La texturisation de matériaux par irradiation laser ultracourt est un procédé permettant de modifier les propriétés optiques et électriques de la matière en formant des nano et microstructures en surface, apparaissant au cours des irradiations successives. Le contrôle du procédé et le développement des applications nécessitent une compréhension des mécanismes mis en jeu. Les processus intervenant sont étudiés à l'aide de simulations numériques, et sont comparés à des résultats expérimentaux. L'étude est menée dans le cadre de l'augmentation du rendement des cellules photovoltaïques basées sur du silicium massif. / Ultrashort laser pulsed texturing is a process which allows to modify optical and electrical properties of matter, through formation of nano and micro structures on surface, appearing from pulse to pulse. Control of the process and developments of the potential applications need a good knowledge of the formation mechanisms. Processes occuring during the interaction are studied using numerical simulations and are compared to experimental results. The study aims to increase the efficiency of solar cells based on bulk silicon.

Im Rahmen dieser Arbeit wurden zwei verschiedene Typen von Halbleiterlasern mit verteilter Rückkopplung (DFB-Laser) entwickelt. Die Laser basieren auf Rippenwellenleitern und verfügen zusätzlich über ein dazu senkrecht orientiertes Metallgitter. Der evaneszente Teil der im Rippenwellenleiter geführten Lichtwelle überlappt mit dem Gitter. Durch diese periodische Variation des effektiven Brechungsindex wird die verteilte Rückkopplung gewährleistet, was eine longitudinal monomodige Laseremission zur Folge hat. Beiden Lasertypen ist gemeinsam, dass der Herstellungsprozess auf einem vom Materialsystem unabhängigen Konzept basiert. Diese Tatsache ist von besonderem Interesse, da so entsprechende Laser für unterschiedlichste Wellenlängenbereiche gefertigt werden können, ohne hierfür neue Herstellungsverfahren zu entwickeln. Den ersten Schwerpunkt der Arbeit bilden Untersuchungen zu sog. abstimmbaren Lasern, deren Emissionswellenlänge innerhalb eines relativ großen Bereichs quasikontinuierlich einstellbar ist. Der Abstimmmechanismus kann mit dem Vernier-Prinzip erklärt werden. Der Laser besteht hierbei aus zwei gekoppelten Segmenten, die jeweils über eine Reihe von Moden (Modenkamm) verfügen. Der Abstand der Moden innerhalb eines Segments ist konstant, wohingegen die Modenabstände der beiden Segmente leicht unterschiedlich sind. Die Emissionswellenlänge des Lasers ist bestimmt durch den Überlapp zweier Moden aus den beiden Segmenten, wobei die Modenkämme so ausgelegt sind, dass gleichzeitig maximal ein Modenpaar überlappt. Eine kleine relative Verschiebung der beiden Modenkämme führt zu einer vergleichsweise großen Verschiebung der Emissionswellenlänge auf Grund des veränderten Überlapps. Die Modenkämme wurden durch spezielle DFB-Gitter, sog. binary superimposed gratings (BSG), realisiert, die, anders als bei konventionellen DFB-Lasern, für mehrere Bragg-Wellenlängen konstruktive Interferenz zulassen und erstmalig bei DFB-Lasern eingesetzt wurden. BSGs zeichnen sich durch sehr gute optische Eigenschaften bei gleichzeitig einfacher Herstellung aus. Zum Abstimmen der Wellenlänge wurde der Brechungsindex des Lasers gezielt durch den Injektionsstrom bzw. die Bauteiltemperatur verändert. Im Rahmen dieser Arbeit konnten abstimmbare Laser auf unterschiedlichen Materialsystemen (InGaAs/GaAs, GaInNAs/GaAs, InGaAsP/InP) hergestellt werden. Der maximale diskrete Abstimmbereich beträgt 38 nm bzw. 8,9 THz und ist durch die Breite des Verstärkungsspektrums limitiert. Quasikontinuierlich konnte ein Abstimmbereich von 15 nm bzw. 3,9 THz erreicht werden. Die typische minimale Seitenmodenunterdrückung (SMSR) beträgt 30 bis 35 dB. Durch Hinzufügen eines dritten Segments ohne Gitter konnte die Ausgangsleistung unabhängig von der Wellenlänge konstant gehalten werden. Den zweiten Schwerpunkt der Arbeit bildet die Entwicklung von DFB-Laser-Arrays mit dem Ziel, longitudinal monomodige Laser mit hoher Ausgangsleistung zu erhalten. Die DFB-Laser-Arrays basieren auf dem oben beschriebenen Prinzip von DFB-Lasern mit lateralem Metallgitter und verfügen über mehrere Rippenwellenleiter, die im lateralen Abstand von wenigen Mikrometern angeordnet sind. Für große Abstände zwischen den einzelnen Lasern des Arrays (Elemente) emittieren diese, weitgehend unabhängig von einander, jeweils longitudinal monomodiges Licht (quasimonochromatische Emission). Die spektrale Breite beträgt hierbei typischerweise 50 bis 70 GHz. Für kleine Elementabstände koppeln die einzelnen Lichtwellen miteinander, was zu einer mit einem konventionellen DFB-Laser vergleichbaren Linienbreite führt. Während die ungekoppelten Arrays über ein gaußförmiges Fernfeld verfügen, ergibt sich für die gekoppelten Arrays ein Interferenzmuster, das stark von verschiedenen Laserparametern (wie z. B. dem Elementabstand) abhängt. Bei InGaAs/GaAs basierenden Arrays (Wellenlänge ca. 980 nm) ergibt sich für DFB-Laser-Arrays mit vier Elementen eine Ausgangsleistung von ca. 200 mW pro Facette, die durch die Wärmeabfuhr begrenzt wird. Trotz der starken thermischen Limitierung (die Laser waren nicht aufgebaut) konnte die 3,5-fache Ausgangsleistung eines Referenzlasers erzielt werden. Bei InGaSb/GaSb basierenden Arrays mit vier Elementen (Wellenlänge ca. 2,0 µm) konnte eine Ausgangsleistung von ca. 30 mW pro Facette erreicht werden, was dem 3,3-fachen eines Referenzlasers entspricht. Die Verwendung von DFB-Laser-Arrays führt folglich zu einer signifikanten Leistungssteigerung, die sich durch geeignete Maßnahmen (Facettenvergütung, Montage, Skalierung) noch weiter erhöhen ließe. / This thesis covers the development of two different types of semiconductor lasers with distributed feedback (DFB). The lasers are based on ridge waveguides and possess an additional metal grating that is oriented perpendicular to the ridge waveguide. The evanescent part of the guided light overlaps with the grating. Due to periodic modulation of the effective refractive index a distributed feedback is accomplished which leads to a longitudinal single mode laser emission. Both lasers have in common, that the manufacturing process is independent of the material system. This fact is of particular interest because one can easily fabricate lasers in different wavelength ranges without having to develop a new manufacturing process. The first part of the thesis covers investigations on tunable lasers. The emission wavelength can be tuned quasi continuous within a relatively large range. The tuning mechanism can be described by the Vernier effect. The laser consists of two coupled cavities, each having a series of well defined modes. The modes are equally spaced within a cavity, whereas the mode spacing between the two cavities is slightly different. The emission wavelength of the device is determined by the overlap of two modes from either cavity. By applying this concept, one can use a relatively small shift of the cavity modes to obtain a rather large shift of the emission wavelength of the laser. The mode spectra have been realized by using so called binary superimposed gratings (BSG). This allows constructive interference for several Bragg wavelengths. BSGs show excellent optical properties as well as an easy fabrication process and have been applied to DFB-lasers for the first time. The wavelength tuning is accomplished by a well directed way of varying the injection currents and the device temperature, respectively. In this thesis, tunable lasers have been demonstrated on a variety of material systems (InGaAs/GaAs, GaInNAs/GaAs, InGaAsP/InP). The maximum discrete tuning range is 38 nm and 8.9 THz, respectively and is limited by the width of the gain spectrum. The maximum quasi continuous tuning range is 15 nm and 3,9 THz, respectively. The typical minimum side mode suppression ratio (SMSR) is 30 to 35 dB. By adding a third segment without any grating, one can keep the output power at a constant level independent of the emission wavelength. The second part of this thesis covers the development of DFB laser arrays resulting in a laser source with high output power and small spectral width. The DFB laser arrays are based on the above described principle of a DFB laser with a lateral metal grating and consists of several parallel ridge waveguides with a lateral distance of a few microns. For a relatively large distance between two adjacent lasers (emitters) the lasers are independent, each emitting single mode light. The total spectral width is around 50 to 70 GHz. Regarding smaller distances between two emitters, light from adjacent lasers interacts which leads to a total spectral width comparable to a conventional DFB laser. Regarding an InGaAs/GaAs based DFB laser array (wavelength around 980 nm), an array with four emitters shows a maximum output power of around 200 mW. Despite the strong thermal limitation (the lasers were not mounted), this is 3.5 times the output power of a reference laser with only one emitter. Regarding the InGaSb/GaAs based DFB laser arrays with four emitters (wavelength around 2.0 µm) the output power is around 3.3 times as high as the output power of a reference device. This shows that the proposed concept of DFB laser arrays with lateral gratings is suitable to improve the output power of a DFB laser and can be further enhanced by means of facet coating, proper mounting and scaling.

Desde o desenvolvimento do laser pelo norte-americano Theodore Harold Maiman em 1960, inúmeras pesquisas têm sido realizadas com o objetivo de avaliar os efeitos sobre os tecidos dentais, principalmente os relacionados com o aumento de temperatura no interior da câmara pulpar. Esta pesquisa foi desenvolvida com o objetivo de avaliar a variação de temperatura em amostras de esmalte/dentina e dentina, após irradiação com os lasers de Nd:YAG, Er:YAG (Kavo KEY Laser®) e Er:YAG (Kavo KEY Laser® 3), através de análise com termômetro de radiação infravermelha. Foram selecionados 110 terceiros molares isentos de cárie, obtidos através do Banco de Dentes Permanentes Humanos que pertence à Faculdade de Odontologia da Universidade de São Paulo e o projeto de pesquisa foi aprovado pelo Comitê de Ética em Pesquisa (CEP) com o parecer nº44/03. As coroas foram separadas das raízes por meio de um disco de carborundum e todas as coroas foram totalmente incluídas no interior de um tubo de PVC com resina transparente. Os cortes foram realizados no aparelho de corte Labcut, paralelamente ao longo eixo das coroas, no sentido mésio-distal, para obter 750 amostras, com 5 diferentes espessuras (1mm, 2mm, 3mm, 4mm e 5mm), sendo 350 amostras de esmalte/dentina e 400 amostras de dentina. Foi utilizado um termômetro de radiação infravermelha (MINIRAY 100 XL) para medição da variação de temperatura nos dois lados das amostras (frente e atrás), irradiadas em diferentes condições e parâmetros com os lasers de Nd:YAG, Er:YAG (Kavo KEY Laser®) e Er:YAG (Kavo KEY Laser® 3). Os resultados obtidos com todos os lasers e parâmetros demonstraram que a associação refrigeração + espessura das amostras foi estatisticamente significante, quanto à redução da variação de temperatura em comparação à associação ausência de refrigeração + espessura das amostras. Houve uma diminuição da variação da temperatura estatisticamente significante de acordo com as espessuras das amostras irradiadas sem refrigeração, porém não o suficiente para evitar grandes elevações de temperatura. No geral, as variações das temperaturas foram sempre maiores no lado da frente das amostras, independente do uso ou não de refrigeração. Para o laser de Nd:YAG, houve menores variações de temperatura, estatisticamente significante, nos grupos irradiados sem contato e sem a presença da tinta nanquim, independente da presença ou não de refrigeração. / The laser was developed in 1960 by Theodore Harold Maiman and many researches have been carried out with the aim to evaluate the effects on the dental tissues, mainly the effects related to the increase of temperature inside the pulp chamber. This research was developed with the purpose of evaluating the variance in temperature of the enamel/dentin and dentin samples after irradiation with Nd:YAG, Er:YAG (Kavo KEY Laser®) and Er:YAG (Kavo KEY Laser® 3) and an analysis with the infrared radiation thermometer was done. A hundred and ten teeth without dental caries were selected and obtained from the Human Permanent Teeth Bank that belongs to the Odontology College of the University of São Paulo and this research has been approved by the Ethic Research Committee (CEP), as the document n° 44/03 attests. The roots were separated from the crowns with the carburundum disc; all crowns were totally inserted inside a PVC tube with transparent resin and they were cut axially in the Labcut machine, in the mesio-distal way, to obtain 750 samples with five different thickness (1mm, 2mm, 3mm, 4mm e 5mm), 350 enamel/dentin samples and 400 dentin samples. An infrared radiation thermometer (MINIRAY 100XL) was used to measure the variance in temperature in both sides of the samples (front and behind), irradiated in different conditions and parameters with the Nd:YAG, Er:YAG (Kavo KEY Laser®) and Er:YAG (Kavo KEY Laser® 3). The results showed that the association of the refrigeration + samples’ thickness was statistically significant in the reduction of the variance in temperature when compared to the association of the refrigeration absence + samples’ thickness. There was a statistically significant reduction of the variance in temperature according to the the samples’ thickness irradiated without refrigeration, although it wasn’t enough to avoid high temperature increase. In general, the variance in temperature was always higher in the front of samples, whether there was refrigeration or not. For the Nd:YAG laser, there was a lower variance in temperature, statistically significant, in the groups that were irradiated without contact and black ink, whether there was refrigeration or not.

O desenvolvimento de sistemas laser com pulsos ultracurtos trouxe a possibilidade de usinagem de estruturas muito pequenas em praticamente qualquer tipo de material. Neste trabalho foi dada continuidade a estudos já iniciados no Centro de Lasers e Aplicações (CLA) com os materiais dielétricos, introduzindo a largura temporal dos pulsos laser como mais uma variável e utilizando os conhecimentos adquiridos para a determinação de limiares de ablação e parâmetros de incubação em alguns metais como: aço AISI 1045, aço inoxidável VI138, cobre eletrolítico e molibdênio. A ausência de calor no processo de ablação dos metais torna-se muito difícil, pois a criação de uma camada de íons é muito prejudicada pela mobilidade eletrônica ao seu redor. Assim a ablação de metais com pulsos ultracurtos, tem como principal mecanismo a explosão de fase associada a outros processos que também contribuem na ablação, porém em menor escala, como a explosão coulombiana e a fusão ultrarrápida. Além disso, propriedades como a constante de acoplamento elétron-fônon e a condutividade térmica assumem um papel importante e devem ser levadas em conta na investigação do processo de ablação dos metais. Este trabalho possibilitou a obtenção de parâmetros de operação nos quais o calor transferido para a rede é minimizado, possibilitando a microusinagem de precisão e alterações controladas na morfologia da superfície de diversos metais. Os resultados propiciaram assim condições para novos desenvolvimentos e aplicações práticas de usinagem com pulsos ultracurtos. / The development of laser systems with ultrashort pulses brought the possibility of machining very small structures in virtually any type of material. In this work was continued the studies already started in Lasers and Applications Center (CLA), with dielectric materials, introducing temporal width of the laser pulses as another variable, and using the knowledge acquired to determine ablation threshold and incubation parameters of some metals such as AISI 1045 steel, VI 138 stainless steel, electrolytic copper and molybdenum. The absence of heat in the ablation process of metals is much more difficult since the creation of a layer of ions is greatly impaired by electronic mobility in its vicinity. Hence, the ablation process for metals with ultrashort pulses, has, as main mechanism, the phase explosion associated with other processes that also contribute in the process, but on a smaller scale, such as Coulomb explosion and ultrafast fusion. Moreover, properties such as electron-phonon coupling constant and thermal conductivity play an important role and should be taken into account in investigating the process of ablation of metals. This study made it possible to obtain operation parameter where the heat transferred to the lattice is minimized, enabling precision micromachining and controlled changes in the morphology of the surface of metals. The results provided conditions for new developments and real machining applications with ultrashort pulses.

Uma das dificuldades da dosimetria na área de Terapia com Laser de Baixa Intensidade (TLBI) é conhecer a distribuição da luz nos tecidos biológicos. Esse conhecimento pode ser obtido com o uso de materiais que simulem as características ópticas dos tecidos. O objetivo desse trabalho é produzir e avaliar simuladores (phantoms) sólidos em formato semelhante a dedos. Para construí-los as partículas espalhadoras testadas foram Al2O3 alfa, Al2O3 gama e microesferas de vidro, e diversas tintas foram avaliadas como absorvedores. As partículas e tintas foram adicionadas a resinas transparentes e parafina. Tecidos de suíno foram experimentados e foi possível avaliar qualitativamente as características de absorção e espalhamento de pele, músculo e tecido adiposo. Objetivando estudar in vivo a distribuição da luz, dedos de 48 voluntários foram iluminados e o padrão da luz que atravessa esses dedos foi quantificado levando em consideração os tons de pele e as espessuras. Comparando as amostras não biológicas estudadas com os tecidos suínos, concluímos que a parafina tingida simula bem a difusão causada por pele e que a resina com 10% de nano partículas de Al2O3 simula o espalhamento gerado por tecido adiposo. A partir desses dados foram confeccionados seis simuladores de dedos: três pequenos (14 mm) e três grandes (18 mm), em três tons de pele. Concluímos que os dedos e os simuladores apresentaram características de absorção e espalhamento semelhantes. Esses simuladores poderão ser usados na prática clínica com a finalidade de otimizar tratamentos em LBI e PDT. / One of difficulties on dosimetry for Low Level Laser Therapy is to know the light distribution inside the illuminated tissue. This knowledge can be obtained with the use of materials that simulate the optical properties of tissues. The aim of this work is to produce and evaluate solid finger shaped phantoms. To build the phantoms, the scattering particles tested were alpha and gamma Al2O3 and glass microspheres. Various inks were evaluated as absorbers. The particles and inks were added to transparent resins and paraffin. Swine tissues were tested and it was possible to qualitatively evaluate the scattering and absorption characteristics of skin, muscle and adipose tissue. To study light distribution in vivo, fingers of 48 volunteers were illuminated and the pattern of light transmitted through these fingers was quantified taking into accounts the skin tones and thicknesses. Comparing the non-biological samples with the swine tissues one can conclude that the dyed paraffin simulates the diffusion and absorption caused by skin and that the resin with alpha Al2O3 nanoparticles (10%) simulates the scattering generated by fat. According to this information, six finger simulators were made, three of them of small size (14 mm) and three of them of large size (18 mm); for each size, each simulator has a different skin tone. The fingers and simulators showed similar absorption and scattering characteristics. These simulators can be used in clinical practice in order to optimize LLLT and PDT treatments.

A terapia com laser em baixa intensidade visa, principalmente, supressão da dor e aceleração da cicatrização de feridas. Este estudo teve por objetivo, avaliar clinica e histologicamente os efeitos do laser de arseneto de gálio e alumínio (GaAlAs) – 670nm na aceleração da cicatrização de gengivoplastias em 13 pacientes. Após a cirurgia, o lado direito (teste) recebeu aplicação do laser com dose de 4J/cm², a cada 48h, durante 1 semana, totalizando 4 sessões. O lado esquerdo (controle) não foi irradiado. Cinco examinadores avaliaram, comparativamente, o aspecto clínico da cicatrização através de fotografias dos períodos pós-cirúrgicos de 7, 14, 21,30 e 60 dias. Nos períodos de 7 a 21 dias, houve preferência ora por um, ora por outro lado como o mais bem cicatrizado e nos períodos subseqüentes, ambos foram considerados iguais. Para a avaliação histológica, foram realizadas biópsias incisionais, próximas da papila mesial dos caninos, em ambos os lados, nos períodos pós-operatórios de 7,14, 21 e 60 dias. A análise morfométrica da maturação epitelial e conjuntiva mostrou que a cicatrização ocorreu dentro de parâmetros normais em ambos os lados. Para a análise estatística dos dados clínicos foram utilizados os testes dos sinais e Kappa. Houve baixa concordância entre examinadores com valores médios de Kappa entre 0,17 e 0,36. Para os dados morfométricos aplicou-se o “teste t" pareado, com nível de significância de 5%. (P<0,05). Os resultados não mostraram diferenças estatisticamente significantes entre os grupos, levando à conclusão que, do ponto de vista clínico e histológico, o laser não influenciou a cicatrização da mucosa bucal. / The main goal of this research was to clinically and histologically evaluate the effects of Aluminum Gallium Arsenate laser – 670nm in acceleration of wound healing after gingivoplasty in 13 patients. After surgery the right side of the patient (test group), received a laser dose of 4J/cm², in 48-hour intervals, during one week, totalizing 4 sessions. The left side (control group) did not receive irradiation. Five blind observers evaluated the clinical aspect of wound healing through photography of the treated areas at post surgical periods of 7, 14, 21, 30, 60 days. There was a tendenc y of choosing sometimes one side, sometimes the other as better healed until 21 days, and for the following periods both sides were considered equal. For histological analysis, incisional biopsies were performed on the mesial papilla of canines on both sides. Specimens were taken at 7, 14, 21 and 60 days post surgically. Morphometric analysis was carried out at epithelium and connective tissue and revealed normal healing parameters for both sides. For clinical evaluation the Sign and Kappa tests were used as statistical analysis. There was little agreement between examiners (mean Kappa values of 0,17 to 0,36). For the morphometric study, differences between the control group and experimental group were analyzed using the Student’s paired t-test with a confidence interval of 5% (p<0,05). The results obtained did not show statistically significant differences between the groups suggesting that clinically and histologically the laser therapy did not influence the healing of oral mucosa.

A condição passiva da adaptação das próteses implanto-suportadas é um requisito básico para o sucesso do tratamento. O objetivo deste estudo foi avaliar a adaptação da interface intermediário/componentes protéticos (cilindros), fundidos, em titânio e cobalto-cromo, em monobloco e após a realização da soldagem a laser. Foram utilizados 30 cilindros torneados em plástico e 15 barras cilíndricas para a interligação dos componentes protéticos (cilindros). Cada corpo de prova apresentava três componentes protéticos unidos entre si. Um total de 10 corpos de prova foram realizados, sendo que destes, 5 foram fundidos em titânio e os outros 5 fundidos em liga de cobalto-cromo. As análises e mensurações das interfaces foram feitas antes e após a soldagem a laser, com a utilização de um microscópio comparador. Os resultados mostraram que as estruturas fundidas em monobloco (peça única) apresentaram uma maior interface (desajuste médio de 26,164µm) que as mesmas após a soldagem a laser (desajuste médio de 19,943µm). Foram encontradas diferenças estatisticamente significantes também entre os dois materiais utilizados, sendo que o titânio (desajuste médio de 21,262µm) apresentou melhores resultados que o cobalto-cromo (desajuste médio de 24,845µm). / The passivity of adaptation for prostheses supported by osseointegrated implants is basic requirement for the long-term sucess of the treatment. The purpose of this study was to evaluate the adaptation of the abutment to titanium or cobalt-chromium one-piece castings before and after laser welding. A total of 30 cylinders machined plastic and 15 cylinders bars were inserted to joint the prosthetics componentes. Each specimen, had three prosthetics components joined. A total of 10 specimens wewr obtained 5 casted with titanium and 5 with cobalt-chromium alloy. The measurements of interfaces were made after and before laser welding with a comparative microscope. The results showed the greatest interface (26,164µm) of the one-piece castings compared to the laser welding specimens (19,943µm). Titanium castings showed best results statistically significant when compared to the cobalt-chromium specimens.

Lasers sintonizáveis ao redor de 2,3 &#956;m são interessantes para várias áreas, como detecção de gases, sensoriamento remoto e aplicações médicas. O túlio é o principal sistema entre os lasers de terras-raras com essa emissão e pode ser bombeado diretamente ou por meio de um sensibilizador como o itérbio. Neste trabalho, apresenta-se a obtenção de um laser de Yb:Tm:YLF com emissão de 620 mW em 2,3 &#956;m bombeado em 960 nm por diodo-laser de 20 W do tipo barra em regime quase-contínuo. Investiga-se o bombeamento de um cristal de Tm:YLF em 685 nm e obtém-se de forma inédita um laser de Yb:Tm:YLF bombeado simultaneamente em 685 e 960 nm. Demonstra-se teórica e experimentamente sua maior eficiência em relação ao bombeamento apenas por 960 nm. Por meio de simulações numéricas e soluções analíticas, mostra-se a melhor relação de potência de bombeamento de cada comprimento de onda para se otimizar o laser. / Tunable lasers emitting around 2.3 &#956;m region are important in many areas, like gas detection, remote sensing and medical applications. Thulium has a large emission spectra around 2.3 &#956;m with demonstrated tuning range of 2.2-2.45 &#956;m using the YLF host. For efficient pump absorption, a high concentration sensitizer like ytterbium can be used. We demonstrate quasi-cw operation of the Yb:Tm:YLF laser, pumped at 960 nm with a 20 W diode bar achieving the highest output power reported so far of 620 mW. Simultaneous pumping of the 2.3mm Yb:Tm:YLF laser at 685 nm and 960 nm is demonstrated, showing higher slope efficiency than 960 nm alone. Numerical simulations and analytical models show the best ratio of pump power between both wavelengths.

O trabalho experimental aqui apresentado tem como foco o desenvolvimento de um laser de estado sólido cujo desempenho foi otimizado de tal forma que contemple alta potência, alta qualidade de feixe e estabilidade, levando-se em conta os efeitos térmicos sofridos pelo meio ativo em regime de alta potência de bombeamento. Foram testadas cavidades para operação contínua em multimodo com alta potência de saída e cavidades operando em modo único TEM00. Para cavidades operando no modo fundamental, os ressonadores testados serão divididos em grupos de acordo com o seu comportamento no diagrama de estabilidade. A otimização de tais ressonadores foi realizada apenas alterando-se o raio de curvatura dos espelhos de entrada e saída e suas respectivas distâncias ao plano principal do bastão de Nd:YAG. Como resultado foi alcançada a maior eficiência de extração reportada na literatura para um ou dois módulos de Nd:YAG intracavidade. Os resultados dão uma visão geral sobre possíveis projetos de ressonadores para operação dinamicamente estável, com alta potência de saída e qualidade de feixe. Os dados obtidos servem como base para o desenvolvimento de novos lasers de alta potência e eficiência baseados em módulos DPSSL (Diode-Pumped Solid-State Lasers- Lasers de Estado Sólido Bombeados por Diodo) de baixo custo. / The experimental work presented here focuses on the development of a solid-state laser whose performance has been optimized for high power output, high beam quality, and high stability, taking into account the thermal effects experienced by the gain medium under high pumping power. Cavities for continuous wave (CW) operation in multimode with high output power and cavities operating in single mode TEM00 were tested. The resonators will be divided in groups according to their stability diagram. The optimization of such resonators was performed only by changing the curvature radius of the mirrors and their distances to the principal plane of the Nd:YAG rod. As a result was achieved the highest extraction efficiency reported in the literature for one or two intra cavity Nd:YAG modules. The results give an overview of possible designs of resonators for dynamically stable operation with high output power and beam quality. The data serve as basis for the development of new high-power lasers based on low cost DPSSL modules.

O desenvolvimento de sistemas laser com pulsos ultracurtos trouxe a possibilidade de usinagem de estruturas muito pequenas em praticamente qualquer tipo de material. Neste trabalho foi dada continuidade a estudos já iniciados no Centro de Lasers e Aplicações (CLA) com os materiais dielétricos, introduzindo a largura temporal dos pulsos laser como mais uma variável e utilizando os conhecimentos adquiridos para a determinação de limiares de ablação e parâmetros de incubação em alguns metais como: aço AISI 1045, aço inoxidável VI138, cobre eletrolítico e molibdênio. A ausência de calor no processo de ablação dos metais torna-se muito difícil, pois a criação de uma camada de íons é muito prejudicada pela mobilidade eletrônica ao seu redor. Assim a ablação de metais com pulsos ultracurtos, tem como principal mecanismo a explosão de fase associada a outros processos que também contribuem na ablação, porém em menor escala, como a explosão coulombiana e a fusão ultrarrápida. Além disso, propriedades como a constante de acoplamento elétron-fônon e a condutividade térmica assumem um papel importante e devem ser levadas em conta na investigação do processo de ablação dos metais. Este trabalho possibilitou a obtenção de parâmetros de operação nos quais o calor transferido para a rede é minimizado, possibilitando a microusinagem de precisão e alterações controladas na morfologia da superfície de diversos metais. Os resultados propiciaram assim condições para novos desenvolvimentos e aplicações práticas de usinagem com pulsos ultracurtos. / The development of laser systems with ultrashort pulses brought the possibility of machining very small structures in virtually any type of material. In this work was continued the studies already started in Lasers and Applications Center (CLA), with dielectric materials, introducing temporal width of the laser pulses as another variable, and using the knowledge acquired to determine ablation threshold and incubation parameters of some metals such as AISI 1045 steel, VI 138 stainless steel, electrolytic copper and molybdenum. The absence of heat in the ablation process of metals is much more difficult since the creation of a layer of ions is greatly impaired by electronic mobility in its vicinity. Hence, the ablation process for metals with ultrashort pulses, has, as main mechanism, the phase explosion associated with other processes that also contribute in the process, but on a smaller scale, such as Coulomb explosion and ultrafast fusion. Moreover, properties such as electron-phonon coupling constant and thermal conductivity play an important role and should be taken into account in investigating the process of ablation of metals. This study made it possible to obtain operation parameter where the heat transferred to the lattice is minimized, enabling precision micromachining and controlled changes in the morphology of the surface of metals. The results provided conditions for new developments and real machining applications with ultrashort pulses.