Submitted by Alice Araujo (alice.caraujo@ufpe.br) on 2018-04-23T21:59:03Z No. of bitstreams: 1 DISSERTAÇÃO sandra Johana Mendoza Carreño.pdf: 3806061 bytes, checksum: 9b85bb8807ff1bbf3ba879c053c6f5ec (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-23T21:59:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DISSERTAÇÃO sandra Johana Mendoza Carreño.pdf: 3806061 bytes, checksum: 9b85bb8807ff1bbf3ba879c053c6f5ec (MD5) Previous issue date: 2016-08-18 / CAPES / Este trabalho foi dedicado ao estudo dos lasers aleatórios, conversão ascendente de frequência, e a resposta não linear de segunda ordem em nanocristais de borato de alumínio contendo ítrio e neodímio. Serão discutidos temas como espalhamento da luz por nanopartículas, intensidade de retroespalhamento, ganho em meios desordenados, as transições energéticas entre os íons de neodímio, o segundo harmônico do feixe de excitação e do feixe de emissão, a soma de frequências, tempo de vida dos níveis de energia do neodímio, correlacionando as emissões características obtidas nos experimentos com a teoria de conversão ascendente de frequência assistida por um fóton para três transições permitidas no íon de neodímio. Quanto aos resultados serão apresentados (1) a primeira observação de laser aleatório em nanocristais de borato de alumínio com ítrio e neodímio, .−(), na temperatura ambiente, através da análise do comportamento da emissão espectral e temporal oriunda da transição 43/2 → 411/2 em torno de 1.06 (2) observação da resposta não linear de segunda ordem, para diferentes concentrações de neodímio; (3) a conversão ascendente de frequência para NdAB (()) associada a quatro diferentes transições ópticas. Os resultados apresentaram outra forma de analisar a cinética temporal da emissão do laser aleatório, permitindo uma separação da fração de emissão estimulada e espontânea e a comparação desse resultado com o estreitamento da largura de linha, típico de lasers aleatórios. Além disso, é apresentada uma análise da resposta da não linearidade de segunda ordem das amostras e a conversão ascendente de frequências assistida por um fóton com relação à dependência da temperatura e os tempos de vida dos níveis do 3+ nas várias amostras estudadas. / This work was dedicated to the study of random lasers, frequency up conversion, and nonlinear response of second order in nanocrystals of aluminum borate containing yttrium and neodymium. We discuss topics such as light scattering by nanoparticles, backscattering intensity gain in disordered media, energy transitions between energy levels of the neodymium ions, the second harmonic of the excitation beam and the beam emission, sum frequency, lifetime between two energy levels of nedoymium, correlating features emissions obtained in experiments with up conversion theory often assisted by a photon to three transitions allowed in the neodymium ion. The main results presented are: (1) the first observation of random laser in nanocrystals of yttrium aluminum borate and neodymium, .−(), at room temperature, by analyzing the behavior of the spectral and temporal signals associated to the transition 43/2 → 411/2around 1064nm, (2) observation of the nonlinear response of second order, to different concentrations of neodymium; (3) and up conversion frequency NdAB (()) nanocrystals associated with four different optical transitions. The results showed another way to analyze the temporal kinetics of emission of the random laser, allowing a separation of the stimulated and spontaneous emissions and comparing the results with the linewidth narrowing, typical of random laser. Also the second-order response of the samples and up conversion frequency assisted by one photon with respect to the temperature dependence and lifetime of the Nd3+ levels for the several samples studied.

RIQUELME PINCHEIRA, Pablo Isaias, também é conhecido em citações bibliográficas por: PINCHEIRA, Pablo Isaias Riquelme / Submitted by Pedro Barros (pedro.silvabarros@ufpe.br) on 2018-08-09T19:22:10Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) TESE Pablo Isaias Riquelme Pincheira.pdf: 4798605 bytes, checksum: e888652bfeb61519d22290b0b54c725b (MD5) / Approved for entry into archive by Alice Araujo (alice.caraujo@ufpe.br) on 2018-08-17T19:13:54Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) TESE Pablo Isaias Riquelme Pincheira.pdf: 4798605 bytes, checksum: e888652bfeb61519d22290b0b54c725b (MD5) / Made available in DSpace on 2018-08-17T19:13:54Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) TESE Pablo Isaias Riquelme Pincheira.pdf: 4798605 bytes, checksum: e888652bfeb61519d22290b0b54c725b (MD5) Previous issue date: 2017-01-18 / Since Albert Einstein established the foundations for stimulated emission of radiation in 1916, he paved a long road that culminated in the beginning of the 1960s with the invention of the laser. In a conventional laser avoiding losses by light scattering is very important. However, this paradigm is broken by the theoretical proposal of Letokhov in 1968, which says that in a disordered with gain, the scattering of light plays a positive role increasing the dwell time of light in an active medium, thereby increasing the laser amplification. Due to the disordered nature of the materials used was adopted the name Random Lasers (RLs). Random lasers have taken a new boom because they have recently been exploited as a photonic platform for studies of complex systems. This thesis covers this interdisciplinary approach that opens important new avenues for understanding the behavior of random lasers. We recently studied the intensity fluctuations in the emission of Random lasers, finding the existence of non-Gaussian statistics in these emissions behaving with Lévy-type statistics. On the other hand, in another set of theoretical and experimental work, the glassy behavior of random lasers was studied by other authors, which led to the recent experimental demonstration of symmetry replica breaking phase transition. The investigations mentioned above were taken separately, and in this work shows that these two phenomena are connected. In the first chapter we study the most important concepts of a conventional laser that are necessary to understand the random lasers. In the second chapter, we present the random lasers. We begin with the presentation of the main features of random lasers. Then, we present a connection between the phenomenon of speckle and random lasers where Speckle Contrast is used to demonstrate the multimodal nature of random lasers. This feature is applied to determine the number of modes in a random fiber laser. At the end of this chapter a work is presented where it is demonstrated for the first time Bichromatic random laser in a NdAl₃ (BO₃)₄ crystalline powder. This observation opens an avenue for random lasers applications, and, as a proof of concept, we demonstrate an optical thermometer owing to the thermal dependence of the RL emissions. The third chapter is dedicated to studying the fundamental concepts of complex systems, to understand the glassy behavior of light in random lasers. In chapter 4 essential rudiments are also given to understand Lévy statistics. In chapter 5 we show a work where we use employ the NdY BO random laser system to show that from a single set of measurement the physical origin of the complex correspondence between the Lévy fluctuation regime and the replica symmetry breaking transition to spin glass phase occurs. In chapter 6 shows the observation of replica symmetry breaking phase transition in a solution of Rhodamine and particles of TᵢO₂, where specially designed amorphous TᵢO₂ particles were synthesized to obtain identical copies of the system. / Desde que Albert Einstein estabeleceu as bases para a emissão estimulada da radiação em 1916, ele pavimentou uma longa estrada que culminou, no começo dos anos 1960, com a invenção do laser. Em um laser convencional, evitar perdas por espalhamento de luz é muito importante. No entanto, este paradigma é quebrado pela proposta teórica de Letokhov em 1968, que diz que em um meio desordenado com ganho, o espalhamento da luz desempenha um papel positivo aumentando a amplificação do laser. Devido à natureza desordenada dos materiais utilizados foi adotado o nome Random Lasers (RLs). Os lasers aleatórios tomaram um novo impulso porque foram explorados recentemente como uma plataforma fotônica para estudos de sistemas complexos. Esta tese estuda esta abordagem interdisciplinar que abre novas e importantes vias para a compreensão do comportamento de lasers aleatórios. Recentemente estudamos as flutuações de intensidade na emissão de lasers aleatórios, encontrando a existência de estatísticas não gaussianas nessas emissões que se comportam como estatísticas tipo Lévy. Por outro lado, em outro conjunto de trabalhos teóricos e experimentais, o comportamento tipo vidro de spin de lasers aleatórios foi estudado por outros autores, o que levou à recente demonstração experimental de transição de fase com quebra de simetria de réplica. As investigações mencionadas acima foram realizadas separadamente, e neste trabalho mostramos que esses dois fenômenos estão conectados. No primeiro capítulo estudamos os conceitos mais importantes de um laser convencional que são necessários para entender os lasers aleatórios. No segundo capítulo, apresentamos os lasers aleatórios. Começamos com a apresentação das principais características de lasers aleatórios. Em seguida, apresentamos uma conexão entre o fenômeno de speckle e lasers aleatórios onde Speckle Contrast é usado para demonstrar a natureza multimodal de lasers aleatórios. Esta característica é aplicada para determinar o número de modos de um laser aleatório de fibra. No final deste capítulo é apresentado um trabalho onde é demonstrado pela primeira vez o laser aleatório bicromático em um pó cristalino NdAl₃ (BO₃)₄. Esta observação abre caminho para aplicações lasers aleatórios e, como prova deste conceito, demonstramos um termômetro óptico devido à dependência térmica das emissões de RL. O terceiro capítulo é dedicado a estudar os conceitos fundamentais de sistemas complexos, para entender o comportamento tipo vidro de spin da luz em lasers aleatórios. No capítulo quatro, rudimentos essenciais também são descritos para entender as estatísticas de Lévy. No capítulo cinco mostramos um trabalho onde usamos o sistema de laser aleatório NdY BO para mostrar que a partir de um único conjunto de medições ocorre a origem física da correspondência complexa entre o regime de flutuação de Lévy e a transição de simetria de réplicas para a fase de vidro de spin. No capítulo seis, observa-se a transição de fase de ruptura de simetria de réplicas em uma solução de Rhodamine e partículas de TᵢO₂, onde se sintetizaram partículas de TᵢO₂ amorfas especialmente projetadas para obter cópias idênticas do sistema.

Made available in DSpace on 2014-06-12T18:02:45Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo2425_1.pdf: 3082700 bytes, checksum: 92455b1966dd234a3bd5c8a909cf80c9 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2009 / Universidade Federal de Pernambuco / Nesta dissertação são apresentados resultados experimentais que demonstram a operação de um laser aleatório constituído por um meio fortemente espalhador que contém partículas dopadas com íons de neodímio. As partículas, de formas irregulares e tamanho da ordem de 30 m, foram obtidas após pulverizarmos vidros fluoroindatos dopados com três diferentes concentrações em mol% de Nd3+: 0,5; 1,0; e 3,0. Apresentamos resultados de emissão por conversão ascendente de freqüência envolvendo Nd3+ (processo anti-Stokes). O bombeamento óptico é feito por um laser de corante centrado em 575 nm (pulsos de 10 ns; taxa de repetição de 5 Hz), em ressonância com a transição 4 I9/2 → 2 G7/2 do Nd3+. A emissão do laser aleatório ocorre em 381 nm, sendo mais eficiente na amostra que contém 3% de Nd3+. A emissão anti-Stokes ocorre devido a um processo de transferência de energia entre íons de Nd3+. Os comportamentos espectral e temporal são analisados para a caracterização do laser aleatório

Neste trabalho serão apresentados novos métodos baseados na geração e controle de comprimento de onda em lasers aleatórios e lasers de diodo. Na primeira parte do trabalho será demonstrado um laser aleatório com realimentação localizada em filmes em biopolímeros dopado com corante. O filme é constituído por um ácido desoxirribonucleico e cloreto de cetiltrimetilamônio (DNA-CTMA) dopado com DCM. No dispositivo proposto, a realimentação óptica para o laser aleatório é dada por centros de dispersão posicionados aleatoriamente ao longo das bordas da área ativa. Os elementos de dispersão são nanopartículas de dióxido de titânio (TiO2) ou defeitos aleatórios na interface entre o polímero ativo e ar. Diferentes espectros de emissão são observados, dependendo da geometria da área excitada. Um único ressonador aleatório com dimensões de 2.6 x 0.65 mm2 foi fabricado com emissão aleatória com realimentação obtida pela excitação do dispositivo por completo. A segunda parte deste trabalho apresenta um novo método para a geração e manipulação de franjas de contorno por meio de interferometria speckle com comprimento de onda sintética, usando um único laser de diodo com cavidade externa. A cavidade externa permite sintonizar duas emissões simultaneamente, o que por sua vez muda o intervalo entre as franjas de contorno do interferômetro, além de aumentar a estabilidade do laser. Uma análise de Fourier é proposta como alternativa para medir o comprimento de onda sintético resultante das duas emissões do laser. / In this work, a new method is presented based on generating and controlling the wavelengths emitted by diode lasers and random lasers. In the first part of this work, resonant feedback random lasing from dye-doped biopolymer films is reported, consisting of a deoxyribonucleic acid and cetyltrimethylammonium (DNA-CTMA) complex doped with DCM dye. In the device, the optical feedback for random lasing is given by scattering centers randomly positioned along the edges of the active area. Scattering elements are either titanium dioxide nanoparticles or random defects at the interface between active polymer and air. Different emission spectra are observed, depending on the geometry of the excited area. A single random resonator with dimensions of 2.6 mm x 0.65 mm is fabricated and random emission with resonant feedback is obtained by uniformly pumping the full device. The second part of this work presents a new method for generating and manipulating contour fringes produced with a single external cavity diode laser in a multi-wavelength speckle interferometer. The external cavity allows tuning two simultaneous emissions, which in turn changes the contour interval of interference fringes and also improves laser stability. A Fourier analysis is applied as an alternative method for acquiring the resulting synthetic wavelength from both emissions.

Neste trabalho apresentamos estruturas poliméricas funcionalizadas com nanotubos de carbono, as quais são processadas utilizando técnicas de fabricação a laser. Inicialmente apresentamos uma metodologia para incorporar nanotubos de carbono de parede simples, funcionalizados com ácido carboxílico (NTCPS-COOH) em resinas acrílicas. A funcionalização dessas resinas foi alcançada, sendo possível incorporar nanotubos em uma faixa de 0,01% até 1%, em peso. Adicionalmente, visando aplicações em óptica e optoeletrônica, a inserção de Rodamina B ou MEH-PPV junto às resinas funcionalizadas com nanotubos também foi realizada. Através da técnica de polimerização via absorção multifotônica, microestruturas tridimensionais com boa resolução (aproximadamente 650 nm) e integridade foram fabricadas com essas resinas. A espectroscopia Raman mostrou que os NTCSPS-COOH estão distribuídos por todo o interior das microestruturas, característica necessária para aplicação em dispositivos. A funcionalização das estruturas não se restringiu apenas ao volume. Microestruturas acrílicas foram funcionalizadas com NTCPS-COOH apenas em sua superfície, utilizando a combinação das técnicas de adição de Michael e acoplamento carbodiimida. Análises Raman mostraram também uma boa distribuição dos nanotubos na superfície das amostras funcionalizadas. Mesmo as estruturas que foram funcionalizadas com baixas concentrações de NTCPS-COOH exibiram melhorias nas propriedades mecânicas e elétricas. Estruturas funcionalizadas com 0,01% (em peso) de NTCPS-COOH se mostraram mais resistentes em ensaios de indentação do que as amostras não funcionalizadas. Do ponto de vista elétrico, estruturas com a mesma faixa de funcionalização apresentaram condutividade elétrica superior em duas ordens de grandeza em comparação ao polímero acrílico puro. Por fim, estruturas macroscópicas funcionalizadas com Rodamina B e nanotubos de carbono apresentam potencial aplicabilidade em experimentos de laseres aleatórios. Utilizando microestruturação direta a laser, a fabricação de padrões periódicos dentro dessas estruturas alterou a emissão característica do laser aleatório, fixando os picos de emissão em comprimentos de onda específicos. / In this work we present polymeric structures functionalized with carbon nanotubes, which are processed using laser fabrication techniques. Firstly, we present a methodology to incorporate single-walled carbon nanotubes, functionalized with carboxylic acid (SWCNT-COOH) into acrylate resins. The resins functionalization was obtained, being possible to incorporate nanotubes in a range of 0.01% to 1% by weight. In addition, aiming at optical and optoelectronic applications, such functionalized resins can also be mixed with Rhodamine B or MEH-PPV. Through the multiphoton absorption polymerization technique, threedimensional microstructures presenting good resolution (approximately 650 nm) and integrity were fabricated using these resins. Raman spectroscopy showed that SWCNT-COOH are distributed throughout the volume of the microstructures, a required feature for devices applications. The structures functionalization was not restricted just to the volume. Acrylate microstructures were functionalized with SWCNT-COOH only on their surface, using the combination of Michael addition and carbodiimide coupling techniques. Raman analyzes also showed good distribution of the nanotubes on the polymeric surface. Even structures which were functionalized with low concentrations of SWCNT-COOH exhibited improvements in mechanical and electrical properties. Functionalized structures with 0.01% (by weight) of SWCNT-COOH proved to be more resistant in indentation tests than non-functionalized samples. Regarding the electrical properties, structures with the same functionalization range showed higher conductivity (in two orders) compared to the pure acrylate polymer. Finally, macroscopic structures, functionalized with Rhodamine B and carbon nanotubes present potential applicability in random laser experiments. Using direct laser writing, periodic patterns were fabricated within these functionalized structures, changing the characteristic emission of the random laser, setting the emission peaks at specific wavelengths.

Neste trabalho apresentamos estruturas poliméricas funcionalizadas com nanotubos de carbono, as quais são processadas utilizando técnicas de fabricação a laser. Inicialmente apresentamos uma metodologia para incorporar nanotubos de carbono de parede simples, funcionalizados com ácido carboxílico (NTCPS-COOH) em resinas acrílicas. A funcionalização dessas resinas foi alcançada, sendo possível incorporar nanotubos em uma faixa de 0,01% até 1%, em peso. Adicionalmente, visando aplicações em óptica e optoeletrônica, a inserção de Rodamina B ou MEH-PPV junto às resinas funcionalizadas com nanotubos também foi realizada. Através da técnica de polimerização via absorção multifotônica, microestruturas tridimensionais com boa resolução (aproximadamente 650 nm) e integridade foram fabricadas com essas resinas. A espectroscopia Raman mostrou que os NTCSPS-COOH estão distribuídos por todo o interior das microestruturas, característica necessária para aplicação em dispositivos. A funcionalização das estruturas não se restringiu apenas ao volume. Microestruturas acrílicas foram funcionalizadas com NTCPS-COOH apenas em sua superfície, utilizando a combinação das técnicas de adição de Michael e acoplamento carbodiimida. Análises Raman mostraram também uma boa distribuição dos nanotubos na superfície das amostras funcionalizadas. Mesmo as estruturas que foram funcionalizadas com baixas concentrações de NTCPS-COOH exibiram melhorias nas propriedades mecânicas e elétricas. Estruturas funcionalizadas com 0,01% (em peso) de NTCPS-COOH se mostraram mais resistentes em ensaios de indentação do que as amostras não funcionalizadas. Do ponto de vista elétrico, estruturas com a mesma faixa de funcionalização apresentaram condutividade elétrica superior em duas ordens de grandeza em comparação ao polímero acrílico puro. Por fim, estruturas macroscópicas funcionalizadas com Rodamina B e nanotubos de carbono apresentam potencial aplicabilidade em experimentos de laseres aleatórios. Utilizando microestruturação direta a laser, a fabricação de padrões periódicos dentro dessas estruturas alterou a emissão característica do laser aleatório, fixando os picos de emissão em comprimentos de onda específicos. / In this work we present polymeric structures functionalized with carbon nanotubes, which are processed using laser fabrication techniques. Firstly, we present a methodology to incorporate single-walled carbon nanotubes, functionalized with carboxylic acid (SWCNT-COOH) into acrylate resins. The resins functionalization was obtained, being possible to incorporate nanotubes in a range of 0.01% to 1% by weight. In addition, aiming at optical and optoelectronic applications, such functionalized resins can also be mixed with Rhodamine B or MEH-PPV. Through the multiphoton absorption polymerization technique, threedimensional microstructures presenting good resolution (approximately 650 nm) and integrity were fabricated using these resins. Raman spectroscopy showed that SWCNT-COOH are distributed throughout the volume of the microstructures, a required feature for devices applications. The structures functionalization was not restricted just to the volume. Acrylate microstructures were functionalized with SWCNT-COOH only on their surface, using the combination of Michael addition and carbodiimide coupling techniques. Raman analyzes also showed good distribution of the nanotubes on the polymeric surface. Even structures which were functionalized with low concentrations of SWCNT-COOH exhibited improvements in mechanical and electrical properties. Functionalized structures with 0.01% (by weight) of SWCNT-COOH proved to be more resistant in indentation tests than non-functionalized samples. Regarding the electrical properties, structures with the same functionalization range showed higher conductivity (in two orders) compared to the pure acrylate polymer. Finally, macroscopic structures, functionalized with Rhodamine B and carbon nanotubes present potential applicability in random laser experiments. Using direct laser writing, periodic patterns were fabricated within these functionalized structures, changing the characteristic emission of the random laser, setting the emission peaks at specific wavelengths.

Submitted by Irene Nascimento (irene.kessia@ufpe.br) on 2016-07-11T19:05:22Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) TESE Renato Barbosa da Silva.pdf: 6315157 bytes, checksum: 2b3ac093113d303d28b902d531315c52 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-07-11T19:05:22Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) TESE Renato Barbosa da Silva.pdf: 6315157 bytes, checksum: 2b3ac093113d303d28b902d531315c52 (MD5) Previous issue date: 2015-08-27 / CAPES / Diferentes tipos de materiais foram abordados nesta tese visando sua possível aplicação na fotônica. Por isso, o texto foi dividido em duas partes. A Parte 1 trata da preparação de materiais para a aplicação em laser aleatório. O primeiro material sintetizado foram as nanocascas metálicas, cuja estrutura é formada por um caroço de sílica com uma casca metálica ao seu redor. Assim, foi descrito um procedimento experimental melhorado com o intuito de se obter nanocascas de ouro e de prata de maneira mais reprodutível no menor tempo possível. Neste experimento, foi demostrado que a taxa de agitação no final da síntese tem importante influência na formação ou não das nanocascas metálicas. O crescimento de nanocascas de ouro e prata ocorria para taxas de 190 rpm e 1500 rpm respectivamente. O segundo material consistiu de partículas sub-micrométricas de sílica com corante rodamina 640 encapsulado. O encapsulamento ocorreu pela simples adição de uma solução do corante durante a síntese das partículas de sílica. Assim, para uma concentração de corante de 10-2 M, foi descrito um experimento de laser aleatório bicromático. Ao contrário de outros trabalhos na literatura foi possível controlar a emissão do laser aleatório apenas mudando a intensidade de excitação. Durante estes experimentos também foi verificada a existência de frequency-pulling entre dímeros e monômeros nos experimentos. Finalmente na Parte 2 é discutida a síntese e caracterização de nanocristais de silício (ncSi). Os ncSi apresentam luminescência cujo comprimento de onda pode ser controlado variando o tamanho dos nanocristais. A síntese foi baseada no processamento termal em altas temperaturas do hidrossilicato HSiO1.5, derivado do triclorossilano (HSiCl3). Em seguida, os vidros são finamente macerados num almofariz e pistilo de ágata antes dos ncSi serem extraídos via extração ácida. Neste experimento o objetivo foi obter nanocristais de silício monodispersos sem a utilização de etapas pós-síntese como a ultracentrifugação. O objetivo foi alcançado adicionando cloreto de sódio (NaCl) durante a etapa maceração, com o intuito de diminuir o tamanho dos grãos e garantir uma extração uniforme dos mesmos / Different materials were reported in this thesis aiming their possible photonic applications. Therefore the content of this thesis was distributed in two parts. Part 1 is related to the synthesis of materials for applications in random laser. The first material synthesized were the metallic nanoshells, which structure is based in a silica core and a metallic shell around it. An improved experimental method was reported for synthesize gold and silver nanoshells in order to guarantee the reproducibility and decrease the time necessary for synthesis. It was shown that the stirring rate at the end of synthesis plays an important role on the growth of metallic nanoshells. The growth of gold nanoshells was performed using a stirring rate of 190 rpm, on the other hand, the growth of silver nanoshells was performed using a stirring rate of 1500 rpm. The second material consisted of sub-micrometer silica particles whith encapsulated rhodamine 640. The encapsulation was made by the simple addition of a dye solution to do during a Synthesis of silica particles. An bichromatic random laser was operated using a concentration of 10-2 M of laser dye. Unlike other works in the literature it was possible to control the emission of the random laser only changing the intensity of the excitation source. These experiments were also revealed the possibility of frequency-pulling between dimers and monomers of rhodamine through the shift of the laser emission. Finally, in Part 2 it is discussed the synthesis and characterization of silicon nanocrystals (ncSi). The ncSi present luminescence that can be tunable by changing the ncSi sizes The synthesis was based on the thermal processing at high temperatures of HSiO1.5 hydrosilicate derivative of trichlorosilane (HSiCl3). Then, the glasses are finely grounded in a agate mortar and pestle before been extracted via an acid etching. In this experiment the objective was to obtain monodisperse nanocrystals of silicon without the use of post-synthesis steps such as ultracentrifugation. The objective was reached added sodium chloride (NaCl) during the ground step in order to decrease the size of grain for to obtain a uniform etching.

Neste trabalho serão apresentados novos métodos baseados na geração e controle de comprimento de onda em lasers aleatórios e lasers de diodo. Na primeira parte do trabalho será demonstrado um laser aleatório com realimentação localizada em filmes em biopolímeros dopado com corante. O filme é constituído por um ácido desoxirribonucleico e cloreto de cetiltrimetilamônio (DNA-CTMA) dopado com DCM. No dispositivo proposto, a realimentação óptica para o laser aleatório é dada por centros de dispersão posicionados aleatoriamente ao longo das bordas da área ativa. Os elementos de dispersão são nanopartículas de dióxido de titânio (TiO2) ou defeitos aleatórios na interface entre o polímero ativo e ar. Diferentes espectros de emissão são observados, dependendo da geometria da área excitada. Um único ressonador aleatório com dimensões de 2.6 x 0.65 mm2 foi fabricado com emissão aleatória com realimentação obtida pela excitação do dispositivo por completo. A segunda parte deste trabalho apresenta um novo método para a geração e manipulação de franjas de contorno por meio de interferometria speckle com comprimento de onda sintética, usando um único laser de diodo com cavidade externa. A cavidade externa permite sintonizar duas emissões simultaneamente, o que por sua vez muda o intervalo entre as franjas de contorno do interferômetro, além de aumentar a estabilidade do laser. Uma análise de Fourier é proposta como alternativa para medir o comprimento de onda sintético resultante das duas emissões do laser. / In this work, a new method is presented based on generating and controlling the wavelengths emitted by diode lasers and random lasers. In the first part of this work, resonant feedback random lasing from dye-doped biopolymer films is reported, consisting of a deoxyribonucleic acid and cetyltrimethylammonium (DNA-CTMA) complex doped with DCM dye. In the device, the optical feedback for random lasing is given by scattering centers randomly positioned along the edges of the active area. Scattering elements are either titanium dioxide nanoparticles or random defects at the interface between active polymer and air. Different emission spectra are observed, depending on the geometry of the excited area. A single random resonator with dimensions of 2.6 mm x 0.65 mm is fabricated and random emission with resonant feedback is obtained by uniformly pumping the full device. The second part of this work presents a new method for generating and manipulating contour fringes produced with a single external cavity diode laser in a multi-wavelength speckle interferometer. The external cavity allows tuning two simultaneous emissions, which in turn changes the contour interval of interference fringes and also improves laser stability. A Fourier analysis is applied as an alternative method for acquiring the resulting synthetic wavelength from both emissions.

Submitted by Alexandra Feitosa (alexandra.feitosa@ufpe.br) on 2017-07-24T13:44:54Z No. of bitstreams: 1 2011-Dissertação-DeniseSantos.pdf: 1719957 bytes, checksum: b5e452e2896a290b445f98527588536b (MD5) / Made available in DSpace on 2017-07-24T13:44:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2011-Dissertação-DeniseSantos.pdf: 1719957 bytes, checksum: b5e452e2896a290b445f98527588536b (MD5) Previous issue date: 2011-09-02 / Neste trabalho, estudamos mecanismos de operação de lasers com realimentação por espa-lhamento de luz. Foram usados dois sistemas físicos: colóides consistindo de nanopartículase moléculas de rodamina dissolvidas em álcool e partículas dielétricas contendo rodamina noseu interior. No primeiro, as partículas espalhadoras (nanoesferas de sílica envoltas por umananocasca de ouro) têm diâmetros da ordem do comprimento de onda da luz e usamos a teoriade Mie para entender o comportamento do sistema. Já no segundo, trabalhamos com esferas desílica de dezenas de micrômetros, nas quais o comportamento da luz pode ser descrito atravésda óptica geométrica.Na primeira etapa verificamos que a colocação de uma nanocasca metálica nas partícu-las espalhadoras contribui para o engrandecimento da seção de choque de espalhamento e docampo eletromagnético local, permitindo obtermos lasers aleatórios com um limiar de operaçãomenor do que é obtido com dielétricos. Medimos o espectro de emissão em função da fluênciado bombeamento tanto da suspensão de partículas em uma cubeta como também colocando asuspensão de partículas no núcleo de uma fibra microestruturada ("random fiber laser"). Foipossível, em ambos os casos, verificar uma redução da largura de linha e comportamento nãolinear da luminescência, compatíveis com uma operação tipo laser, como desejávamos. Entre-tanto, verificamos uma diminuição do sinal devido à ablação das nanocascas.Realizamos também um breve estudo da medida do Livre Caminho Médio (LCM) dosfótons no meio aleatório. Para a medida do LCM foi analisada a distribuição espacial da in-tensidade de luz devido ao retro-espalhamento. A técnica utilizada, conhecida comoCoherentBackscattering, é baseada na consideração de que ondas viajando com momentos reversos emum meio espalhador interferem construtivamente gerando um padrão de intensidade, na di-reção de retro-emissão, que tem a forma de um cone, cuja largura é determinada pela distânciamédia que o fóton percorre no meio espalhador, entre duas colisões sucessivas. O LCM é umparâmetro importante para a caracterização de lasers aleatórios.Na segunda etapa, esferas de sílica de dezenas de micrômetros contendo rodamina em seuinterior foram bombeadas individualmente. Partículas com essas dimensões são capazes deconfinar o campo eletromagnético. Esse confinamento é então utilizado como mecanismo derealimentação para a amplificação do campo e operação tipo laser. A emissão do corante nessasmicroestruturas ocorre em conjuntos discretos de frequências, de acordo com os modos resso-nantes da cavidade esférica que são chamados Modos de Galeria de Sussurro. Este sistema foiestudado em detalhes e foi determinado o limiar de operação do laser em tais microcavidades. / In this work, we studied mechanisms for operation of lasers with feedback provided by scat-tering of light. We used two types of physical systems: 1 -colloids consisting of nanoparticlesand rhodamine molecules dissolved in alcohol, 2 - dielectric particles containing rhodamine. Inthe first regime, the scattering particles (nanospheres of silica surrounded by a gold nanoshell)have diameters on the order of the light wavelength and Mie theory was used to understand thebehavior of the system. In the second, we worked with silica spheres of tens of micrometers,whose behavior can be described by geometrical optics.In the first stage of the study, we found that metalic nanoshells suspended in a colloid withrhodamine contribute to enhancement of the local electromagnetic field, allowing to obtain arandom laser operating with a threshold lower than it is achieved with dielectric scatterers, andobtained considerable reduction in the emission spectral width. We performed measurementsof the emission spectrum as a function of the pumping fluence both in particle suspension ina cuvette as well as placing the suspension of particles in the core of a microstructured fiber("Random Fiber Laser"). The latter allows us to perform experiments using a concentration ofscatterers from 3 to 4 orders of magnitude lower than measurements performed with cuvettes.It was possible, in both cases to verify a reduction of line width and non-linear behavior of theluminescence, consistent with laser operation, as we wished. However, we found a decrease insignal due to ablation of nanoslells.We also studied of the mean free path of the photons in a random media. To measure themean free path, the spatial distribution of light intensity due to backscattering was analyzed.The technique, known as Coherent Backscattering of Light, is based on the consideration thatwaves traveling in time-reversed paths through a scattering medium interfere constructively,generating an intensity pattern in the direction of retro-emission, which is shaped like a cone,whose width is determined by the average distance that the photon travels through the scatteringmedia between two successive collisions. The mean free path is a important parameter for thecharacterization of random lasers.In the second stage of the work, silica spheres of tens of micrometers containing rhodaminewere individually pumped. Particles with these dimensions are able to confine the electro-magnetic field. This confinement provides a feedback mechanism for light amplification andlaser operation. The dye emission in these microstructures occurs in discrete sets of frequen-cies, according to the resonant modes of the spherical cavity, which are called WhisperingGallery Modes. This system has been studied in detail and we determined the threshold oflaser operation in such cavities.

Made available in DSpace on 2015-05-14T12:14:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 2407959 bytes, checksum: db27c0e32c73a0b37eaa484bdc506772 (MD5) Previous issue date: 2009-01-22 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / The approach of this thesis is study the laser emission from highly scattering media with gain with incoherent feedback. These systems are called of random lasers and diverge from the typical laser, because they can emit monochrome light with high intensity without a cavity. We detail several experimental studies in samples containing different rhodamines in solution containing TiO2 nanoparticles, which provide the feedback to lasing. The nanoparticles densities were chosen for random laser system remains in a diffusive regime. In this regime, the probability of the photon return to the starting point of incidence is unlikely; therefore the interference effects of waves associated to the photons can be neglected and the feedback is incoherent. We study de dependence of random laser threshold on both dye concentration C and scatterers density N. We showed that the dependence of random laser threshold on the nanoparticles density is a power law N-α, but the exponent α depends on the dye concentration. We used the novel random laser spectroscopy technique to study de binding energy between molecules in the dimers, our results agree very well with those found by other authors who used traditional methods. We also showed, by the first time, the random laser emission from aqueous solution containing rhodamines 6G and TiO2 nanoparticles, Sodium Dodecyl Sulfate (SDS) was added to dissolve the dye aggregates. / A emissão de luz tipo laser a partir de meios altamente espalhadores com ganho com realimentação incoerente é a abordagem desta tese. Estes meios são altamente desordenados e divergem do conceito tradicional do laser convencional, pois eles podem emitir luz muito intensa e monocromática sem a necessidade de uma cavidade. Ao longo dessa tese, detalhamos diversos estudos experimentais onde temos usado diversos corantes lasers da família das rodaminas em solução, às soluções temos adicionado nanopartículas de TiO2, tais nanopartículas realizam o papel de meio espalhador. O regime de espalhamento nesse sistema é difusivo pelo que a probabilidade do fóton confinado retornar ao ponto inicial de incidência é pouco provável, por tanto qualquer efeito de interferência das ondas associadas aos fótons podem ser negligenciadas. No capítulo 1 é feita uma apresentação rápida dos conceitos fundamentais sobre lasers e detalhando a física dos lasers de corante, logo falamos sobre o processo de espalhamento múltiplo de fótons. Iniciamos o capítulo 2 fazendo uma revisão histórica do laser aleatório com realimentação incoerente e discutimos alguns mecanismos que podem estar envolvidos no processo de geração de luz com características laser. No capítulo 4 apresentamos resultados de um estudo meticuloso sobre o limiar em lasers aleatórios considerando a influência tanto da densidade de espalhadores como da concentração de corante O capítulo 5 é dedicado ao estudo da influencia da agregação molecular e da emissão bicromática nas propriedades da emissão de um laser aleatório quando a concentração do meio de ganho é relativamente alta. No capítulo 6 apresentamos um novo método baseado na emissão de sistemas laser aleatório para determinar a energia de ligação entre moléculas individuais que se juntaram para formar agregados. Essa agregação sempre acontece entre as de moléculas de corante em solução, formando assim dímeros, trímeros, etc. Em primeira aproximação podemos falar de dimerização que é a formação de unicamente dímeros no processo global da agregação. Para descrever teoricamente essa nova técnica, utilizamos um modelo excitônico baseado na teoria quântica que explica como devido á dimerização a banda de absorção do monômero se desdobra em duas novas bandas: uma a altas energias (banda H) e outra a baixas energias (banda J). Os nossos resultados concordam muito bem com aqueles obtidos através de técnicas de absorção que são um tanto mais complicadas de se realizar experimentalmente. Usando nossa técnica determinamos a energia de ligação entre dímeros formados em diversos tipos de corantes da família das rodaminas. Finalmente, no capítulo 7 mostramos que possível se obter um laser aleatório com alta eficiência a partir de soluções aquosas contendo rodamina 6G. Nós adicionamos Dodecil Sulfato de Sódio (SDS, sigla em inglês), um surfactante aniônico, a uma solução de rodamina 6G (catiônica). Ambos os componentes foram preparados em diferentes concentrações. A ação do SDS sobre a rodamina 6G é inibir a agregação molecular e reorientar as moléculas agregadas remanescentes na solução a fim de formar agregados fluorescentes. Mostramos também que a eficiência deste tipo de sistemas atinge seu máximo para concentrações pouco acima da concentração micelar critica do SDS.