[pt] Este trabalho apresenta um estudo sobre lentes dielétricas projetadas para corrigir a fase e amplitude de antenas do tipo corneta. Baseado nos princípios da Ótica Geométrica (GO), foi desenvolvido um programa computacional que sintetiza uma lente dielétrica que transforma os campos da abertura da corneta na distribuição de campo da abertura especificada. Além da síntese, o programa também realiza a análise aproximada baseada na GO para calcular o diagrama de radiação de antenas do tipo corneta, considerando as perdas devido à reflexão que não foram consideradas na síntese. Isto é realizado através do rastreamento de raios desde o alimentador até uma abertura virtual em frente à lente onde é, então, aplicado o Método da Abertura para calcular o diagrama de radiação. Os resultados obtidos são comparados com estudos disponíveis na literatura técnica e com a análise rigorosa realizada no Microwave Studio CST. A primeira parte do estudo apresenta exemplos de lentes para corrigir os campos da abertura de corneta corrugada que radia um diagrama de radiação aproximadamente circular, levando a lentes com simetria circular. Finalmente, na segunda parte, foi considerado o caso onde o alimentador é uma corneta cônica, que requere lentes assimétricas. / [en] The work presents a study about dielectric lenses designed to correct the aperture phase and amplitude of horn antennas. Based on Geometrical Optics (GO) principles, it has been developed a computational tool that synthesizes a dielectric lens that transforms the aperture fields of horn into a specified aperture distribution. Besides the synthesis, the tool also presents a GO approximated analysis of the horn antenna radiation pattern, by considering the losses due to the reflection not accounted in the synthesis. It is performed by applying the ray tracing from the feed to a virtual aperture in front the lens, and by applying the Aperture Method to calculate the radiation pattern. The design performances are compared with studies found in the technical literature and with a rigorous analysis performed in Microwave Studio CST. The first part of the study, presents design examples to correct the aperture fields of corrugated horns that radiates approximated circular radiation pattern, leading to circular symmetric lenses. Finally, in the second part, it has been considered the case where the feed is a conic horn, which requires asymmetric lenses.

La photonique sur silicium est envisagée comme une solution technologique très prometteuse pour le remplacement des interconnexions électriques par des interconnexions optiques devant se produire dans les prochaines années. Des dispositifs optoélectroniques comme des sources lasers, des modulateurs et des détecteurs, ont été développés pour la réalisation de circuits intégrant des émetteurs/récepteurs. Parmi les défis devant être relevés pour faire avancé la photonique sur silicium, la réduction de la consommation électrique du modulateur est un point crucial. L’intégration des composants passifs et actifs en utilisant une seule et même technologie est également un enjeu majeur pour les futurs systèmes de communication optique. Grâce au développement de l'intégration hybride de semi-conducteurs III-V sur silicium pour la réalisation de sources laser sur silicium, de nouvelles voies peuvent être envisagée pour réaliser des modulateurs optiques et des photodétecteurs efficaces et compacts. De plus, les cristaux photoniques 2D (PhC) et spécifiquement les structures à ondes lentes, qui sont connues pour renforcer les interactions entre la lumière et la matière peuvent apporter des solutions intéressantes pour diminuer de manière ultime la puissance consommée.Dans ce contexte, les travaux menés durant ma thèse ont porté plus spécifiquement sur la conception, la fabrication et la caractérisation de modulateurs à électro-absorption à onde lente en semiconducteur III-V sur silicium. Dans une première partie consacrée à la modélisation, une attention particulière est portée à la conception du cristal photonique et au couplage de la lumière du guide silicium vers l’onde lente. Les performances de la structure optimisée sont aussi analysées, donnant un modulateur de seulement 18.75 µm de longueur fonctionnant à 15 GHz avec un taux d’extinction supérieure à 5 dB sur une gamme spectrale supérieure à 10 nm. Par la suite, l’ensemble des procédés de nanotechnologies durant la thèse pour la fabrication des dispositifs sont présentés. Enfin, les résultats expérimentaux obtenus au cours de cette thèse démontrent l’effet Stark Confiné Quantiquement et l’effet de photodétection obtenu sur les structures intégrées.Les perspectives de ce travail de thèse concernent la réalisation de circuits intégrés photoniques complets, incluant sources lasers, modulateurs à électroabsorption et photodétecteurs en utilisant une seule et même technologie. / Silicon photonics is considered as a promising solution to replace electrical interconnections in the next years. Among the remaining challenges, the driving power of the active devices has to be minimized. Furthermore the use of a common technological platform for the realization of Silicon (Si) photonics passive and active devices would present a great interest in term of fabrication complexity and cost. III-V on Si is a good candidate for such a common technological platform as the physical properties of III-V semiconductors allow for active functionalities such as III-V on Si laser which have already been successfully demonstrated. In this perspective, 2D photonic crystals (PhCs) and slow light structures, which are known to intrinsically reinforce light/matter interactioncan alsobring interesting opportunities.In this context, the work is focused on the design, fabrication and characterization of slow-light III-V- on-silicon electroabsorption modulators. In a first part, the photonic crystal structure and light coupling from silicon waveguide to slowlight III-V waveguide are designed and modeled. The performance of the optimized structure is analyzed, showing a modulator operating at 15 GHz and exhibiting an extinction ratio of more than 5 dB over a spectral range of more than 10 nm, using a 18.75 µ;m-long modulator. Subsequently, the masks and fabrication steps for a hybrid III-V photonic crystalon Si modulators are presented. Finally, the experimental results obtained during this thesis are presented, showing Quantum Confined Stark Effect and photodetection in the waveguide integrated structures.The reported works open perspective towards the integrating of optical modulators with III-V on silicon nanolasers and photodetectors using a single technology.

Tesis por compendio / [ES] La presbicia es el error refractivo con mayor incidencia en la población debido al envejecimiento de la misma. Existen múltiples medidas para corregirla, desde lentes oftálmicas, lentes de contacto, lentes intraoculares etc¿ Actualmente, los implantes intracorneales (corneal inlays) se encuentran entre las soluciones más novedosas. Estos dispositivos se sitúan en el estroma corneal mediante una cirugía mínimamente invasiva. Existen tres implantes intracorneales comerciales cuyos mecanismos difieren entre sí. El más estudiado es el KAMRA inlay® y utiliza el efecto estenopeico para aumentar la profundad de foco. Por otra parte, Flexivue Microlens® se basa en una estructura multifocal donde el centro focaliza en lejos mientras que la periferia focaliza en cerca. Por último, Raindrop Near Vision® modifica la estructura de la córnea para aumentar el radio de curvatura de la parte central de ésta y permitir enfocar a distancias próximas. Todos ellos deben permitir el paso de nutrientes y oxígeno a través de la córnea, ya sea mediante aperturas o siendo permeables. Existe un cuarto tipo de implante intracorneal no comercial desarrollado por el Diffractive Optics Group (DiOG), el cual distribuye los micro-agujeros, que permiten el paso de nutrientes y oxígeno, en las zonas transparentes de una placa zonal de Fresnel. Además, contiene un agujero central, que actúa como estenopeico. Este dispositivo tiene como nombre Diffractive Corneal Inlay (DCI). Esta Tesis pretende modificar y optimizar los parámetros de diseño del DCI y comparar sus propiedades ópticas con otros implantes intracorneales comerciales. / [EN] Presbyopia is the refractive error with the highest incidence in the population due to the aging of the population. There are many solutions to correct it, from ophthalmic lenses, contact lenses, intraocular lenses, etc... Currently the corneal inlays are among the newest solutions. These devices are placed in the corneal stroma by means of minimally invasive surgery. There are three commercial corneal inlays whose mechanisms differ from each other. The most studied is KAMRA inlay® which uses the pinhole effect to increase the depth of focus. On the other hand, Flexivue Microlens® is based on a multi-focal structure where the center focuses at distance vision while the periphery focuses at near vision. Finally, Raindrop Near Vision® modifies the structure of the cornea to increase the radius of curvature of the central part of it and allow focusing at near vision. All of them must all allow pass through to the cornea nutrients and oxygen, either by holes or being permeable. There is a fourth type of non-commercial corneal inlay developed by the Diffractive Optics Group (DiOG), which distributes micro-holes, allow the passage of nutrients and oxygen, in the transparent zones of a Fresnel zone plate. In addition, it contains a central hole, which acts as a pinhole. This device is called Diffractive Corneal Inlay (DCI). This Thesis aims to modify and optimize the design parameters of the DCI and to compare its optical properties with other commercial corneal inlays. / [CA] La presbícia es l'error refractiu amb major incidència en la població degut a l'envelliment d'aquesta. Hi existeixen múltiples solucions per corregir-la, des de lents oftàlmiques, lents de contacte, lents intraoculars, etc... Actualment, els implants intracorneales comercials es troben entre les solucions mes noves. Aquests dispositius es situen a l'estroma corneal mitjançant uns cirurgia mínimament invasiva. Hi existeixen tres tipus d'implants intracorneals amb diferents mecanismes. El mes estudiat es el KAMRA inlay® i utilitza l'efecte estenopeic per augmentar la profunditat de focus. Per altra banda, Flexivue Microlens® es basa en una estructura multifocal on el centre de la lent focalitza en el focus llunyà mentre que la perifèria focalitza prop. Per últim Raindrop Near Vision® modifica l'estructura de la còrnia per augmentar el radi de curvatura de la part central d'aquesta i permetre enfocar a distàncies pròximes. Tots ells deuen permetre el pas de nutrients i oxigen a través de la còrnia, ja siga mitjançant obertures o sent permeables. Existeix un quart tipus d'implant intracorneal no comercial desenvolupat pel Diffractive Optics Group (DiOG), el qual distribueix els micro-forats, que permeten el flux de nutrients i oxigen, en les zones transparents d'una placa zonal de Fresnel. A més, contenen un forat central, que actua com estenopeic. Aquest dispositiu rep el nom Diffractive Corneal Inlay (DCI). Aquesta tesi pretén modificar i optimitzar els paràmetres de disseny del DCI i comparar les seues propietats òptiques amb altres implantes intracorneals comercials. / Funding: Ministerio de Economía y Competitividad (DPI2015-71256-R); Generalitat Valenciana (PROMETEO/2019/048). D. Montagud-Martínez and V. Ferrando acknowledge the financial support from the Universitat Politècnica de València, Spain (fellowships FPI-2016 and PAID10-18, respectively). / Montagud Martínez, D. (2020). Diseño, realización y evaluación de implantes intracorneales difractivos multifocales [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/153474 / TESIS / Compendio

En la actualidad hay más transmisiones de señales en el aire, causando una gran contaminación en el espacio radioeléctrico y exigiendo mejoras en los equipos usados para evitar la interferencia, lo cual resulta en una óptima transmisión y recepción de las señales. El uso de antenas reflectoras ha aumentado por tener características adecuadas para los propósitos indicados, esto es dado que ellas poseen la capacidad de concentrar la señal que transmiten en un área específica, logrando una disminución en la probabilidad de interferencia. Sin embargo, su gran tamaño representa una desventaja, por lo que se ha hecho necesaria la búsqueda de nuevas alternativas. En esesentido, el objetivo de esta tesis es diseñar una antena bocina, altamente directiva, la cual usa un lente compuesto por un elemento metamaterial para este propósito. El diseño del lente pasa por determinar las propiedades físicas y eléctricas de dicha estructura metamaterial, la cual debe presentar un índice de refracción gradiente variable según la posición y está compuesta de celdas cuyas dimensiones son definidas para una determinada frecuencia. Con este propósito, se utilizó el software de simulación electromagnética CST Studio Suite, específicamente el módulo CST Microwave Studio. Los resultados de las simulaciones son comparados con un diseño adicional de una antena con lente dieléctrico; es decir, un lente tradicional. Luego de realizar el análisis, se obtuvo como conclusión principal que el diseño no logra grandes mejoras respecto a la antena sin lente en la frecuencia de 5.8 GHz debido a las pérdidas por reflexión causadas por el desacoplamiento de impedancias en las interfaces aire-lente.

La pyrolyse et la gazéification sont les deux procédés les plus prometteurs pour une valorisation thermique des déchets organiques solides en réponse aux objectifs énergétiques environnementaux actuels et futurs. Si pour la pyrolyse, les déchets traités sont aussi synthétiques (plastiques, composites) que naturels (biomasse), pour la gazéification c'est la biomasse qui est la matière première la plus rencontrée. Les travaux expérimentaux de cette thèse ont été réalisés dans deux types d'installations : une installation à échelle laboratoire (analyseur thermique : TG, ATD, EGA) et une installation à échelle pilote (nommée four « Aubry »). Les traitements thermiques ont été effectués dans les conditions spécifiques pour la pyrolyse (atmosphère d'azote) et la gazéification (vapeurs d'eau). Les matériaux testés ont été le polychloroprène, les composés de la biomasse (hémicellulose, lignine, cellulose), seuls où en mélange, ainsi qu'un bois naturel (le bouleau) et son « modèle » (mélange en proportions équivalents de ses constituants). Deux modèles cinétiques pour la pyrolyse du polychloroprène ont été choisis de littérature et testés. La différence primordiale entre les deux modèles est leur degré de complexité. Le premier est un modèle empirique simplifié, tandis que le deuxième, très détaillé, est un modèle radicalaire Le modèle cinétique utilisé pour modéliser le processus de pyrolyse de la cellulose, pris aussi de la littérature, a montré une concordance très bonne avec nos résultats expérimentaux. L'étude hôte de la gazéification à la vapeur d'eau a nécessité des modifications de nos installations expérimentales, tout particulièrement à l'échelle pilote, pour assurer une atmosphère confinée en vapeur d'eau. Les expériences réalisées en conditions expérimentales spécifiques ont données des résultats excellents pour la composition finale du gaz de synthèse. La simulation, à l'échelle pilote, de la gazéification a été obtenue par adaptation d'un modèle existant, à la réalisation de nos conditions opératoires, prenant en compte les transferts matières et basé sur l'évolution de la porosité d'une particule sphérique équivalente. Le modèle a montré une concordance raisonnable avec nos données expérimentales. La dernière partie de cette thèse présente une étude dans lequel on compare les analyses thermiques pour les constituants purs, un modèle de bois et un bois naturel afin d'établir les interactions possibles entre ces composants lors de la dégradation thermique du bois naturel. Les résultats ont montré que pour les mélanges cellulose-lignine et lignine-hémicellulose, le premier composé inhibe la dégradation du dernier tandis que, pour les mélanges cellulose-hémicellulose, cet effet se manifeste à l'inverse. Tous les modèles testés et les résultats enregistrés dans cette thèse représentent des instruments très utiles pour l'aide au dimensionnement des installations de pyrolyse à échelle laboratoire ainsi que pour des installations de gazéification à la vapeur d'eau à échelle pilote. / The pyrolysis and gasification are the most actual techniques used for valorization of organic wastes. If for pyrolysis the raw materials are both synthetic (plastics) and natural (biomass), in the case of gasification mainly the biomass is used. The experiments presented in this thesis were carried out in two type of plants: a laboratory scale plant (thermal analyses: TGA, DTA, EGA) and a pilot scale plant (so-called “Aubry” furnace). The thermal treatments implemented both the conditions of pyrolysis (nitrogen atmosphere) and gasification (water vapors). The materials tested in the experimental part were: polychloroprene, biomass constituents (hemicelluloses, lignin and cellulose), alones and in mixture, and a natural wood (the birch) with it's “model” (a mixture of it's components in different proportions). For the polychloroprene pyrolysis, two kinetic models chosen from the published literature were tested. The difference in the two models is given by their degree of complexity. The first one was a simplified empirical model. The second one was a free-radical model. For the cellulose pyrolysis was also tested a model proposed in the literature and the model showed a good accuracy in representing our experimental data. The study of gasification at pilot scale needed an appropriate modification of the experimental set-up to create a saturated atmosphere in water vapor inside the Aubry furnace. The experimental work concerning the gasification followed a specific protocol and gave excellent results for the syngas composition. A gasification mathematical model for pilot scale was proposed and tested. This model, based on the evolution of equivalent spherical particles porosity, take supplementary into account the mass transfer. The results given by the last model were in reasonable agreement with our experimental results. The last part of this thesis presents a comparative study of the thermal analyses of pure biomass components, of a wood model and also of a natural wood. The goal is to identify the interactions that could take place between these compounds during the thermal degradation of the natural wood. Our results showed that for the mixtures cellulose-lignin and lignin-hemicelluloses the first compound inhibits the second one. For the mixtures cellulose-hemicelluloses this effect is inverse. All the kinetic models tested in this thesis are useful tools for dimensioning laboratory scale pyrolysis plants and pilot scale set-up for water vapors gasification.

Cette thèse se compose de deux parties, concernant deux études expérimentales sur les mouvements oculaires de poursuite lente d'un stimulus visuel en mouvement (barre inclinée). La première étude aborde l'intégration dynamique de signaux locaux de mouvement visuel provenant de la rétine, tandis que la seconde porte sur l'influence de signaux extra-rétiniens sur l'intégration du mouvement. Un cadre théorique plus général est également proposé, sur la base d'un modèle bayésien récurrent et hiérarchique pour la poursuite lente. Pour la première étude, l'intégration dynamique de mouvement a été analysée en variant le contraste et la vitesse de la barre inclinée. Les résultats montrent que des vitesses plus élevées et des valeurs plus basses de contraste produisent un plus fort biais dans la direction initiale de poursuite et que successivement la dynamique d'intégration de mouvement est plus lente pour les contrastes faibles. Une version en boucle ouverte d'un modèle bayésien est proposée, où un réseau bayésien récurrent est connecté en cascade avec un modèle du système oculomoteur pour générer des réponses de poursuite lente. Les réponses du modèle reproduisent qualitativement les différentes dynamiques observées dans les réponses de poursuite à la barre inclinée en fonction des vitesses et des contrastes différents. La deuxième étude a enquêté sur les interactions dynamiques entre les signaux rétiniens et extra-rétiniens dans l'intégration dynamique de mouvement pour la poursuite lente par le moyen d'une suppression transitoire de la cible à différents moments de la poursuite, et notamment au cours de la phase de boucle ouverte et pendant l'état d'équilibre. / This thesis addresses two studies by studying smooth pursuit eye movements for a translating tilted bar stimulus. First, the dynamic integration of local visual motion signals originating from retina and second, the influence of extra-retinal signals on motion integration. It also proposes a more generalized, hierarchical recurrent bayesian framework for smooth pursuit. The first study involved investigating dynamic motion integration for varying contrasts and speeds using a tilted bar stimuli. Results show that higher speeds and lower contrasts result in higher initial direction bias and subsequent dynamics of motion integration is slower for lower contrasts. It proposes an open-loop version of a recurrent bayesian model where a recurrent bayesian network is cascaded with an oculomotor plant to generate smooth pursuit responses. The model responses qualitatively account for the different dynamics observed in smooth pursuit responses to tilted bar stimulus at different speeds and contrasts. The second study investigated the dynamic interactions between retinal and extra-retinal signals in dynamic motion integration for smooth pursuit by transiently blanking the target at different moments during open-loop and steady-state phases of pursuit. The results suggest that weights to retinal and extra-retinal signals are dynamic in nature and extra-retinal signals dominate retinal signals on target reappearance after a blank introduced during open-loop of pursuit when compared to a blank introduced during steady-state of pursuit. The previous version of the model is updated to a closed-loop version and extended to a hierarchical recurrent bayesian model.

Nous présentons la combinaison de la propagation de la lumière lente avec les propriétés de résonance d'une cavité à cristal photonique et par le mode lent d'un guide d'ondes à cristal photonique. Nous démontrons théoriquement et expérimentalement que la lumière lente générée par les oscillations cohérentes des populations (OCP) permet d'avoir une cavité de petite taille et ultra-haute facteur de qualité (Q), quels que soient les enjeux technologiques et de design. La démonstration expérimentale est réalisée dans une cavité L3 dans un cristal photonique (CPh) bidimensionnel avec puits quantiques semi-conducteurs, milieu actif dans lequel l'effet OCP est induit. Nous obtenons une facteur-Q de la cavité de 520000 qui correspond à une amélioration de 138 en comparant avec le facteur-Q initial de la cavité. Nous présentons une approche théorique à la combinaison de la lumière lente obtenue par l'effet OCP et le mode lent dans des guides d'ondes à CPh, ce qui montre que l'indice du groupe total correspond à une multiplication des indices de groupes associés à la lumière lente générée par OCP et aux modes lents des guides d'ondes. Nous avons aussi posé les bases pour la démonstration expérimentale, faisant la conception et de la fabrication des échantillons dans les salles blanches du LPN et abordant la difficulté du couplage et de l'extraction de la lumière dans les guides d'ondes à CPh. Une conception particulière des guides d'ondes sous forme de un super réseau qui permet de coupler la lumière perpendiculairement au plan du CPh à partir de l'espace libre est proposée. Le coupleur vertical a été connu et fabriqué le long du guide et a été expérimentalement caractérisé. L'investigation expérimentale de la combinaison de lumière lente basée sur l'effet OCP dans les guides à CPh est toujours en cours. / We report on the combination of slow light propagation with the resonance properties of a photonic crystal (PhC) cavity and with the slow mode of a PhC waveguide. We demonstrate theoretically and experimentally that slow light induced by the Coherent Population Oscillation (CPO) effect enables to have small-size and ultrahigh quality (Q) factor cavity, regardless of the technological and design issues. The experimental proof is performed in a L3 2D PhC cavity with semiconductor quantum wells as active, medium in which the CPO effect is induced. We achieve a cavity Q-factor of 520000, which corresponds to an enhancement by a factor 138 in comparison with the original Q-factor of the cavity. We present a theoretical approach to the combination of CPO-based slow light and slow mode in PhC waveguides, showing that the total group index is a multiplication of the group indices associated respectively to the CPO slow light and to the waveguide slow mode. We also set the basis for the experimental demonstration by designing and fabricating samples in the clean room facilities of LPN and addressing the challenging issue of coupling and extracting light in and from the waveguides. A particular design of the PhC in the waveguide is issued as a grating that allows to couple light perpendicularly to the plane of the PhC from free space. The vertical coupler has also been designed and fabricated along the waveguide and has been experimentally characterized. Slow light based on CPO effect in the PhC waveguides is always under experimental investigation.

A eficácia de métodos convencionais de transmissão, utilizados para medir absorção de materiais altamente transparentes, é geralmente limitada pela reflexão e espalhamento de luz. A espectroscopia de Lente Térmica, por outro lado, não é sensível a esses fenômenos, e tem sido amplamente usada na determinação de baixas absorções ópticas. Neste trabalho, estudamos uma configuração de Lente Térmica de duplo feixe (onda contínua cw), desenvolvida recentemente, e suas aplicações. Essa configuração otimiza a técnica de Lente Térmica, e aumenta significativamente a sensibilidade de medida. Foram realizados alguns cálculos computacionais e testes experimentais dessa configuração, e os resultados foram comparados com os de outra configuração, tradicionalmente utilizada, denominada de feixe duplo no modo-descasado. Várias aplicações foram feitas para líquidos e sólidos. Como resultado, obtivemos o espectro de absorção da água pura entre 350 e 528 nm, que indicou um valor mínimo de aproximadamente 1,5 &#8226 10-5 cm-1 em torno de 380 nm, que é mais baixo do que todos os valores da literatura. Coeficientes tão baixos quanto 2 &#8226 10-7 cm-1 podem ser medidos para a água, com 1W de potência, utilizando essa configuração otimizada. Estimamos um limite de detecção de ~ 6 &#8226 10-9 cm-1 (P = 1 W) para o solvente CCl4, que corresponde (até onde sabemos) ao menor valor já encontrado na literatura para líquidos, utilizando-se laser cw. Quanto à detecção de traços de impurezas, o limite para o Cr (III) em solução aquosa foi de ~ 40 ppb (ng/mL) em 514 nm, que corresponde a aproximadamente metade da concentração máxima ideal de Cr (III) em águas potáveis e naturais. Foram obtidos alguns resultados preliminares para a variação do caminho óptico com a temperatura (ds/dT), em sólidos com diferentes geometrias. Para a sílica fundida (quartzo vítreo) Suprasil, determinamos um limite superior para o coeficiente de absorção, cujos valores, 1 &#8226 10-6 cm-1 (em 493 nm) e 1 &#8226 10-5 cm-1 (em 355 nm), também são menores do que os resultados da literatura nessa região do espectro. A alta sensibilidade da técnica permitiu obter a absorção, em 1064 nm, das matrizes de materiais laser dopados com Nd3+, sendo (1,8 &#177 0,1) &#8226 10-3 cm-1 para o vidro Q-98 (Kigre), e (5 &#177 1 &#8226 10-4 cm-1 para o cristal Nd:YAG. Realizamos também medidas de eficiência quântica de fluorescência em nanocristais semicondutores (CdSe/ZnS) suspensos em THF e tolueno, com resultado aproximadamente 5 vezes mais preciso do que o obtido por técnica convencional de fluorescência. As principais vantagens da configuração otimizada, em relação à tradicional, são: um procedimento experimental simples, boa precisão nas medidas de difusividade térmica e, principalmente, a alta sensibilidade da técnica. As desvantagens são: um tempo de medida mais longo, e a necessidade de amostras maiores. / The efficiency of conventional transmission methods used to measure absorption of hightransparent materials is usually limited by light scattering and reflection. On the other hand, Thermal Lens spectroscopy is insensible to such phenomena and has been widely applied to determinate low optical absorptions. In this thesis, we have studied a recently developed dualbeam (continuous wave - cw) Thermal Lens configuration as well as its practical applications. This configuration optimizes the technique and significantly improves the measurement sensitivity. Some computational calculations and experimental tests of this approach were carried out. The results were compared with those obtained using a traditional configuration, named Mode-mismatched Dual-beam Thermal Lens. Several applications were made for liquids and solids. As a result, we obtained the absorption spectrum for pure water in the range of 350 to 528 nm, which indicated a minimal value of approximately 1,5 &#8226 10-5 cm-1 around 380 nm, that is lower than those found in literature. Absorption coefficients as small as 2 &#8226 10-7 cm-1, can be measured for water, using 1W of excitation power, with this optimized configuration. We have estimated a detection limit of ~ 6 &#8226 10-9 cm-1 (P = 1 W) for CCl4 solvent, which corresponds (to the best of our knowledge) to the smallest value found in the literature for liquids using cw laser. With regard to the chemical trace analysis, the detection limit was ~ 40 ppb (ng/mL) at 514 nm for Cr (III) in aqueous solutions, which is nearly half of the maximum desired Cr (III) concentration in drinking and natural waters. Some preliminary results for the temperature coefficient of the optical path length (ds/dT) were obtained at solids with different geometries. For the fused-silica (vitreous quartz) Suprasil, we have determined an upper limit for the absorption coefficient, whose values, 1 &#8226 10-6 cm-1 at 493 nm, and 1 &#8226 10-5 cm-1 at 355 nm, also are lower than the values found in literature in this spectrum region. The high sensitivity of the technique allowed us to measure the absorption (at 1064 nm) of matrices of Nd3+ doped laser materials: (1,8 &#177 0,1) &#8226 10-3 cm-1 for Q-98 glass (Kigre), and (5 &#177 1) &#8226 10-4 cm-1 for Nd:YAG crystal. We carried out as well measurements of fluorescence quantum yield of semiconductor nanocrystals (CdSe/ZnS) suspended in THF and toluene solvents, whose result was approximately 5 times more accurate than that obtained with the conventional fluorescence technique. The main advantages of the optimized configuration are: a simple experimental procedure, a good accuracy for thermal diffusivity measurements, and most important the high sensitivity of the technique. The drawbacks are: a longer time of measurements, and the requirement of larger samples.

Neste trabalho estudamos as propriedades térmicas e óticas de íons emissores usando as técnicas de lente térmica e z-scan, resolvidas no tempo. Foram obtidos o espectro fototérmico de lente térmica de amostras dopadas com Yb3+ e diversos outros parâmetros fototérmicos. Foi também realizado um estudo dos efeitos da saturação da não linearidade ótica sobre a determinação das propriedades eletrônicas em sólidos dopados com Cr3+, utilizando a técnica de z-scan. A seguir a mesma técnica foi aplicada na obtenção do parâmetro de upconversion em materiais dopados com Nd3+ e Cr3+ (com excitação ressonante e não ressonante ao nível laser emissor). Empregando a integral de difração foram investigados os efeitos do processo de upconversion Auger sobre a refração não linear. Os resultados experimentais e numéricos mostraram uma excelente concordância. Também foi investigado o comportamento temporal da população do nível emissor na fase de excitação, demonstrando assim uma forma alternativa de obter o parâmetro de upconversion. Finalmente, usando a técnica de z-scan obtivemos a forma de linha da não linearidade ótica de uma amostra dopada com Yb3+ onde demonstramos que a contribuição mais importante para a não linearidade do íon advém de transições no UV, mesmo estando o íon sob excitação ressonante ao nível emissor. / In this work we have studied the thermal and optical properties of emitters ions by using the thermal lens and z-scan time resolved techniques. It was obtained the thermal lens photothermal spectra of Yb3+ doped samples, and several other photothermal parameters. Also, it was done a study on the optical nonlinearity saturation effects over the determination of the optical properties in Cr3+ doped solids, using the z-scan technique. In the sequence the same technique was used in order to obtain the upconversion parameter in Nd3+ and Cr3+ doped materials (with excitation resonant and non resonant to the emitter level). Employing the diffraction integral, the effects of Auger upconversion process on the nonlinear refraction were investigated. The experimental and numerical results agree very well. It was also investigated the temporal behavior of the emitter level population during the excitation process, showing an alternative way to obtain the upconvertion parameter. Finally, by using the z-scan technique we have obtained the optical nonlinear lineshape of a Yb3+ doped sample, and demonstrated that the major contribution to the optical non linearity arises from the UV transitions, even when the emitter level of the ion is under resonant excitation.

Soumise à une sollicitation sismique importante, une structure de génie civil peut être endommagée. Cela se traduit par l'apparition de fissures et donc une réduction de ses propriétés élastiques de la structure. Cependant, dans le cas d'un événement sismique d'amplitude inférieure, la variation observée est seulement transitoire. Elle consiste en une perturbation brutale de la fréquence et de l'amortissement suivie d'un recouvrement lent vers leurs valeurs initiales. Ce phénomène non linéaire de relaxation est appelé Dynamique Lente. Il s'explique par la fermeture progressive des fissures initialement présentes dans la structure et qui ont été ouvertes par la sollicitation. Nous avons observé en laboratoire que l'analyse de la Dynamique Lente dans une poutre avant et après son endommagement permet de détecter cette augmentation de la densité de fissures. La sensibilité différentielle des modes à une dégradation locale indique, de plus, une piste pour le développement d'une méthode de localisation de l'endommagement. L'étude de la Dynamique Lente que nous avons menée dans deux structures de génie civil a montré que nous pouvions également y détecter l'apparition de l'endommagement. Le suivi de l'amortissement de manière continue a mis en évidence une relation linéaire entre l'amortissement et l'intensité des vibrations ambiantes à la fois dans les poutres et les structures de génie civil. Nous expliquons celle-ci via l'application du théorème Fluctuation-Dissipation à ces systèmes. Les résultats en laboratoire et la proximité de l'expression de la relation avec les équations utilisées dans le cas de la Dynamique Lente suggère une dépendance de ce phénomène vis à vis de la densité des hétérogénéités dans le matériau composant la structure. De plus amples recherches sont cependant nécessaires afin d'expliquer complètement nos observations et ainsi pouvoir les utiliser dans le cadre de la surveillance des structures uniquement à partir de données de très faible amplitude. / During strong seismic loadings, a structure may be damaged. This results in the appearing of cracks and then a reduction of the elastic properties of the structure. The degradation remains only transitory in the case of smaller seismic events. It consists in a sharp disruption of both the frequency and damping followed by their slow recovery to their initial values. This non linear phenomenon is called Slow Dynamics. It is explained by the gradual closing of the cracks which were initially present in the material and which were opened during the loading. We observed in the laboratory that the analysis of the Slow Dynamics in a beam before and after it is damaged allows to detect the increase of the crack density. The different sensitivties of the modes regarding a local damaging indicates a track to develop a method to locate the damages. The study of the Slow Dynamics in civil engineering structures demonstrated the possibility to detect the damaging also in this kind of system. The continuous monitoring of the damping highlighted a linear relationship between damping and the intensity of the ambiante vibration in the case of both the beams and real case structures. We explain this relation by applying the Fluctuation-Dissipation to these systems. Laboratory results and the proximity of the expression of the linear relationship wit hthe equations used in the theory of the Slow Dynamics suggest a dependency of this phenonmenon on the density of heterogeneities in the structure. Further research is however required in order to fully explain our observations and thus, to use them to monitor the state of health of structures.