a determinação de um perfil de índice de refração mais acurado ao longo da profundidade do guia. A segunda parte é dedicada ao estudo de materiais compósitos: filmes finos constituídos por uma matriz (silicato, silicato + PVP, e PMMA) dopada com moléculas orgânicas que apresentam propriedades ópticas não-lineares de segunda ordem (PNA, DR-1 e HBO-BO6). Nessas amostras, é aplicado um campo elétrico de alta voltagem (efeito corona), gerando um alinhamento dos cromóforos dopantes. Essa mudança na simetria estrutural do material, de isotrópica para uniaxial, é observada através da assimetria correspondente no valor do índice de refração (birrefringência). O valor da birrefringência induzida é obtido através da medida da variação da refletância de luz pelo material, auxiliada por medidas prévias das constantes ópticas do material por Elipsometria.

Este trabalho tem como objetivo o desenvolvimento e a aplicação de métodos de caracterização de filmes ópticos, associados à sua estrutura inomogênea ou anisotrópica. Os materiais estudados são guias ópticos planares e filmes compósitos com propriedades ópticas não-lineares. Esses materiais são relevantes para aplicações na área de optoeletrônica e óptica integrada. O trabalho é dividido em duas partes principais. A primeira parte é dedicada à caracterização de guias de onda planares produzidos por troca iônica, vidros dopados com íons de Ag e/ou K, através de um e/ou dois processos de troca. O perfil de índice de refração é estudado através da técnica de Modos Guiados, uma técnica óptica empregada tradicionalmente em guias desse tipo. Em complementação a essa medida óptica, são realizadas medidas do perfil de concentração do íon dopante, empregando as técnicas de RBS e EDS. É dedicado um interesse especial pela região próxima à superfície da amostra, a região crítica na análise por Modos Guiados. Os métodos de Abelès-Hacskaylo e de Brewster-Pfund são estendidos a esses guias inomogêneos, permitindo a medida direta do valor do índice de refração superficial. Essa informação e os dados obtidos por Modos Guiados permitem a determinação de um perfil de índice de refração mais acurado ao longo da profundidade do guia. A segunda parte é dedicada ao estudo de materiais compósitos: filmes finos constituídos por uma matriz (silicato, silicato + PVP, e PMMA) dopada com moléculas orgânicas que apresentam propriedades ópticas não-lineares de segunda ordem (PNA, DR-1 e HBO-BO6). Nessas amostras, é aplicado um campo elétrico de alta voltagem (efeito corona), gerando um alinhamento dos cromóforos dopantes. Essa mudança na simetria estrutural do material, de isotrópica para uniaxial, é observada através da assimetria correspondente no valor do índice de refração (birrefringência). O valor da birrefringência induzida é obtido através da medida da variação da refletância de luz pelo material, auxiliada por medidas prévias das constantes ópticas do material por Elipsometria.