Neste trabalho estudamos teórica e experimentalmente o efeito de Conjugação de Fase por Mistura Degenerada de Quatro Ondas (CFMD40) e Modulação Transversal de Fase em cristais dopados com Cr+3. Estudamos a CFMD40 em Al2O3:Cr+3 (rubi) e GdAlO3:Cr+3 com um laser de Ar (em λ=514nm) obtendo um bom acordo entre os resultados experimentais e os teóricos (nestes cálculos usamos os valores de n2 de um trabalho anterior [1]). O modelo teórico que fizemos explica muito bem o comportamento de saturação da eficiência da CFMD40 que não era compreendido em trabalhos anteriores [47,48.2]. Usando os mesmos valores de n2 obtivemos um bom acordo entre os resultados experimentais e teóricos para o efeito de Modulação Transversal de Fase. Também fizemos um modelo teórico para o efeito de Modulação Transversal de Fase em CFMD40 que explica nossas observações [2]. A não linearidade destes materiais foi investigada usando-se três técnicas experimentais diferentes [1.2] e por dois outros grupos [61.62] (para o rubi) através de mistura de duas ondas não degeneradas. Todas estas medidas estão em bom acordo. Na alexandrita (BeAl2O 4:Cr+3) estudamos o espectro de χ(3) (ou n2) em ressonância das linhas R. Nos atribuímos a forma assimétrica do espectro como sendo oriunda de duas contribuições para susceptibilidade, onde um termo é devido a interação ressonante com o sistema de dois níveis e o outro devido a mudança de polarizabilidade causada pela população do estado excitado (esta é a primeira vez que este efeito foi observado). / In this work we studied theoretical and experimentally the effects of Phase Conjugation by Degenerate Four Wave Mixing and Transversal Phase (PCD4WM) Modulation in Cr+3 doped crystals. We studied the PDC4WM in Al2O3:Cr+3 (ruby) and GdAlO3:Cr+3 with on Ar laser (at λ= 514 nm) and obtained a good agreement between our experimental and theoretical results (in these ca1culations we used the nonlinear refractive index n 2 values from a previous paper [1]. The theoretical model that we developed explains very well the saturation behaviour of the PDC4WM efficiency that was not understood in previous papers [47.48,2]. These values of n2 are also in good agreement with our results in Transverse Phase Modulation. We also developed a theoretical model for the effect of Transverse Phase Modulation in PCDFWM that explains our observations [2]. The nonlinearity ?n IND.2? from these materials was investigated by us using three different techniques [1.2], by other two groups [61.62] (for the ruby) in nondegenerate two-wave mixing and all those measurements are in good agreement. In alexandrite (BeAl2O4:Cr +3) we studied the χ(3) (or n2) spectrum in resonance with the R lines. We attributed the asymetric shape of the spectrum by the effect of two differents contributions, one term due to the resonant interaction of the two-level system and the other due to the polarizability change caused by excited state population (this is the first observation of this kind of effect.

Submitted by Marta Toyoda (1144061@mackenzie.br) on 2018-03-09T17:28:22Z No. of bitstreams: 2 FABIANA CAMPOS CASALLAS.pdf: 2682694 bytes, checksum: bc947d453c8e9c7e23a2ea64ea99f9e2 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Paola Damato (repositorio@mackenzie.br) on 2018-06-08T20:52:07Z (GMT) No. of bitstreams: 2 FABIANA CAMPOS CASALLAS.pdf: 2682694 bytes, checksum: bc947d453c8e9c7e23a2ea64ea99f9e2 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2018-06-08T20:52:07Z (GMT). No. of bitstreams: 2 FABIANA CAMPOS CASALLAS.pdf: 2682694 bytes, checksum: bc947d453c8e9c7e23a2ea64ea99f9e2 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2017-11-29 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de São Paulo / Fundo Mackenzie de Pesquisa / This work presents studies and simulations of phase modulators in optical signals with the use of integrated components based on silicon photonics with graphene to improve the data transmission capacity (bandwidth) due to the increasing demand generated by new and modern last generation used in industries and residences nowaday. A brief description of the history of research on graphene, its characteristics and challenges in the area of phase modulation will be presented, emphasizing the applications with modulation by electro-refraction. Through numerical simulations, optical phase modulators based on silicon waveguides with graphene transferred on these guides were designed, quasi-TE and quasi-TM modes were evaluated. Although most graphene-based integrated modulators have been shown to operate in quasi-TE mode, this work demonstrates that the best performance achieved was for quasi-TM mode operation due to a higher concentration of the optical field in the region where the graphene is deposited on the waveguide. The best performance was achieved for a waveguide formed by silicon with 2 layers of graphene in its upper part, separated by a dielectric alumina material, with operation in the quasi-TM mode, with VpL of 0,5 V.mm and electro-optical bandwidth up to 2,85 GHz. / Este trabalho apresenta estudos e simulações de moduladores de fase para sinais ópticos utilizando componentes integrados baseados na fotônica do silício com grafeno visando atender à grande demanda de transmissão de dados (largura de banda) utilizados em indústrias e residências ultimamente. Será apresentada uma breve descrição do histórico de pesquisas sobre o grafeno, suas características e desafios na área de modulação de fase de sinais, dando ênfase às aplicações eletro ópticas com modulação por eletro-refração. Através de simulações numéricas foram projetados moduladores ópticos de fase baseados em guias de onda de silício com o grafeno transferido sobre esses guias, foram avaliados os modos quase-TE e quase-TM. Apesar de a maioria dos moduladores integrados baseados em grafeno que foram demonstrados trabalharem com operação quase-TE, neste trabalho demonstra-se que o melhor desempenho alcançado foi para o modo quase-TM devido a uma maior concentração do campo óptico na região onde o grafeno ´e depositado sobre o guia de onda. O melhor desempenho alcançado foi para um guia de onda formado por silício com 2 camadas de grafeno em sua parte superior, separadas por um material dielétrico de alumina, com operação no modo quase-TM, com VpL de 0,5 V.mm e largura de banda eletro óptica de até 2,85 GHz.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2017-06-27T19:15:36Z No. of bitstreams: 1 eltonsoaresdelimafilho mestrado.pdf: 10470752 bytes, checksum: b2ec80f3017bdb5b70e7d1e60f734b92 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2017-08-07T21:06:43Z (GMT) No. of bitstreams: 1 eltonsoaresdelimafilho mestrado.pdf: 10470752 bytes, checksum: b2ec80f3017bdb5b70e7d1e60f734b92 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-07T21:06:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 eltonsoaresdelimafilho mestrado.pdf: 10470752 bytes, checksum: b2ec80f3017bdb5b70e7d1e60f734b92 (MD5) Previous issue date: 2009-08-07 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Neste trabalho apresenta-se os princípios, a construção e o funcionamento de um aparato que realiza medidas interferométricas de atividade metabólica de microorganismos, em tempo real e de várias amostras simultaneamente. A construção do MAI1 compreende o desenvolvimento e implementação de técnicas de posicionamento das amostras, controle preciso de temperatura, bem como a aquisição e interpretação de padrões de sinais modulados de interferência óptica. Ao longo deste trabalho serão apresentados os modelos teóricos utilizados, os códigos de computador, os desenhos dos circuitos eletrônicos e da mecânica do aparato, bem como medidas realizadas com o mesmo. / This work presents the principles, construction and functioning of an apparatus wich measures the metabolic activity of microorganisms, in real time and from different samples simultaneously, using optical interferometry. The construction of MAI' required the development and implementation of techniques for positioning of samples, precision control of temperature, as well as the acquisition and interpretation of patterns of modulated optical interference signals. Along this work the theoretical models used, the computer codes, the electronic circuit drawings, and the mechanics of the apparatus, as well as measurements carried out with it, will be presented.

Orientadores: Aldário Chrestani Bordonalli, Júlio César Rodrigues Fernandes de Oliveira / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-22T02:02:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ribeiro_VitorBedotti_M.pdf: 8224184 bytes, checksum: f63b4dc7f1e4170cdcb48f49bf1b4155 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: As mudanças nos padrões de tráfego na internet forçam a constante evolução das redes ópticas, que, por serem sistemas com grande capacidade e se estenderam por milhares de quilômetros, são a principal aposta para suprir a demanda por banda. A solução adotada foi aumentar a eficiência espectral da transmissão, por meio do uso de formatos de modulação de alta ordem, como o PSK e o QAM, da detecção coerente e da multiplexação em polarização. Nessa dissertação, os conceitos de uma transmissão coerente digital e os principais algoritmos para a recepção e recuperação de sinal são apresentados, considerando o formato de modulação DP-QPSK com taxa agregada de 112 Gb/s. É proposto, também, um método de adaptação de ganho para o algoritmo de módulo constante (CMA), que acelera a convergência e torna a rotina que rastreia as mudanças no estado de polarização do sinal óptico mais rápido e robusto. Os algoritmos para cada funcionalidade foram testados individualmente em simulação. O melhor conjunto de algoritmos é analisado e configurações experimentais em back-to-back com carregamento de ruído ASE, em anel de recirculação óptico de 225 km com 80 canais DWDM e, também, em transmissão pela Rede Experimental de Alta Velocidade GIGA no trecho Campinas - São Paulo - Campinas. Para a configuração em back-to-back, o limite do sistema foi de 10,5 dB de OSNR. No anel de recirculação, foi possível a transmissão de 80 canais a 112 Gb/s, totalizando 8,96 Tbit/s por 2925 km e ocupando 50 GHz de banda, ou por 2475 km e ocupando 25 GHz. Na rede GIGA, o sistema se mostrou estável, com taxa de erro de bits bem inferior ao limite por mais de 3 horas de análise. O método de adaptação de ganho proposto conseguiu acompanhar mais de 20 Mrad/s e 3 Mrad/s de variação angular no estado de polarização para 34 dB e 15 dB de OSNR, respectivamente, enquanto o CMA sem adaptação de ganho falha a 10 Mrad/s e 1,5 Mrad/s nas mesmas condições. Os resultados demonstram a eficácia e a estabilidade dos algoritmos e a capacidade de recuperação do sinal em simulação, em experimentos laboratoriais ou em campo / Abstract: The changes in traffic patterns due to the Internet force the constant evolution of optical networks. These systems, designed to deliver high transmission capacity over thousands of kilometers, are the key solution to meet the demand for bandwidth. The recent tendency to provide wider bandwidth without changing the infrastructure already deployed has been to increase the spectral efficiency of transmission by using high order modulation formats, such as PSK and QAM, and employment coherent detection along with polarization multiplexing. In this work the concepts of optical digital coherent systems and the main algorithms for signal reception and recovery are presented, considering QPSK modulation format and polarization multiplexing (DP-QPSK) at 112 Gb/s. It is also proposed a method for adaptive adjustment of the constant modulus algorithm (CMA) gain, which accelerates the convergence and makes the algorithm faster and more robust to changes in the state of polarization of the optical signal. The algorithms for each function were tested individually in a simulation setup. The best set of algorithms were then obtained and applied in the receiver end of different experimental setups: back-to-back with ASE noise loading; 225-km optical recirculation loop with 80 DWDM channels; and a field transmission over part of the high-capacity experimental network GIGA (Campinas - São Paulo - Campinas). For the back-to-back setup, the system limit was achieved at 10.5 dB of OSNR. For the recirculation loop, it was possible to transmit up to 80 channels at 112 Gb/s, or 8.96 Tbit/s for overall system capacity, over 2925 km, considering 50-GHz bandwidth signal, or 2475 km for 25-GHz bandwidth signal. For the GIGA network, the system was stable with bit error rate well below the FEC threshold during the 3-hour analysis. The gain adaptation method proposed was able to track over 20 Mrad/s and 3 Mrad/s of angular rotation rate in the state of polarization for OSNRs of 34 dB and 15 dB, respectively, while the CMA without gain adaptation fails to track frequencies above 10 Mrad/s and 1.5 Mrad/s in the same conditions. The results show that the set of algorithms is effective, stable and capable of recovering the signal during simulation, laboratory experiments or field trials / Mestrado / Telecomunicações e Telemática / Mestre em Engenharia Elétrica

Esta dissertação de mestrado investiga os formatos de modulação óptica alternativos ao tradicional formato binário de intensidade (NRZ - Non-return-to-zero), ditos avançados, como tecnologia chave para atender às exigências do mercado atual de telecomunicações por transporte de grande volume de dados e alta largura de banda, associados com a redução do custo da informação transmitida por bit. Os formatos avançados de modulação óptica fazem parte das tecnologias que estão sendo investigadas intensamente com o objetivo de superar os desafios impostos pela nova geração de sistemas ópticos com taxas a partir de 40 Gb/s. Este trabalho focaliza o estudo dessa tecnologia, apresentando uma visão geral dos formatos mais discutidos atualmente, suas características e tecnologias de implementação. Foram realizadas simulações utilizando o software comercial Optisystem versão 7.0 da empresa canadense Optiwave Systems Inc., para analisar o desempenho de alguns formatos de modulação de intensidade e de fase com respeito à sensibilidade do receptor, resistência ao cascateamento de filtragem óptica e a efeitos dispersivos e não-lineares. Procurou-se avaliar os formatos em enlaces reais, com características necessárias à sua possível utilização. Também é feita uma breve consideração dos custos associados aos formatos de modulação analisados neste trabalho. Dentre os formatos analisados, os RZ (Return-to zero) apresentaram maior sensibilidade do receptor e melhor tolerância aos efeitos não-lineares que os seus equivalentes NRZ, porém baixa tolerância aos efeitos dispersivos e ao cascateamento de filtragem óptica. O formato duobinário mostrou fraco desempenho de sensibilidade, mas provou ser o mais tolerante à dispersão cromática e à concatenação de filtragem óptica. Os formatos de modulação de fase mostraram ser bem resistentes aos efeitos não-lineares e aos efeitos dispersivos. / This MSc thesis investigates optical modulation formats as an alternative to the use of the traditional intensity binary format NRZ (Non-return-to-zero). Those formats, classified as advanced, represent one of the key technologies aimed to enable the high data volume and broadband, demanded by the present telecommunication market, with cost reduction of transmitted information per bit. Those technologies have been intensevely studied with purpose of overcoming the challenges imposed by the new generation of optical systems, with bit rates from 40 Gb/s. This work focuses on the study of modulation formats most discussed currently, presenting an overview of their main characteristics and implementation techniques. The performance of some intensity and phase formats, in terms of receiver sensitivity, optical filtering cascading, dispersion and nonlinear effects robustness, have been theoretically analyzed from simulations carried out with the commercial software Optisystem v. 7.0, of the Canadian company Optiwave Systems Inc. The analysis has been applied to real optical links, with characteristics that, potentially, demand their use. A cost analysis, based on estimated values associated to devices required for implementing the formats investigated in this work, is also presented. Among the formats studied, those based on RZ (Return-to zero) presented the highest receiver sensitivity and best tolerance to nonlinear effects, in comparison to their equivalent formats, based on NRZ. However, they are less tolerant to dispersive effects and optical filtering cascading. The duobinary format (DB) has shown a weak performance in terms of sensitivity, though has been proved to be the most tolerant to chromatic dispersion and filtering cascading effects. Among all formats, the phase modulation ones presented the highest resistance against nonlinear and dispersive effects.

O propósito principal desta tese foi a implementação e estudo da geração de pulsos laser de femtossegundos em comprimentos de onda curtos (ultravioleta profundo, ultravioleta de vácuo e ultravioleta extremo) pela técnica de conversão de frequência em capilar preenchido com gás nobre. Esta técnica de conversão de frequência tem feito diversas contribuições nas últimas décadas para o avanço da geração de pulsos laser ultracurtos nesta região espectral. O desenvolvimento de tais fontes de luz coerente possui importantes implicações nos estudos de espectroscopia resolvida no tempo em átomos, moléculas e materiais. Através da implementação da técnica de conversão de frequência com casamento de fase em capilar preenchido com gás argônio, foi possível a obtenção de pulsos de femtossegundos centrados em 260 nm e 195 nm utilizando um sistema laser amplificado Ti: safira (780 nm, 1.5 mJ, 43 fs, 1 KHz). Estes comprimentos de onda correspondem, respectivamente, aos terceiro e quarto harmônicos da frequência fundamental do laser utilizado. Pulsos centrados em 260 nm com excelente perfil espacial, energias da ordem de microjoules e durações temporais tão curtas quanto 18 fs, possibilitadas pela recompressão por um par de prismas, foram obtidos, os quais possuem grande aplicabilidade em estudos de espectroscopia não linear e resolvida no tempo. Pulsos ultracurtos centrados em 195 nm também foram obtidos. Uma investigação da influência da modulação da fase espectral do pulso laser em 780 nm sobre a geração de harmônicos através do processo do mistura de quatro ondas, também foi realizada. Desta forma, foi implementado um sistema de controle de formato de pulso laser de femtossegundo na configuração 4f baseado em um modulador espacial de luz de cristal líquido com o objetivo de modular a fase espectral dos pulsos laser em 780 nm. Este sistema de controle de formato de pulso foi então integrado ao sistema de geração de pulsos ultracurtos no ultravioleta profundo através do processo de mistura de ondas já implementado. Este estudo teve como objetivo, a obtenção da modulação indireta da fase espectral de pulsos em 260 nm através da transferência de fase espectral modulada de pulsos em 780 nm. Resultados iniciais interessantes foram obtidos utilizando uma fase espectral do tipo degrau com amplitude radianos, indicando a correta implementação do sistema. A obtenção de pulsos laser de femtossegundos no ultravioleta profundo com fase espectral modulada é de grande interesse para realização de experimentos de controle coerente nesta região espectral e também para estudos básicos de como a transferência de fase espectral ocorre para diferentes processos ópticos não lineares. Experimentos de geração de altos harmônicos pela técnica de conversão de frequência com casamento de fase em capilar preenchido com gás nobre, utilizando pulsos laser de femtossegundos em 400nm e 800nm, foram realizados durante estágio na Universidade do Colorado, EUA. Neste estudo, utilizando pulsos em 400nm, foi obtido um aumento maior que uma ordem de grandeza na região espectral em torno de 60eV em comparação com o fluxo de harmônicos gerados, nesta mesma região de energia, com pulsos centrados em 800nm. Por fim, através da experiência adquirida durante este estágio, foi desenvolvido e implementado em nosso laboratório um sistema de geração de altos harmônicos na região do ultravioleta extremo, baseado na técnica de conversão em capilar preenchido com gás argônio. Harmônicos de alta ordem na região de energia de 40ev (31nm) foram obtidos, tendo sido demonstrada a conversão sob condição de casamento de fase. Utilizando pulsos de femtossegundos em 780nm, a ordem máxima do harmônico observada foi igual a 27 (28.9nm, 42.9eV), devido a limitação da faixa espectral do monocromador utilizado em nossos experimentos. A implementação deste sistema torna disponível no Grupo de Fotônica, uma fonte de luz coerente no ultravioleta extremo, cujas propriedades únicas já tem sido amplamente exploradas em uma variedade de estudos de ciência básica e aplicada. / The main purpose of this thesis was the implementation and study of femtosecond laser pulses generation at short wavelengths (deep ultraviolet, vacuum ultraviolet end extreme ultraviolet) by the technique of frequency conversion in a hollow fiber filled with a noble gas. This frequency conversion technique has made several contributions in the last decades to improve the generation of ultrashort laser pulses in this spectral region. The development of such coherent light sources has important implications on ultrafast time-resolved spectroscopic study of atoms, molecules and materials. Through the implementation of the technique of phase matched frequency conversion in a gas filled hollow fiber using argon, it was possible to obtain femtosecond pulses centered at 260 nm and 195 nm using a Ti: sapphire amplified laser (780 nm, 1.5 mJ, 43 fs, 1 KHz). These wavelengths corresponds, respectively, to the third and fourth harmonics of the laser fundamental frequency. Pulses centered at 260 nm with excellent spatial profile, energies on the order of microjoules and temporal durations down to 18 fs, trough the compression by a prism pair, were obtained, which have wide applicability in nonlinear and time resolved optical spectroscopic studies. Ultrashort pulses at 195 nm where also obtained. An investigation of the influence of the spectral phase modulation of the laser pulses at 780 nm on the four-wave mixing nonlinear process for harmonic generation was also performed. In this way, a femtosecond pulse shaper based on a liquid crystal spatial light modulator in the 4f configuration was implemented in order to modulate the spectral phase of femtosecond pulses at 780 nm. This pulse shaper was then integrated to the system for generation of ultrashort pulses in the deep ultraviolet through the wave mixing process already implemented. This study aimed to obtain the indirect modulation of the 260 nm pulses spectral phase through the transfer of modulated spectral phase from pulses at 780 nm. Interesting initial results were obtained using a -step spectral phase, indicating the correct implementation of the system. The achievement of femtosecond pulses with modulated spectral phase in the deep ultraviolet is of great interest to perform coherent control studies in this spectral range and also for basic studies of how the spectral phase transfer occurs with different nonlinear optical laser processes. High-harmonic generation experiments based in the phase-matched frequency conversion in noble gas filled hollow fiber technique, using femtosecond pulses at 400 nm and 800 nm, were carried out during a internship at University of Colorado, USA. In this study, using pulses at 400 nm, an increase higher than one order of magnitude was obtained in the spectral region of 60 eV compared to harmonics generated, in this same region, with pulses at 800 nm. Finally, through the experience obtained during this internship, were carried out in our laboratory the development and implementation of a high harmonic generation system, based on the frequency conversion in a hollow fiber filled with argon gas. High harmonics with energies around 40eV (31nm) were obtained, and the conversion under phase-matched condition was demonstrated. Using pulses centered at 780nm, the highest harmonic order measured was 27 (28.9nm, 42.9eV), due to the spectral range limitation of monochromator used in our experiments. With the implementation of this system, becomes available at the Photonics Group a coherent light source at extreme ultraviolet wavelengths, which the unique properties have been already widely explored on a diversity of fundamental studies in basic and applied science.

Observamos o comportamento espectral do efeito Kerr transversal, para filmes amorfos de terra rara - cobalto na região do espectro visível e ultravioleta próximo (comprimento de onda, , entre 325 nm e 670 nm), onde o sinal magnetoóptico apresentou um máximo na região azul do espectro. Concluímos que, para esta região espectral, a variação relativa de refletividade é proporcional à magnetização do cobalto e a constante de proporcionalidade depende da composição da liga e do comprimento de onda da luz. Desenvolvemos uma técnica de modulação de fase, própria para medir o efeito Kerr transversal e a comparamos com a técnica de modulação de amplitude. Montamos um magnetômetro a efeito Kerr que opera com a modulação de fase e utiliza um laser de He-Cd ( = 325 nm e 442 nm) ou um diodo laser vermelho ( = 670 nm). Fazendo uma analogia com a figura de mérito para os efeitos Kerr longitudinal e polar (Fe), nós propusemos uma figura de mérito para o efeito Kerr transversal (FJ. Mostramos que sua dependência do ângulo de incidência é semelhante à da variação relativa de refletividade e, comparando medidas da figura de mérito do efeito Kerr longitudinal com a figura de mérito para o efeito transversal, comprovamos que a grandeza proposta é um bom parâmetro para medida de qualidade magnetoóptica de materiais. Observamos os efeitos do sperimagnetismo de ligas com anisotropia local fraca (Gd-Co) e forte (Ho-Co), através do comportamento térmico dos ciclos de histerese magnética e magnetoóptica. Dentre os fenômenos observados estão os efeitos da compensação, o crescimento hiperbólico do campo coercivo e os efeitos da reorientação de spin. Para a liga de Gd20C080a, transição observada foi uma inversão de spin, cujo o campo magnético aplicado, no qual ocorre a transição, cresce exponencialmente com o aumento da temperatura da amostra. / We have observed the spectral behavior of the transverse magnetooptical Kerr effect (TMOKE) in thin films of rare earth - cobalt amorphous alloys for the visible and the near-ultraviolet ranges of spectrurn (wavelength fiom 325 nm up to 670 nm). The relative change of reflectivity has shown a maximum at the blue wavelength. We have concluded that this magneto-optical signal is proportional to the cobalt magnetization and the proportionality constant depends on the alloy composition and on the wavelength. Besides developing an apparatus and a new phase modulation technique for the TMOKE, we have compared it to the more usual amplitude modulation TMOKE technique. This apparatus operates using either a He-Cd laser ( = 325 nm and 442 nm) for a red diode laser ( = 670nm). We have proposed the figure of merit for the transverse Kerr effect (F,) by analogy with the figure of merit for the longitudinal and polar Kerr effect (Fe). We have measured F, as a function of the angle of incidence and we have shown that F, has the same behavior of the magneto-optical signal. A comparison between F, and Fe has shown that F, is as good parameter as well as Fe for the characterization of the materials magneto-optical quality. We have studied the sperimagnetism of thin films of amorphous alloys with weak (Gd-Co) and strong (Ho-Co) random local anisotropy by the thermal behavior of the magnetic and magneto-optical hysteresis loops. The phenomena of compensation, coercivity and spin-reorientation phase transitions were observed. The comparison between magnetic and magneto-optical hysteresis loops for Gd20C~8h0as shown that the transition occurs from a colinear phase to an opposite collinear phase. In this case, the transition magnetic field grows exponentially when the temperature increases.

Submitted by Cleide Dantas (cleidedantas@ufpa.br) on 2014-08-04T12:22:44Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Tese_EstrategiaProjetoAtribuicao.pdf: 15607982 bytes, checksum: 4a52609a2c12d934a871cca61e899ccf (MD5) / Rejected by Irvana Coutinho (irvana@ufpa.br), reason: Item sem assunto. on 2014-08-07T16:41:54Z (GMT) / Submitted by Cleide Dantas (cleidedantas@ufpa.br) on 2014-09-10T16:40:19Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Tese_EstrategiaProjetoAtribuicao.pdf: 15607982 bytes, checksum: 4a52609a2c12d934a871cca61e899ccf (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Rosa Silva (arosa@ufpa.br) on 2014-09-17T17:37:15Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Tese_EstrategiaProjetoAtribuicao.pdf: 15607982 bytes, checksum: 4a52609a2c12d934a871cca61e899ccf (MD5) / Made available in DSpace on 2014-09-17T17:37:15Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Tese_EstrategiaProjetoAtribuicao.pdf: 15607982 bytes, checksum: 4a52609a2c12d934a871cca61e899ccf (MD5) Previous issue date: 2014 / CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / FAPESPA - Fundação Amazônia de Amparo a Estudos e Pesquisas / O sistema WDM (Wavelength Division Multiplexing) é considerado como uma tecnologia madura para ser usada no backbone de redes ópticas. Entretanto, encontrar uma solução ótima para o algoritmo de atribuição de comprimento de onda no projeto e operação destas redes, ainda é uma questão em aberto. A pesquisa realizada nesta tese aborda os principais aspectos relacionados ao processo de atribuição de comprimento de onda em sistemas WDM, e como resultado foi proposta uma metodologia que minimiza a degradação do sinal óptico gerada pela modulação de fase cruzada (XPM – Cross-Phase Modulation). Esta proposta é composta por uma metodologia híbrida baseada em Coloração de Grafo e Algoritmo Genético (AG), sendo que o primeiro tem a função de reduzir o número de comprimentos de onda necessários para atender a matriz de tráfego (que é fornecida a priori) e o último tem a função de encontrar a ordem de ativação de canais na grade de comprimentos de onda, com o objetivo de reduzir o efeito XPM. A proposta foi comparada com o algoritmo First-Fit em diferentes cenários e topologias de redes, e demonstrou uma considerável redução na probabilidade de bloqueio. / The system based on Wavelength Division Multiplex (WDM) has been considered as a mature technology to be used in the backbone of optical networks. However, finding an optical solution for Routing and Wavelength Assignment (RWA) algorithm in the design and operation of the networks remains an open issue. The research conducted in this thesis, addresses the main issues regarding the process of Wavelength Assignment (RWA) in WDM systems, and as result a methodology that minimizes the degradation of the optical signal generated by Cross-Phase Modulation (XPM), has been proposed. This proposal consists of a hybrid methodology based on Graph-Coloring and Genetic Algorithm (GA), where the first has the function of reducing the number of necessary wavelengths to meet the traffic matrix (known a priori), and the latter will find the cannels activation order on the wavelengths grid with the aim of reducing the XPM effect. This proposal was compared with the First-Fit algorithm in different scenarios and network topologies, and has shown a significant reduction in blocking probability.

Modulation instability (MI) is a general characteristic of wave propagation in nonlinear dispersive media and it has been intensively investigated in several branches of physics due to its fundamental nature as well as technological applications. This phenomenon corresponds to the exponential growth of weak harmonic perturbations in virtue of the interplay between dispersive and nonlinear effects. Hence, despite its important features, MI is also a main source of channel depletion and degradation in optical fiber communications. In this thesis, we investigate the modulational instability (MI) induced by cross-phase-modulation (XPM) of two incoherently coupled optical pulses co-propagating in a lossless fiber with a finite nonlinear response time. The non-instantaneous character of the nonlinear response is introduced through a Debye relaxation process. We analytically obtain the exact dispersion relation for weak harmonic perturbations over the stationary solution. We show that the instability spectrum, present in both normal and anomalous dispersive regimes in instantaneously responding Kerr media, develops a double peak structure whose relative strength and typical frequency range depend on the response time. Further, we reveal that there are two unstable modes in the entire frequency spectrum. We report the dependence of the maximum gain and central frequency within each unstable mode as a function of the group velocity mismatch and response time, showing the crossover between the regimes of fast and slow non-linear responses. / Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Alagoas / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Instabilidade Modulacional (IM) é um fenômeno característico da propagação de ondas em meios dispersivos não-lineares e tem sido estudado em diversas áreas da Física devido a sua natureza fundamental bem como suas importantes plicações tecnológicas. Esse fenômeno corresponde ao enriquecimento exponencial de pequenas perturbações harmônicas devido a cooperação dos efeitos não-lineares e dispersivos. Portanto, não obstante sua aplicabilidade, IM é, de igual modo, uma fonte importante de degradação em sistemas de comunicação por fibras ópticas. Nesta tese investigamos a instabilidade modulacional (IM) induzida por Modulação de Fase Cruzada (MFC) de dois pulsos ópticos acoplados incoerentemente que se propagam em uma fibra sem perda com tempo de resposta não-linear finito. O caráter não-instantâneo da resposta não-linear é introduzido através de um processo de relaxação de Debye. Obtemos analiticamente, de modo exato, a relação de dispersão para fracas perturbações harmônicas da solução estacionária. Mostramos que o espectro de instabilidade, presente tanto no regime de dispersão normal quanto no anômalo em meios Kerr com resposta instantânea, desenvolve uma estrutura de pico duplo cuja a intensidade relativa e a frequência típica dependem do tempo de resposta considerado. Além do mais, revelamos que existem dois modos instáveis ao longo de todo o espectro de frequência. Apresentamos a dependência do ganho máximo e da frequência correspondente dentro de cada modo instável como função da diferença da velocidade de grupo e do tempo de resposta, mostrando o cruzamento entre os regimes de resposta não-linear rápida e lenta.

O propósito principal desta tese foi a implementação e estudo da geração de pulsos laser de femtossegundos em comprimentos de onda curtos (ultravioleta profundo, ultravioleta de vácuo e ultravioleta extremo) pela técnica de conversão de frequência em capilar preenchido com gás nobre. Esta técnica de conversão de frequência tem feito diversas contribuições nas últimas décadas para o avanço da geração de pulsos laser ultracurtos nesta região espectral. O desenvolvimento de tais fontes de luz coerente possui importantes implicações nos estudos de espectroscopia resolvida no tempo em átomos, moléculas e materiais. Através da implementação da técnica de conversão de frequência com casamento de fase em capilar preenchido com gás argônio, foi possível a obtenção de pulsos de femtossegundos centrados em 260 nm e 195 nm utilizando um sistema laser amplificado Ti: safira (780 nm, 1.5 mJ, 43 fs, 1 KHz). Estes comprimentos de onda correspondem, respectivamente, aos terceiro e quarto harmônicos da frequência fundamental do laser utilizado. Pulsos centrados em 260 nm com excelente perfil espacial, energias da ordem de microjoules e durações temporais tão curtas quanto 18 fs, possibilitadas pela recompressão por um par de prismas, foram obtidos, os quais possuem grande aplicabilidade em estudos de espectroscopia não linear e resolvida no tempo. Pulsos ultracurtos centrados em 195 nm também foram obtidos. Uma investigação da influência da modulação da fase espectral do pulso laser em 780 nm sobre a geração de harmônicos através do processo do mistura de quatro ondas, também foi realizada. Desta forma, foi implementado um sistema de controle de formato de pulso laser de femtossegundo na configuração 4f baseado em um modulador espacial de luz de cristal líquido com o objetivo de modular a fase espectral dos pulsos laser em 780 nm. Este sistema de controle de formato de pulso foi então integrado ao sistema de geração de pulsos ultracurtos no ultravioleta profundo através do processo de mistura de ondas já implementado. Este estudo teve como objetivo, a obtenção da modulação indireta da fase espectral de pulsos em 260 nm através da transferência de fase espectral modulada de pulsos em 780 nm. Resultados iniciais interessantes foram obtidos utilizando uma fase espectral do tipo degrau com amplitude radianos, indicando a correta implementação do sistema. A obtenção de pulsos laser de femtossegundos no ultravioleta profundo com fase espectral modulada é de grande interesse para realização de experimentos de controle coerente nesta região espectral e também para estudos básicos de como a transferência de fase espectral ocorre para diferentes processos ópticos não lineares. Experimentos de geração de altos harmônicos pela técnica de conversão de frequência com casamento de fase em capilar preenchido com gás nobre, utilizando pulsos laser de femtossegundos em 400nm e 800nm, foram realizados durante estágio na Universidade do Colorado, EUA. Neste estudo, utilizando pulsos em 400nm, foi obtido um aumento maior que uma ordem de grandeza na região espectral em torno de 60eV em comparação com o fluxo de harmônicos gerados, nesta mesma região de energia, com pulsos centrados em 800nm. Por fim, através da experiência adquirida durante este estágio, foi desenvolvido e implementado em nosso laboratório um sistema de geração de altos harmônicos na região do ultravioleta extremo, baseado na técnica de conversão em capilar preenchido com gás argônio. Harmônicos de alta ordem na região de energia de 40ev (31nm) foram obtidos, tendo sido demonstrada a conversão sob condição de casamento de fase. Utilizando pulsos de femtossegundos em 780nm, a ordem máxima do harmônico observada foi igual a 27 (28.9nm, 42.9eV), devido a limitação da faixa espectral do monocromador utilizado em nossos experimentos. A implementação deste sistema torna disponível no Grupo de Fotônica, uma fonte de luz coerente no ultravioleta extremo, cujas propriedades únicas já tem sido amplamente exploradas em uma variedade de estudos de ciência básica e aplicada. / The main purpose of this thesis was the implementation and study of femtosecond laser pulses generation at short wavelengths (deep ultraviolet, vacuum ultraviolet end extreme ultraviolet) by the technique of frequency conversion in a hollow fiber filled with a noble gas. This frequency conversion technique has made several contributions in the last decades to improve the generation of ultrashort laser pulses in this spectral region. The development of such coherent light sources has important implications on ultrafast time-resolved spectroscopic study of atoms, molecules and materials. Through the implementation of the technique of phase matched frequency conversion in a gas filled hollow fiber using argon, it was possible to obtain femtosecond pulses centered at 260 nm and 195 nm using a Ti: sapphire amplified laser (780 nm, 1.5 mJ, 43 fs, 1 KHz). These wavelengths corresponds, respectively, to the third and fourth harmonics of the laser fundamental frequency. Pulses centered at 260 nm with excellent spatial profile, energies on the order of microjoules and temporal durations down to 18 fs, trough the compression by a prism pair, were obtained, which have wide applicability in nonlinear and time resolved optical spectroscopic studies. Ultrashort pulses at 195 nm where also obtained. An investigation of the influence of the spectral phase modulation of the laser pulses at 780 nm on the four-wave mixing nonlinear process for harmonic generation was also performed. In this way, a femtosecond pulse shaper based on a liquid crystal spatial light modulator in the 4f configuration was implemented in order to modulate the spectral phase of femtosecond pulses at 780 nm. This pulse shaper was then integrated to the system for generation of ultrashort pulses in the deep ultraviolet through the wave mixing process already implemented. This study aimed to obtain the indirect modulation of the 260 nm pulses spectral phase through the transfer of modulated spectral phase from pulses at 780 nm. Interesting initial results were obtained using a -step spectral phase, indicating the correct implementation of the system. The achievement of femtosecond pulses with modulated spectral phase in the deep ultraviolet is of great interest to perform coherent control studies in this spectral range and also for basic studies of how the spectral phase transfer occurs with different nonlinear optical laser processes. High-harmonic generation experiments based in the phase-matched frequency conversion in noble gas filled hollow fiber technique, using femtosecond pulses at 400 nm and 800 nm, were carried out during a internship at University of Colorado, USA. In this study, using pulses at 400 nm, an increase higher than one order of magnitude was obtained in the spectral region of 60 eV compared to harmonics generated, in this same region, with pulses at 800 nm. Finally, through the experience obtained during this internship, were carried out in our laboratory the development and implementation of a high harmonic generation system, based on the frequency conversion in a hollow fiber filled with argon gas. High harmonics with energies around 40eV (31nm) were obtained, and the conversion under phase-matched condition was demonstrated. Using pulses centered at 780nm, the highest harmonic order measured was 27 (28.9nm, 42.9eV), due to the spectral range limitation of monochromator used in our experiments. With the implementation of this system, becomes available at the Photonics Group a coherent light source at extreme ultraviolet wavelengths, which the unique properties have been already widely explored on a diversity of fundamental studies in basic and applied science.