Neste trabalho foi estudado o crescimento de fibras monocristalinas de LiYF4 (YLF) dopadas com Er3+ ou Nd3+ pelo método de micro-pulling-down (-PD) no modo resistivo. Para otimização do processo de crescimento foi, desenvolvida nova metodologia de confecção de cadinhos, de forma a torná-los mais rígidos permitindo sua utilização em mais de uma experiência, aumentando a reprodutibilidade do processo. A câmara de crescimento também foi modificada para obtenção de vácuo da ordem de 10-7 torr. Devido ao tratamento térmico do sistema sob alto vácuo, antes da fusão do material, não foram observados transientes iniciais no processo de puxamento das fibras de YLF dopadas. Foram crescidas fibras de YLF:Nd com concentrações de 0,5, 1 e 1,5 mol% e fibras de YLF:Er com 1, 10, 20 mol %, com diâmetros da ordem de 0,7 mm e comprimentos de até 120mm. Devido a problemas mecânicos do sistema, o ancoramento das fibras, ou seja, o equilíbrio na interface sólidoliquido, mostrou-se muito difícil, sendo necessárias várias correções nos parâmetros de crescimento para estabilização da interface sólido-líquido resultando na formação de defeitos, principalmente na superfície, em regiões ao longo das fibras. Nas condições do presente estudo, o uso de uma atmosfera estática mostrou-se desfavorável. Testes de ganho efetuados com a fibra de YLF:Nd dopada com 1,5mol%, mostraram um ganho superior às perdas comprovando seu potencial para ação laser. / In the present work, we studied the growth of single crystal fibers of LiYF4 (YLF) doped with Er3+ or Nd3+ by the resistive micro-pulling-down (-PD) tecnhique. A new method for crucible preparation was developed to improve the growth process. The use of better-built crucibles allows their use in more than one experiment, increasing the process reproducibility. The growth chamber was also modified to achieve vacuum of approximately 10-7 torr. The previous thermal treatment under high vacuum before charge melting eliminate the initial transient reported in previous works of YLF doped fibers growth. Single crystal fibers of YLF:Nd (0.5, 1 e 1.5 mol%) and YLF:Er (1, 10 and 20 mol %), with 0.7 mm diameters and up to 120mm of length were grown. Mechanical problems in the micro-PD system equipment made difficult the control of the solid-liquid interface, and several corrections on the experimental parameters were necessary during the growth process, resulting in defects formation, mainly on the fibers surface. In the experimental conditions of this work, the use of a static atmosphere showed not appropriate for elimination of spurious contamination from ambient atmosphere. The Nd:YLF (1.5mol%) fiber demonstrated a gain higher that the losses, demonstrating the viability for laser action.

Neste trabalho foi estudado o crescimento de fibras monocristalinas de LiYF4 (YLF) dopadas com Er3+ ou Nd3+ pelo método de micro-pulling-down (-PD) no modo resistivo. Para otimização do processo de crescimento foi, desenvolvida nova metodologia de confecção de cadinhos, de forma a torná-los mais rígidos permitindo sua utilização em mais de uma experiência, aumentando a reprodutibilidade do processo. A câmara de crescimento também foi modificada para obtenção de vácuo da ordem de 10-7 torr. Devido ao tratamento térmico do sistema sob alto vácuo, antes da fusão do material, não foram observados transientes iniciais no processo de puxamento das fibras de YLF dopadas. Foram crescidas fibras de YLF:Nd com concentrações de 0,5, 1 e 1,5 mol% e fibras de YLF:Er com 1, 10, 20 mol %, com diâmetros da ordem de 0,7 mm e comprimentos de até 120mm. Devido a problemas mecânicos do sistema, o ancoramento das fibras, ou seja, o equilíbrio na interface sólidoliquido, mostrou-se muito difícil, sendo necessárias várias correções nos parâmetros de crescimento para estabilização da interface sólido-líquido resultando na formação de defeitos, principalmente na superfície, em regiões ao longo das fibras. Nas condições do presente estudo, o uso de uma atmosfera estática mostrou-se desfavorável. Testes de ganho efetuados com a fibra de YLF:Nd dopada com 1,5mol%, mostraram um ganho superior às perdas comprovando seu potencial para ação laser. / In the present work, we studied the growth of single crystal fibers of LiYF4 (YLF) doped with Er3+ or Nd3+ by the resistive micro-pulling-down (-PD) tecnhique. A new method for crucible preparation was developed to improve the growth process. The use of better-built crucibles allows their use in more than one experiment, increasing the process reproducibility. The growth chamber was also modified to achieve vacuum of approximately 10-7 torr. The previous thermal treatment under high vacuum before charge melting eliminate the initial transient reported in previous works of YLF doped fibers growth. Single crystal fibers of YLF:Nd (0.5, 1 e 1.5 mol%) and YLF:Er (1, 10 and 20 mol %), with 0.7 mm diameters and up to 120mm of length were grown. Mechanical problems in the micro-PD system equipment made difficult the control of the solid-liquid interface, and several corrections on the experimental parameters were necessary during the growth process, resulting in defects formation, mainly on the fibers surface. In the experimental conditions of this work, the use of a static atmosphere showed not appropriate for elimination of spurious contamination from ambient atmosphere. The Nd:YLF (1.5mol%) fiber demonstrated a gain higher that the losses, demonstrating the viability for laser action.

Neste trabalho, foi investigado o processo de crescimento de fibras monocristalinas (FMc) para aplicação em sistemas laser. Para o aperfeiçoamento na fabricação de FMc de fluoretos, foi projetada e construída uma nova câmara de crescimento para um forno comercial de micro-pulling down (μ-PD), permitindo um rígido controle da atmosfera de processamento, (sob vácuo, fluxo e atmosferas estáticas). Paralelamente, foi investigado o processo de crescimento de FMc de molibdatos duplos de terras raras, sendo crescidas e caracterizadas fibras puras e dopadas com Nd3+ do composto LiLa(MoO4)2 (LLM) com concentrações na faixa de 0,5 a 10mol%. A câmara de crescimento projetada para o controle de atmosfera foi avaliada em diversas condições de operação. Em particular, a mesma foi testada com o puxamento de fibras de LiF, sob atmosfera de CF4, para observação da sua eficiência no controle da atmosfera de crescimento. Foram obtidas FMc de LLM, homogêneas e transparentes; nas fibras puras foi observada a presença de facetas, entretanto, a adequação dos parâmetros de crescimento e a adição de dopantes permitiu a redução significativa destes defeitos. A difração de raios-x mostrou a cristalização no grupo espacial I41/a; medidas de tomografia por coerência ótica permitiram a detecção de centros de espalhamento em regiões onde ocorreram instabilidades no processo de crescimento. Foi possível observar que o coeficiente de segregação do íon Nd3+ é próximo à unidade nesta matriz. O ganho potencial para ação laser foi determinado utilizando-se uma solução numérica das equações de taxa do sistema em 805nm e regime CW. O ganho máximo da emissão laser em 1,064 μm foi previsto para a dopagem de 5% mol Nd3+. / In this work we investigated crystal growth procedures aiming the development of single crystal fiber (SCF) for laser applications. For quality optimization in the fabrication of fluorides SCF a new growth chamber for a micro-pulling down furnace (μ-PD) was constructed targeting the fibers fabrication with strict atmosphere control (high vacuum, gas flux and static atmospheres). Simultaneously, the SCF growth process of rare earth double molybdates was studied. The growth of pure and Nd3+-doped SCF of LiLa(MoO4)2 (LLM) was studied in the range of 0,5 - 10mol% doping. The designed furnace growth chamber with controlled atmosphere was successfully constructed and tested under different conditions. Specially, it was tested with the growth of LiF SFC under CF4 atmosphere showing the expected results. Transparent and homogeneous SCF of Nd:LLM were grown. In the pure fibers was observed facets formation, however, these defects were minimized after tuning of the growth parameters and additionally with the fibers doping. X-ray analysis showed the crystallization of a single phase (space group I41/a); the optical coherence tomography showed the presence of scattering centers only in regions were some growth stability occurred due to the manual process control. The measured Nd3+ distribution showed uniform incorporation, indicative of a segregation coefficient close to unity in LLM. The potential laser gain of the system was determined using a numerical solution of the rate equations system for the 805nm, CW pumping regime, showing the maximum laser emission gain at 1.064 μm for a Nd3+-doping of 5mol%.

Neste trabalho foi estudado o crescimento de fibras da matriz LiLa(WO4)2 (LLW) pura e co-dopada com íons Yb3+ e Er3+ via micro pulling-down. Foram crescidas fibras homogêneas e transparentes de LiLa(WO4)2:Yb3+:Er3+ com teor de dopante de 2, 5, 7, 10 e 15 mol% de Yb3+, todas co-dopadas com teor de 0,5 mol% de Er3+, com 1mm de diâmetro e até 22 mm de comprimento. Partindo-se da dopagem de 20 mol% não foi possível o crescimento de fibras com a mesma qualidade das demais, ocorrendo segregação e, possivelmente, formação de fase secundária. A temperatura de fusão dos compostos diminui com a adição de Yb3+, indo de 1020°C para o LLW puro, para 991°C com dopagem de 20 mol%. Para a análise de espectroscopia de emissão, as fibras foram excitadas com laser na região do infravermelho em 972 nm, sendo observada a emissão dos íons Er3+ via conversão ascendente. Foram observadas emissões referentes às transições 4S3/2 → 4I15/2 (centroide em 550 nm), 2H11/2 → 4I15/2 (527 nm) e 4F9/2 → 4I15/2 (653 nm); sendo a primeira a mais intensa. A eficiência de emissão aumentou de ~7% para a fibra pura, para 36% na fibra com 15 mol% de Yb3+. Foi encontrado que, para a maior intensidade de emissão, a quantidade ideal de Yb3+ deve ser de 11,5 mol%. / In the current work, was studied the growth of pure and Yb3+ and Er3+-doped LiLa(WO4)2 (LLW) by micro pulling-down technique. Were grown homogeneous and transparent fibers of Yb3+:Er3+:LiLa(WO4)2 with a dopant content of 2, 5, 7, 10 and 15 mol% of Yb3+, all co-doped with 0.5 mol% Er3+, 1 mm diameter and up to 22 mm length. It was not possible grow fibers with 20 mol% of Yb3+ due segregation and, possibly, formation of secondary phases. Noticed the melting temperature of the doped compounds decreases with the addition of Yb3+, from 1020 °C (pure LLW) to 991 °C (20 mol% Yb-doped). For emission studies, the fibers were excited in the infrared region at 972 nm and up conversion emission of Er3+ ions was registered. Emissions referring to transitions 4S3/2 → 4I15/2 (centroid at 550 nm), 2H11/2 → 4I15/2 (527 nm) and 4F9/2 → 4I15/2 (653 nm) were observed; the first one being the most intense. Emission efficiency increased from ~ 7% in pure fiber to 36% in doped fiber with 15 mol% of Yb3+. It was found that, for the highest emission intensity, the ideal amount of Yb3+ should be 11.5 mol%.

Neste trabalho foi estudado o crescimento de fibras da matriz LiLa(WO4)2 (LLW) pura e co-dopada com íons Yb3+ e Er3+ via micro pulling-down. Foram crescidas fibras homogêneas e transparentes de LiLa(WO4)2:Yb3+:Er3+ com teor de dopante de 2, 5, 7, 10 e 15 mol% de Yb3+, todas co-dopadas com teor de 0,5 mol% de Er3+, com 1mm de diâmetro e até 22 mm de comprimento. Partindo-se da dopagem de 20 mol% não foi possível o crescimento de fibras com a mesma qualidade das demais, ocorrendo segregação e, possivelmente, formação de fase secundária. A temperatura de fusão dos compostos diminui com a adição de Yb3+, indo de 1020°C para o LLW puro, para 991°C com dopagem de 20 mol%. Para a análise de espectroscopia de emissão, as fibras foram excitadas com laser na região do infravermelho em 972 nm, sendo observada a emissão dos íons Er3+ via conversão ascendente. Foram observadas emissões referentes às transições 4S3/2 → 4I15/2 (centroide em 550 nm), 2H11/2 → 4I15/2 (527 nm) e 4F9/2 → 4I15/2 (653 nm); sendo a primeira a mais intensa. A eficiência de emissão aumentou de ~7% para a fibra pura, para 36% na fibra com 15 mol% de Yb3+. Foi encontrado que, para a maior intensidade de emissão, a quantidade ideal de Yb3+ deve ser de 11,5 mol%. / In the current work, was studied the growth of pure and Yb3+ and Er3+-doped LiLa(WO4)2 (LLW) by micro pulling-down technique. Were grown homogeneous and transparent fibers of Yb3+:Er3+:LiLa(WO4)2 with a dopant content of 2, 5, 7, 10 and 15 mol% of Yb3+, all co-doped with 0.5 mol% Er3+, 1 mm diameter and up to 22 mm length. It was not possible grow fibers with 20 mol% of Yb3+ due segregation and, possibly, formation of secondary phases. Noticed the melting temperature of the doped compounds decreases with the addition of Yb3+, from 1020 °C (pure LLW) to 991 °C (20 mol% Yb-doped). For emission studies, the fibers were excited in the infrared region at 972 nm and up conversion emission of Er3+ ions was registered. Emissions referring to transitions 4S3/2 → 4I15/2 (centroid at 550 nm), 2H11/2 → 4I15/2 (527 nm) and 4F9/2 → 4I15/2 (653 nm) were observed; the first one being the most intense. Emission efficiency increased from ~ 7% in pure fiber to 36% in doped fiber with 15 mol% of Yb3+. It was found that, for the highest emission intensity, the ideal amount of Yb3+ should be 11.5 mol%.

Neste trabalho, foi investigado o processo de crescimento de fibras monocristalinas (FMc) para aplicação em sistemas laser. Para o aperfeiçoamento na fabricação de FMc de fluoretos, foi projetada e construída uma nova câmara de crescimento para um forno comercial de micro-pulling down (μ-PD), permitindo um rígido controle da atmosfera de processamento, (sob vácuo, fluxo e atmosferas estáticas). Paralelamente, foi investigado o processo de crescimento de FMc de molibdatos duplos de terras raras, sendo crescidas e caracterizadas fibras puras e dopadas com Nd3+ do composto LiLa(MoO4)2 (LLM) com concentrações na faixa de 0,5 a 10mol%. A câmara de crescimento projetada para o controle de atmosfera foi avaliada em diversas condições de operação. Em particular, a mesma foi testada com o puxamento de fibras de LiF, sob atmosfera de CF4, para observação da sua eficiência no controle da atmosfera de crescimento. Foram obtidas FMc de LLM, homogêneas e transparentes; nas fibras puras foi observada a presença de facetas, entretanto, a adequação dos parâmetros de crescimento e a adição de dopantes permitiu a redução significativa destes defeitos. A difração de raios-x mostrou a cristalização no grupo espacial I41/a; medidas de tomografia por coerência ótica permitiram a detecção de centros de espalhamento em regiões onde ocorreram instabilidades no processo de crescimento. Foi possível observar que o coeficiente de segregação do íon Nd3+ é próximo à unidade nesta matriz. O ganho potencial para ação laser foi determinado utilizando-se uma solução numérica das equações de taxa do sistema em 805nm e regime CW. O ganho máximo da emissão laser em 1,064 μm foi previsto para a dopagem de 5% mol Nd3+. / In this work we investigated crystal growth procedures aiming the development of single crystal fiber (SCF) for laser applications. For quality optimization in the fabrication of fluorides SCF a new growth chamber for a micro-pulling down furnace (μ-PD) was constructed targeting the fibers fabrication with strict atmosphere control (high vacuum, gas flux and static atmospheres). Simultaneously, the SCF growth process of rare earth double molybdates was studied. The growth of pure and Nd3+-doped SCF of LiLa(MoO4)2 (LLM) was studied in the range of 0,5 - 10mol% doping. The designed furnace growth chamber with controlled atmosphere was successfully constructed and tested under different conditions. Specially, it was tested with the growth of LiF SFC under CF4 atmosphere showing the expected results. Transparent and homogeneous SCF of Nd:LLM were grown. In the pure fibers was observed facets formation, however, these defects were minimized after tuning of the growth parameters and additionally with the fibers doping. X-ray analysis showed the crystallization of a single phase (space group I41/a); the optical coherence tomography showed the presence of scattering centers only in regions were some growth stability occurred due to the manual process control. The measured Nd3+ distribution showed uniform incorporation, indicative of a segregation coefficient close to unity in LLM. The potential laser gain of the system was determined using a numerical solution of the rate equations system for the 805nm, CW pumping regime, showing the maximum laser emission gain at 1.064 μm for a Nd3+-doping of 5mol%.

Neste trabalho, foram realizadas sínteses dos tungstatos duplos NaLa(WO4)2 (NLW), NaGd(WO4)2 (NGW) e LiLa(WO4)2 (LLW) puros e simplesmente dopados com os íons Nd3+ e Yb3+; comparando-se dois métodos de obteção: o de reação no estado sólido e o sol-gel modificado (Pechini). Verificou-se que o envelhecimento do reagente La2O3 (adsorção de umidade ambiente) é um fator determinante na formação dos materiais desejados. Ambos os métodos testados são análogos para obtenção desses materiais se a proporção estequiométrica dos reagentes for a correta. Um estudo empírico foi realizado para crescimento, a partir da fusão, de fibras cristalinas, através do método de micro-pulling-down (µ-PD) (nos modos de aquecimento resistivo e indutivo), de NLW, NGW e LLW puros e simplesmente dopados com os íons Nd3+ e Yb3+. Neste estudo observou-se a evaporação do líquido durante o processo, o efeito da variação das taxas de puxamento e a interação do líquido com o material do cadinho e com a interface de cristalização. Foram obtidas fibras monocristalinas para todos os compostos. Amostras destas fibras foram caracterizadas por difratometria de raios-X (DRX) para verificação da fase formada, por microscopia ótica (MO) e eletrônica de varredura (MEV) para caracterização do diâmetro das fibras, espectrometria por dispersão em energia (EDS/EDX) para determinação da concentração dos dopantes; e também espectroscopia ótica de absorção no VIS-IR para determinação da incorporação do dopante na forma trivalente. / At the present work, the pure and Nd,Yb-doped alkali rare earth double tungstates NaLa(WO4)2 (NLW), NaGd(WO4)2 (NGW) and LiLa(WO4)2 (LLW) were synthesized. Two synthesis methods were evaluated: the solid state reaction method and the modified sol-gel method (Pechini). Both of them are similar for the synthesis of these materials if stoichiometric proportion of reagents is used. It was verified that the moisture adsorption from air by the reagent La2O3 is a problem in the formation of the studied compounds. An empirical study of growth from the melt of single-crystalline fibers was achieved through the micro-pulling-down (µ-PD) method (in the heating inductive and resistive modes) of pure and Nd,Yb-doped NLW, NGW and LLW. It was observed in this study the liquid evaporation during the process, the effect of different pulling rates, the liquid interaction with the crucible material and the crystallization interface. Single-crystalline fibers were achieved for all compounds studied. Samples were characterized through X-ray powder diffraction (XRD) for phases identification, optical (OM) and scanning electronic microscopy (SEM) for fiber diameter visualization, energy dispersion scattering (EDS/EDX) for determining dopants concentration and also optical absorption spectroscopy in the VIS-IR for determining dopants incorporation in the trivalent state.

Neste trabalho, foram realizadas sínteses dos tungstatos duplos NaLa(WO4)2 (NLW), NaGd(WO4)2 (NGW) e LiLa(WO4)2 (LLW) puros e simplesmente dopados com os íons Nd3+ e Yb3+; comparando-se dois métodos de obteção: o de reação no estado sólido e o sol-gel modificado (Pechini). Verificou-se que o envelhecimento do reagente La2O3 (adsorção de umidade ambiente) é um fator determinante na formação dos materiais desejados. Ambos os métodos testados são análogos para obtenção desses materiais se a proporção estequiométrica dos reagentes for a correta. Um estudo empírico foi realizado para crescimento, a partir da fusão, de fibras cristalinas, através do método de micro-pulling-down (µ-PD) (nos modos de aquecimento resistivo e indutivo), de NLW, NGW e LLW puros e simplesmente dopados com os íons Nd3+ e Yb3+. Neste estudo observou-se a evaporação do líquido durante o processo, o efeito da variação das taxas de puxamento e a interação do líquido com o material do cadinho e com a interface de cristalização. Foram obtidas fibras monocristalinas para todos os compostos. Amostras destas fibras foram caracterizadas por difratometria de raios-X (DRX) para verificação da fase formada, por microscopia ótica (MO) e eletrônica de varredura (MEV) para caracterização do diâmetro das fibras, espectrometria por dispersão em energia (EDS/EDX) para determinação da concentração dos dopantes; e também espectroscopia ótica de absorção no VIS-IR para determinação da incorporação do dopante na forma trivalente. / At the present work, the pure and Nd,Yb-doped alkali rare earth double tungstates NaLa(WO4)2 (NLW), NaGd(WO4)2 (NGW) and LiLa(WO4)2 (LLW) were synthesized. Two synthesis methods were evaluated: the solid state reaction method and the modified sol-gel method (Pechini). Both of them are similar for the synthesis of these materials if stoichiometric proportion of reagents is used. It was verified that the moisture adsorption from air by the reagent La2O3 is a problem in the formation of the studied compounds. An empirical study of growth from the melt of single-crystalline fibers was achieved through the micro-pulling-down (µ-PD) method (in the heating inductive and resistive modes) of pure and Nd,Yb-doped NLW, NGW and LLW. It was observed in this study the liquid evaporation during the process, the effect of different pulling rates, the liquid interaction with the crucible material and the crystallization interface. Single-crystalline fibers were achieved for all compounds studied. Samples were characterized through X-ray powder diffraction (XRD) for phases identification, optical (OM) and scanning electronic microscopy (SEM) for fiber diameter visualization, energy dispersion scattering (EDS/EDX) for determining dopants concentration and also optical absorption spectroscopy in the VIS-IR for determining dopants incorporation in the trivalent state.

Neste trabalho, foram estudados os processos de crescimento e caracterização de fibras monocristalinas de LiF e de LiYF4 (YLF) puras e dopadas com érbio (Er) ou neodímio (Nd) para aplicações ópticas. O crescimento destas fibras foi efetuado pelo método de micro-pulling-down (µ-PD) e o uso desta técnica é inédito para a obtenção de fibras monocristalinas destes fluoretos. Para tal finalidade, foi inicialmente construído no IPEN, um protótipo do sistema de µ-PD no modo resistivo para a compreensão dos parâmetros experimentais. Posteriormente, um equipamento comercial foi instalado e especialmente adaptado para o puxamento de fibras de fluoretos. Foram obtidas fibras monocristalinas de LiF, com boa qualidade óptica e estrutural e dimensões uniformes: diâmetros entre 0,5 e 1 mm e comprimentos de até 15 cm. A avaliação para o uso destas fibras como meio laser ativo indicou que suas propriedades ópticas são semelhantes às observadas em cristais volumétricos. Foi investigada a influência da geometria do capilar e cadinho, da atmosfera de crescimento e da composição de partida na estabilidade do processo de crescimento de fibras de YLF pelo método de µ-PD. Este material é muito sensível às contaminações procedentes da atmosfera de crescimento e a formação da fase estequiométrica, durante o crescimento da fibra, depende fortemente da atmosfera, da velocidade de puxamento e da composição de partida. Foram obtidas, de forma reprodutível, fibras puras com diâmetro uniforme (0,5 à 0,8 mm) e longo comprimento da fase estequiométrica (até 60 mm). Fibras de YLF com dopagens nominais de 10 mol% e 40 mol% de Er e com 1,7 mol% de Nd foram também obtidas com sucesso. As fibras de YLF:Er são homogêneas e livres de trincas, com distribuição regular de dopante e concentração próxima ao valor nominal. O perfil de distribuição de Nd na fibra de YLF:Nd é diferenciado. O valor do coeficiente de distribuição efetivo k foi estimado em 0,58; valor este superior aos valores encontrados para cristais volumétricos de YLF:Nd. A investigação das propriedades ópticas de absorção e emissão evidenciou características semelhantes às observadas em cristais volumétricos dopados com Nd, permitindo considerar as fibras de YLF:Nd com potencial para uso como meio laser ativo em dispositivos ópticos compactos com bombeamento por diodo. / In this work we present the growth and characterization of LiF and pure and rare-earth doped (Er and Nd) yttrium-lithium tetra-fluoride (LiYF4 or YLF) by the micro-pulling-down technique (µ-PD). The use of this technique is original for the present purpose. A m-PD prototype in the resistive mode was firstly built to understand the most important operational parameters. A commercial equipment was later installed and specifically modified to grow fluoride fibres. Regular and transparent single-crystalline fibres of LiF (diameter of 0.6 mm and length up to 150 mm) were obtained. LiF crystalline fibres as a potential laser media presented the same spectroscopic properties of bulk crystals. The influence of capillary and crucible shapes, growth atmosphere and start composition stoichiometry on the growth process of YLF fibers were also investigated. In general, the fluorides are very sensitive to moisture contamination. The growth atmosphere plays an important role on the stoichiometry deviation. Since this fluoride melts incongruently, any compositional changes inflences the solidification behavior of the material. Additionally, a limited pulling rate is required to the YLF phase formation and to the compositional homogeneity along the fiber. Homogeneous and regular section YLF fibres, with diametres between 0.5 to 0.8 mm and up to 60 mm in length, were obtained in a suitable and reproducible growth process. Er-doped (with nominal concentration of 10 and 40 mol%) and Nd-doped (with nominal concentration of 1.7 mol%) fibres were also successfully grown. Er-doped fibres were crack-free and the dopant concentration was practically uniform along the YLF phase. However, Nd–doped fibres presented a short initial transient in its concentration. The Nd distribution coefficient was evaluated as 0.58 for the YLF fibre. This value is greater than those estimated for YLF bulk crystals grown by normal freezing processes. The optical properties of the YLF:Nd fibres were similar to those observed in bulk crystals, which drive us to consider the YLF:Nd fibres as an important material to build compact all-solid-state lasers directly pumped by diodes.

Neste trabalho, foram estudados os processos de crescimento e caracterização de fibras monocristalinas de LiF e de LiYF4 (YLF) puras e dopadas com érbio (Er) ou neodímio (Nd) para aplicações ópticas. O crescimento destas fibras foi efetuado pelo método de micro-pulling-down (µ-PD) e o uso desta técnica é inédito para a obtenção de fibras monocristalinas destes fluoretos. Para tal finalidade, foi inicialmente construído no IPEN, um protótipo do sistema de µ-PD no modo resistivo para a compreensão dos parâmetros experimentais. Posteriormente, um equipamento comercial foi instalado e especialmente adaptado para o puxamento de fibras de fluoretos. Foram obtidas fibras monocristalinas de LiF, com boa qualidade óptica e estrutural e dimensões uniformes: diâmetros entre 0,5 e 1 mm e comprimentos de até 15 cm. A avaliação para o uso destas fibras como meio laser ativo indicou que suas propriedades ópticas são semelhantes às observadas em cristais volumétricos. Foi investigada a influência da geometria do capilar e cadinho, da atmosfera de crescimento e da composição de partida na estabilidade do processo de crescimento de fibras de YLF pelo método de µ-PD. Este material é muito sensível às contaminações procedentes da atmosfera de crescimento e a formação da fase estequiométrica, durante o crescimento da fibra, depende fortemente da atmosfera, da velocidade de puxamento e da composição de partida. Foram obtidas, de forma reprodutível, fibras puras com diâmetro uniforme (0,5 à 0,8 mm) e longo comprimento da fase estequiométrica (até 60 mm). Fibras de YLF com dopagens nominais de 10 mol% e 40 mol% de Er e com 1,7 mol% de Nd foram também obtidas com sucesso. As fibras de YLF:Er são homogêneas e livres de trincas, com distribuição regular de dopante e concentração próxima ao valor nominal. O perfil de distribuição de Nd na fibra de YLF:Nd é diferenciado. O valor do coeficiente de distribuição efetivo k foi estimado em 0,58; valor este superior aos valores encontrados para cristais volumétricos de YLF:Nd. A investigação das propriedades ópticas de absorção e emissão evidenciou características semelhantes às observadas em cristais volumétricos dopados com Nd, permitindo considerar as fibras de YLF:Nd com potencial para uso como meio laser ativo em dispositivos ópticos compactos com bombeamento por diodo. / In this work we present the growth and characterization of LiF and pure and rare-earth doped (Er and Nd) yttrium-lithium tetra-fluoride (LiYF4 or YLF) by the micro-pulling-down technique (µ-PD). The use of this technique is original for the present purpose. A m-PD prototype in the resistive mode was firstly built to understand the most important operational parameters. A commercial equipment was later installed and specifically modified to grow fluoride fibres. Regular and transparent single-crystalline fibres of LiF (diameter of 0.6 mm and length up to 150 mm) were obtained. LiF crystalline fibres as a potential laser media presented the same spectroscopic properties of bulk crystals. The influence of capillary and crucible shapes, growth atmosphere and start composition stoichiometry on the growth process of YLF fibers were also investigated. In general, the fluorides are very sensitive to moisture contamination. The growth atmosphere plays an important role on the stoichiometry deviation. Since this fluoride melts incongruently, any compositional changes inflences the solidification behavior of the material. Additionally, a limited pulling rate is required to the YLF phase formation and to the compositional homogeneity along the fiber. Homogeneous and regular section YLF fibres, with diametres between 0.5 to 0.8 mm and up to 60 mm in length, were obtained in a suitable and reproducible growth process. Er-doped (with nominal concentration of 10 and 40 mol%) and Nd-doped (with nominal concentration of 1.7 mol%) fibres were also successfully grown. Er-doped fibres were crack-free and the dopant concentration was practically uniform along the YLF phase. However, Nd–doped fibres presented a short initial transient in its concentration. The Nd distribution coefficient was evaluated as 0.58 for the YLF fibre. This value is greater than those estimated for YLF bulk crystals grown by normal freezing processes. The optical properties of the YLF:Nd fibres were similar to those observed in bulk crystals, which drive us to consider the YLF:Nd fibres as an important material to build compact all-solid-state lasers directly pumped by diodes.