O manganito de neodímio dopado com estrôncio (NSM) é um dos materiais catódicos alternativos e que estão sendo estudados e pesquisados para aplicação em células a combustível de óxido sólido de temperatura intermediária (ITSOFCs). O estrôncio (Sr) auxilia consideravelmente na condutividade elétrica e na proximidade do coeficiente de expansão térmica do NSM com os eletrólitos de céria gadolínia (GDC) e céria samária (SDC), e que tornam o material adequado ao uso em temperaturas entre 500 e 800 ºC. Seguindo este contexto, o presente trabalho é uma contribuição ao estudo da síntese de NSM com diferentes concentrações molares de Sr (10, 30 e 50 %), através da técnica de reação no estado sólido. Os materiais foram obtidos e caracterizados visando avaliá-los quanto às características adequadas para emprego na ITSOFC. Após a síntese dos pós e processamento do material sinterizado, avaliou-se principalmente o teor do dopante Sr para a identificação das composições químicas obtidas, estrutura cristalina formada, morfologia dos pós e cerâmicas, além da expansão térmica e condutividade elétrica do material sinterizado. Verificou-se que os valores das concentrações molares dos elementos químicos constituintes para a formação do NSM estão próximos dos valores calculados estequiometricamente antes da etapa de calcinação. A porosidade se mostrou mais adequada para as amostras sinterizadas a 1100 e a 1200 ºC. Comprovou-se que, o teor de dopante não altera significativamente a área de superfície específica e o valor das densidades. Os coeficientes de expansão térmica encontrados estão bastante próximos aos eletrólitos comerciais e verificou-se que com o aumento das concentrações molares de estrôncio, ocorre o acréscimo nos valores de coeficientes de expansão térmica. A condutividade elétrica está adequada para aplicação como material catódico. Os resultados mostram que a síntese por mistura de sólidos apesar de ter as suas desvantagens, quando realizada com cuidados, proporciona pós de NSM, com boas características físicas, químicas e microestruturais. Conclui-se que as características do material com composição de 30 % em mol de Sr é a mais adequada para a preparação de suspensões cerâmicas para posterior deposição no eletrólito sólido de GDC e/ou SDC, embora sejam necessários outros estudos das características deste material como dispositivo eletroquímico para aplicação em ITSOFCs. / The strontium-doped neodymium manganite (NSM) is one of the alternative cathodic materials and they have been studied and searched for application in intermediate temperature solid oxide fuel cells (ITSOFCs). The strontium (Sr) assists considerably in the electric conductivity and in the proximity of the thermal expansion of the NSM with electrolytes of ceria doped with gadolinium (GDC) or samarium (SDC), allowing them to become the adequate material for the use in temperatures between 500 and 800 ºC. Following this context, the present work is a contribution to the study of the synthesis of NSM with different molar concentrations of Sr (10, 30 and 50 %), through the technique of solid state reaction. The materials were obtained and characterized to be adjusted to the requested characteristics for operating in the ITSOFC. After the synthesis of the powders and processing the sintered material, it was evaluated the concentration of Sr for the identification of chemical compositions, crystalline structure, powders morphology and ceramics, besides the thermal expansion and electric conductivity of the sintered material. It was verified that the values of the molar concentrations of the constituent chemical elements of the NSM are close to the values theoretically calculated before the stage of calcination. The porosity showed to be more adequate for the samples sintered at 1100 and 1200 ºC. One proved that, the increase of the Sr, relatively little, diminishes the specific surface area and the value of the densities and the coefficients of thermal expansion of the sintered samples. The found coefficients of thermal expansion are sufficiently close to the ones of commercial electrolytes and the electric conductivity is adequate for a cathodic application as material. The results show that the synthesis by solid state reaction, although having its disadvantages, provides powders of NSM with good physical, chemical and microstructural characteristics when carried with certain cares. It is concluded that the composition of 30 % in mol of Sr and sintered at 1200 ºC is the best for the preparation of ceramic suspensions for posterior deposition on the solid electrolyte of GDC and/or SDC, even so further studies are necessary to completely adjust this material to be used in a electrochemical device for application in ITSOFCs.

Nesta Dissertação, foram realizadas reações de copolimerização de 1,3-butadieno com diferentes alfa-olefinas (1-hexeno, 1-octeno e 1-dodeceno) utilizando-se um sistema catalítico do tipo Ziegler-Natta ternário constituído por versatato de neodímio, hidreto de diisobutilalumínio e cloreto de t-butila. O sistema catalítico também foi avaliado em reações de homopolimerização com cada alfa-olefina. As condições reacionais, tanto da síntese do catalisador como das reações de polimerização, foram mantidas constantes. Foi estudada a influência de diferentes teores de cada alfa-olefina (1, 3, 5, 10, 20 e 30 % em relação ao 1,3-butadieno) sobre a conversão da polimerização, a microestrutura, a massa molar, as propriedades viscosimétricas e a estabilidade térmica dos polímeros obtidos. Foi avaliada, ainda, a influência do tamanho da cadeia da alfa-olefina sobre as características da polimerização. Os polímeros foram caracterizados por espectroscopia na região do infravermelho (FTIR), cromatografia por exclusão de tamanho (SEC), viscosimetria capilar e termogravimetria (TG). A microestrutura dos polímeros, praticamente, não variou com a adição das alfa-olefinas. A massa molar numérica média (Mn) não sofreu alterações significativas, enquanto que a massa molar ponderal média (Mw) apresentou tendência ao aumento, quanto maior foi a incorporação de comonômero. A viscosidade intrínseca não apresentou uma tendência com a adição da alfa-olefina na reação, permanecendo na faixa de 2,015 a 3,557 dL/g. A estabilidade térmica do copolímero mostrou uma tendência a aumentar com a incorporação das alfa-olefinas / In this work, were performed copolymerization reactions of 1,3-butadiene with different alpha-olefins (1-hexene, 1-octene and 1-dodecene), using a ternary catalytic system of Ziegler-Natta, constituted by neodymium versatate, diisobutylaluminum hydride and t-butyl chloride. The catalytic system was also evaluated in homopolymerization reactions with the alpha-olefins. The reaction conditions, both the catalyst synthesis as the polymerization reactions, were kept constant. The influence of different content of each alpha-olefin (1, 3, 5, 10, 20 and 30% compared to 1,3-butadiene) on the polymerization conversion, the microstructure, molar mass, viscometric properties and thermal stability of polymers was studied. The influence of alpha-olefin chain size on polymerization characteristics was also evaluated. The polymers were characterized by infrared spectroscopy (FTIR), size exclusion chromatography (SEC), capillary viscometry and thermogravimetry (TG). The polymer microstructure, practically, did not change with the addition of alpha-olefins. The number average molecular mass (Mn) has not changed; while the weight average molecular mass (Mw) trended to increase. The intrinsic viscosity did not show a trend with the alpha-olefin addition, remaining in the range from 2.015 to 3.557 dL/g. The copolymer thermal stability showed a tendency to increase with the incorporation of alpha-olefins

As reações entre o ligante N,N,N\',N\'-tetrametiluréia (TMU) e sais de isotiocianatos, nitratos, percloratos, brometos e cloretos de lantanídeos (Ln = Nd3+ e Eu3+) conduziram a compostos de fórmulas gerais: Nd(NCS)3.4TMU; Eu(NCS)3.3,5TMU, Ln(NO3)3.3TMU, Ln(ClO4)3.6TMU, LnBr3.3TMU.6H2O, LnCl3.3TMU (Ln = Nd e Eu). As estequiometrias desses complexos foram propostas com base nos resultados dos teores de lantanídeos, obtidos através de análises complexométricas com EDTA, enquanto que os teores de carbono, nitrogênio e hidrogênio foram determinados por microanálise. As medidas de condutância eletrolítica em solução de acetonitrila mostram que os compostos se comportam como não eletrólitos, exceto os derivados do ânion perclorato (eletrólito 1: 3). Os difratogramas de raios-X permitiram identificar que os compostos de neodímio e európio são isomorfos entre si para os ânions perclorato, brometo e nitrato. Os compostos derivados dos ânions cloreto e isotiocianato não apresentam isomorfismo. Os espectros de absorção na região do infravermelho mostram deslocamentos das bandas vC=O para regiões de frequências mais baixas e vC-N para regiões de frequências mais altas, o que evidencia a coordenação pelo átomo de oxigênio da carbonila. A ausência de bandas fortes indicativas da presença de água mostra que os compostos de nitratos, cloretos e percloratos obtidos são todos anidros. A presença da banda na região 3560-3520 cm-1> e 1630-1600 cm-1> para os complexos de brometos obtidos evidencia os modos de estiramentos característicos da água. Os espectros eletrônicos de fluorescência na região do visível dos compostos de európio, obtidos à temperatura ambiente e a 77 K, permitiram sugerir as seguintes simetrias: Eu(NO3)3.3TMU - D3h Eu(ClO4)3.6TMU - Oh EuCl3.3TMU - D3 EuBr3.3TMU.6H2O - D3h Eu(NCS)3.3,5TMU - C3v Eu(F3C-SO3)3.6TMU - Oh A partir destas simetrias, foram calculados os parâmetros de campo cristalino B20, B40, B44, B43 (método dos operadores tensoriais) e também os parâmetros B02, B04, B44, B34 (método dos operadores equivalentes). Os espectros eletrônicos de absorção na região do visível dos compostos de neodímio à temperatura ambiente e a 77 K foram registrados. Os parâmetros espectroscópicos &#946;, b1/2 e &#948; indicam que nas ligacões de todos os comoostos predomina o caráter eletrostático. A partir dos espectros dos compostos Nd(ClO4)3.6TMU e Nd(F3C-SO3)3.5TMU com simetria cúbica, foram calculados os parâmetros B04, B06, B44, e B64 (Bqk) e por correlação encontramos os parâmetros B40, B60, B44, e B46 (Bkq). Através dos espectros de absorção em solução dos compostos de neodímio foram calculadas as forças do oscilador (P) e a seguinte ordem relativa ao aumento de intensidade das transições hipersensitivas foi observada: Cl-4 < Cl- < Br- < NCS- < NO-3. / Compounds of general formula: Nd(NCS)3.4TMU, Eu(NCS)3.3,5TMU, Ln(NO3)3.3TMU, Ln(ClO4)3.6TMU, LnBr3.3TMU.6H2O and LnCl3.3TMU (Ln = Nd, Eu) were prepared by the reaction of the correspondinq hydrated salts and N,N,N\',N\'-tetramethylurea (TMU). The lanthanide ions were determined by complexometric titration with EDTA; carbon, hydrogen and nitrogen were determined by microanalytical procedures. Eleetrolytic conductance measurements in acetonitrile indicate a behaviour of non-electrolytes, except for the perchlorates that behave as 1:3 electrolytes. X-ray powder patterns show that the neodymium and europium perchlorates, bromides and nitrates are isomorphous. The chlorides and isothiocyanates do not show isomorphism. The vC=O shifts to lower frequencies and vC-N to higher frequencies qive evidences of coordination of the ligand through the carbonyl oxygen. Water bands were not observed in the nitrates, chlorides and perchlorates. The bands at 3560-3520 cm-1 and 1630-1600 cm-1 in the bromides are indicative of the presence of water. The fluorescence spectra, in the visible region at room temperature and at 77 K were interpreted in terms of the following symmetries for the compounds investigated: Eu(NO3)3.3TMU - D3h Eu(ClO4)3.6TMU - Oh EuCl3.3TMU - D3 EuBr3.3TMU.6H2O - D3h Eu(NCS)3.3,5TMU - C3v Eu(F3C-SO3)3.6TMU - Oh. The crystal field parameters B20, B40, B44, B33 were calculated by the tensorial operator and B02, B04, B44, B34 by the equivalent operator methods. Electronic absorption spectra of neodymium compounds are registered in the visible region at room temperatureand 77 K. The spectroscopic parameters (&#946;, b 1/2 and &#948;) show that the interaction between Ln:L is essentially electrostatic. From the spectra of the cubic Nd(ClO4)3.6TMU and Nd(F3C-SO3)3.5TMU compounds the parameters B04, B06, B44, and B64 (Bqk) were calculated and by correlation the parameters B40, B60, B44, and B46 (Bkq). The oscillator strengths from the hypersensitive transitions in the neodymium absorption spectrum in acetonitrile solution were determined and related to the basicity of the anions following the order: NO-3 > NCS- > Br- > Cl- > ClO-4.

O manganito de neodímio dopado com estrôncio (NSM) é um dos materiais catódicos alternativos e que estão sendo estudados e pesquisados para aplicação em células a combustível de óxido sólido de temperatura intermediária (ITSOFCs). O estrôncio (Sr) auxilia consideravelmente na condutividade elétrica e na proximidade do coeficiente de expansão térmica do NSM com os eletrólitos de céria gadolínia (GDC) e céria samária (SDC), e que tornam o material adequado ao uso em temperaturas entre 500 e 800 ºC. Seguindo este contexto, o presente trabalho é uma contribuição ao estudo da síntese de NSM com diferentes concentrações molares de Sr (10, 30 e 50 %), através da técnica de reação no estado sólido. Os materiais foram obtidos e caracterizados visando avaliá-los quanto às características adequadas para emprego na ITSOFC. Após a síntese dos pós e processamento do material sinterizado, avaliou-se principalmente o teor do dopante Sr para a identificação das composições químicas obtidas, estrutura cristalina formada, morfologia dos pós e cerâmicas, além da expansão térmica e condutividade elétrica do material sinterizado. Verificou-se que os valores das concentrações molares dos elementos químicos constituintes para a formação do NSM estão próximos dos valores calculados estequiometricamente antes da etapa de calcinação. A porosidade se mostrou mais adequada para as amostras sinterizadas a 1100 e a 1200 ºC. Comprovou-se que, o teor de dopante não altera significativamente a área de superfície específica e o valor das densidades. Os coeficientes de expansão térmica encontrados estão bastante próximos aos eletrólitos comerciais e verificou-se que com o aumento das concentrações molares de estrôncio, ocorre o acréscimo nos valores de coeficientes de expansão térmica. A condutividade elétrica está adequada para aplicação como material catódico. Os resultados mostram que a síntese por mistura de sólidos apesar de ter as suas desvantagens, quando realizada com cuidados, proporciona pós de NSM, com boas características físicas, químicas e microestruturais. Conclui-se que as características do material com composição de 30 % em mol de Sr é a mais adequada para a preparação de suspensões cerâmicas para posterior deposição no eletrólito sólido de GDC e/ou SDC, embora sejam necessários outros estudos das características deste material como dispositivo eletroquímico para aplicação em ITSOFCs. / The strontium-doped neodymium manganite (NSM) is one of the alternative cathodic materials and they have been studied and searched for application in intermediate temperature solid oxide fuel cells (ITSOFCs). The strontium (Sr) assists considerably in the electric conductivity and in the proximity of the thermal expansion of the NSM with electrolytes of ceria doped with gadolinium (GDC) or samarium (SDC), allowing them to become the adequate material for the use in temperatures between 500 and 800 ºC. Following this context, the present work is a contribution to the study of the synthesis of NSM with different molar concentrations of Sr (10, 30 and 50 %), through the technique of solid state reaction. The materials were obtained and characterized to be adjusted to the requested characteristics for operating in the ITSOFC. After the synthesis of the powders and processing the sintered material, it was evaluated the concentration of Sr for the identification of chemical compositions, crystalline structure, powders morphology and ceramics, besides the thermal expansion and electric conductivity of the sintered material. It was verified that the values of the molar concentrations of the constituent chemical elements of the NSM are close to the values theoretically calculated before the stage of calcination. The porosity showed to be more adequate for the samples sintered at 1100 and 1200 ºC. One proved that, the increase of the Sr, relatively little, diminishes the specific surface area and the value of the densities and the coefficients of thermal expansion of the sintered samples. The found coefficients of thermal expansion are sufficiently close to the ones of commercial electrolytes and the electric conductivity is adequate for a cathodic application as material. The results show that the synthesis by solid state reaction, although having its disadvantages, provides powders of NSM with good physical, chemical and microstructural characteristics when carried with certain cares. It is concluded that the composition of 30 % in mol of Sr and sintered at 1200 ºC is the best for the preparation of ceramic suspensions for posterior deposition on the solid electrolyte of GDC and/or SDC, even so further studies are necessary to completely adjust this material to be used in a electrochemical device for application in ITSOFCs.

As reações entre o ligante N,N,N\',N\'-tetrametiluréia (TMU) e sais de isotiocianatos, nitratos, percloratos, brometos e cloretos de lantanídeos (Ln = Nd3+ e Eu3+) conduziram a compostos de fórmulas gerais: Nd(NCS)3.4TMU; Eu(NCS)3.3,5TMU, Ln(NO3)3.3TMU, Ln(ClO4)3.6TMU, LnBr3.3TMU.6H2O, LnCl3.3TMU (Ln = Nd e Eu). As estequiometrias desses complexos foram propostas com base nos resultados dos teores de lantanídeos, obtidos através de análises complexométricas com EDTA, enquanto que os teores de carbono, nitrogênio e hidrogênio foram determinados por microanálise. As medidas de condutância eletrolítica em solução de acetonitrila mostram que os compostos se comportam como não eletrólitos, exceto os derivados do ânion perclorato (eletrólito 1: 3). Os difratogramas de raios-X permitiram identificar que os compostos de neodímio e európio são isomorfos entre si para os ânions perclorato, brometo e nitrato. Os compostos derivados dos ânions cloreto e isotiocianato não apresentam isomorfismo. Os espectros de absorção na região do infravermelho mostram deslocamentos das bandas vC=O para regiões de frequências mais baixas e vC-N para regiões de frequências mais altas, o que evidencia a coordenação pelo átomo de oxigênio da carbonila. A ausência de bandas fortes indicativas da presença de água mostra que os compostos de nitratos, cloretos e percloratos obtidos são todos anidros. A presença da banda na região 3560-3520 cm-1> e 1630-1600 cm-1> para os complexos de brometos obtidos evidencia os modos de estiramentos característicos da água. Os espectros eletrônicos de fluorescência na região do visível dos compostos de európio, obtidos à temperatura ambiente e a 77 K, permitiram sugerir as seguintes simetrias: Eu(NO3)3.3TMU - D3h Eu(ClO4)3.6TMU - Oh EuCl3.3TMU - D3 EuBr3.3TMU.6H2O - D3h Eu(NCS)3.3,5TMU - C3v Eu(F3C-SO3)3.6TMU - Oh A partir destas simetrias, foram calculados os parâmetros de campo cristalino B20, B40, B44, B43 (método dos operadores tensoriais) e também os parâmetros B02, B04, B44, B34 (método dos operadores equivalentes). Os espectros eletrônicos de absorção na região do visível dos compostos de neodímio à temperatura ambiente e a 77 K foram registrados. Os parâmetros espectroscópicos &#946;, b1/2 e &#948; indicam que nas ligacões de todos os comoostos predomina o caráter eletrostático. A partir dos espectros dos compostos Nd(ClO4)3.6TMU e Nd(F3C-SO3)3.5TMU com simetria cúbica, foram calculados os parâmetros B04, B06, B44, e B64 (Bqk) e por correlação encontramos os parâmetros B40, B60, B44, e B46 (Bkq). Através dos espectros de absorção em solução dos compostos de neodímio foram calculadas as forças do oscilador (P) e a seguinte ordem relativa ao aumento de intensidade das transições hipersensitivas foi observada: Cl-4 < Cl- < Br- < NCS- < NO-3. / Compounds of general formula: Nd(NCS)3.4TMU, Eu(NCS)3.3,5TMU, Ln(NO3)3.3TMU, Ln(ClO4)3.6TMU, LnBr3.3TMU.6H2O and LnCl3.3TMU (Ln = Nd, Eu) were prepared by the reaction of the correspondinq hydrated salts and N,N,N\',N\'-tetramethylurea (TMU). The lanthanide ions were determined by complexometric titration with EDTA; carbon, hydrogen and nitrogen were determined by microanalytical procedures. Eleetrolytic conductance measurements in acetonitrile indicate a behaviour of non-electrolytes, except for the perchlorates that behave as 1:3 electrolytes. X-ray powder patterns show that the neodymium and europium perchlorates, bromides and nitrates are isomorphous. The chlorides and isothiocyanates do not show isomorphism. The vC=O shifts to lower frequencies and vC-N to higher frequencies qive evidences of coordination of the ligand through the carbonyl oxygen. Water bands were not observed in the nitrates, chlorides and perchlorates. The bands at 3560-3520 cm-1 and 1630-1600 cm-1 in the bromides are indicative of the presence of water. The fluorescence spectra, in the visible region at room temperature and at 77 K were interpreted in terms of the following symmetries for the compounds investigated: Eu(NO3)3.3TMU - D3h Eu(ClO4)3.6TMU - Oh EuCl3.3TMU - D3 EuBr3.3TMU.6H2O - D3h Eu(NCS)3.3,5TMU - C3v Eu(F3C-SO3)3.6TMU - Oh. The crystal field parameters B20, B40, B44, B33 were calculated by the tensorial operator and B02, B04, B44, B34 by the equivalent operator methods. Electronic absorption spectra of neodymium compounds are registered in the visible region at room temperatureand 77 K. The spectroscopic parameters (&#946;, b 1/2 and &#948;) show that the interaction between Ln:L is essentially electrostatic. From the spectra of the cubic Nd(ClO4)3.6TMU and Nd(F3C-SO3)3.5TMU compounds the parameters B04, B06, B44, and B64 (Bqk) were calculated and by correlation the parameters B40, B60, B44, and B46 (Bkq). The oscillator strengths from the hypersensitive transitions in the neodymium absorption spectrum in acetonitrile solution were determined and related to the basicity of the anions following the order: NO-3 > NCS- > Br- > Cl- > ClO-4.

Lasers operando nas regiões espectrais do azul e do amarelo-laranja foram recentemente requisitados pelo mercado de aplicações quer para melhorar as tecnologias já conhecidas ou para possibilitar a criação de novas. Isso é devido às propriedades destas regiões espectrais, com o azul trazendo características tais como fótons de alta energia e feixes limitados por difração menores, enquanto a faixa do amarelo-laranja é ainda uma região espectral difícil de se atingir e não foi totalmente acessada ou nem mesmo acessada por fontes de luz laser eficientes. Aplicações dos lasers azuis são encontradas em tecnologias de alta densidade de armazenamento, displays a laser, sistemas LIDAR, pinças ópticas e uma longa série de aplicações que exigem alta precisão. Os lasers amarelo-laranja também têm aplicações importantes, destacando-se aplicações em cirurgia oftalmológica a laser, em displays de cores reais e como estrela guia (excitando linhas de sódio na atmosfera). A investigação de lasers de quase três níveis e laser Raman de Nd:YLF foi realizada neste trabalho. A finalidade é de propor fontes laser de alta potência e eficientes emitindo no azul e no amarelo para suprir as aplicações. Eficiência e potências de saída da ordem de Watt foram demonstradas para um laser de Nd:YLF emitindo em 908 nm assim como no segundo harmônico em 454 nm. Além disso, lasers Raman de Nd:YLF/BaWO4 e Nd:YLF/KGW foram demonstrados atingindo alguns Watts de potência de saída em regime quasi-CW e CW, com boas qualidades de feixe (M2 2) e em oito comprimentos de onda diferentes: 1147 nm, 1163 nm, 1167 nm , 549 nm, 552 nm, 573 nm, 581 nm e nm 583. Por fim, uma luminescência azul originada em alguns cristais Raman, durante a oscilação Stokes, teve sua origem e seus efeitos colaterais para lasers (perdas e calor adicionais) minuciosamente caracterizados. / Lasers operating in the blue and yellow-orange spectral regions are sought after by the applications market either to improve well known technologies or to enable new ones. Blue lasers bring features such as high energy photons and smaller diffraction limited beams, while the yellow-orange range is a hard to reach spectral region where there is a considerable shortage of efficient laser light sources. Applications of the blue lasers are found in high density storage technologies, laser displays, LIDAR systems, optical tweezers and a long range of high precision demanding applications. The yellow-orange lasers also have important applications, with highlights in ophthalmologic laser surgery (photocoagulation), in true color displays and as a guide star (exciting sodium lines in the atmosphere). The investigation of Nd:YLF quasi-three level lasers and Nd:YLF Raman lasers was further studied in this work in order to provide high power and efficient blue and yellow lasers sources. Demonstrations of efficient and multi-Watt operation of a 908 nm laser and its respective second harmonic laser at 454 nm are described. Also, Nd:YLF/BaWO4 and Nd:YLF/KGW Raman lasers were demonstrated reaching Watt levels in quasi-CW and CW regime with very good beam qualities (M2 2) at eight different wavelengths: 1147 nm, 1163 nm, 1167 nm, 549 nm, 552 nm, 573 nm, 581 nm and 583 nm. Finally, a blue luminescence originating in some Raman crystals, during Stokes oscillation, has been studied in considerable detail. Its origin and consequences for laser operation (extra loss and heat load) have been identified.

I den här avhandlingen visas hur lasrar och optiska parametriska oscillatorer (OPO:er) kan styras spektralt med hjälp av volymbraggitter. Volymbraggitter utgörs av ett periodiskt varierande brytningsindex som skrivits i ett fototermorefraktivt glas. Gittret reflekterar därmed en specifik våglängd som bestäms av perioden hos modulationen, och kan tillverkas med smal bandbredd och hög reflektans beroende på modulationens längd och styrka. En teoretisk modell har utvecklats för reflektiva volymbraggitters egenskaper om den infallande strålen har en större vinkelspridning än gittrets vinkeltolerans. Detta kan bl.a. inträffa i en laserkavitet där gittret används vid snett infall, och en teoretisk beskrivning är därför ett viktigt redskap för att kunna designa sådana lasrar. Spektral kontroll av ett antal fasta tillståndslasrar med hjälp av volymbraggitter har i försök påvisats, och lasern har därvid både kunnat avstämmas spektralt samtidigt som en avsmalnad spektral bandbredd erhållits. Lasern kan göras väldigt enkel genom att byta ut en av kavitetsspeglarna mot gittret. Tack vare gittrets goda spektrala urvalsmekanism kan lasern låsas var som helst i förstärkningsspektrumet. De tekniker och lasrar som demonstrerats experimentellt är följande: Lasring i en enda longitudinell mod erhölls både för en diodpumpad ErYb:glas-laser vid 1553 nm med ca 10 mW:s effekt och 90 kHz linjebredd samt för en diodpumpad Nd:GdVO4-laser vid 1066 nm med 0.85 W:s effekt. Lasrarnas våglängd kunde avstämmas över större delen av gittrets bandbredd på ca. 30 GHz. Genom att bygga Nd:GdVO4-lasern med en monolitisk kavitet kunde även en spektralt synnerligen stabil laser erhållas med under 40 MHz bandbredd. Tillämpningar för dessa lasrar finns både inom spektroskopi samt som källor för intrakavitetsfördubbling till synliga våglängder. Genom att använda gittret som inkopplingsspegel går det även att framställa lasrar med en väldigt låg kvantdefekt, som därför får minskad värmeutveckling i lasermediet. Detta medger i sin tur att lasrar med höga medeleffekter kan konstrueras, som kan användas bl.a. för olika former av materialbearbetning. I detta arbete har lasrar med låg kvantdefekt byggts med Yb:KYW som laserkristall; både en laser vid 998 nm på 3.6 W som diodpumpades vid 982 nm och med en bandbredd på 10 GHz, samt en laser vid 990 nm på 70 mW som pumpades av en Ti:safir-laser vid 980 nm. Om volymbraggittret används vid snett infall kan den reflekterade våglängden avstämmas genom att gittret roteras. Denna princip användes i en diodpumpad Yb:KYW-laser till att erhålla en brett avstämbar laservåglängd mellan 996 nm och 1048 nm med en maximal effekt på 3 W och med 10 GHz bandbredd. Genom att placera gittret i en retroreflektor kunde avstämningen göras utan att kaviteten behövde linjeras om. En laser som denna kan exempelvis användas för olika typer av materialkarakterisering och spektroskopi. Med optiska parametriska oscillatorer (OPO:er) kan laserljus omvandlas till nya våglängder. Därmed kan OPO:er användas som koherenta ljuskällor där inga effektiva lasrar existerar. OPO-processen kan göras effektiv om en pulsad pump används, och den genererade våglängden kan enkelt styras med hjälp av periodiskt polade (PP) icke-linjära kristaller, såsom PP-KTiOPO4, som användes i detta arbete. En nackdel med OPO:er är att i allmänhet är den genererade signalen tämligen spektralt bredbandig. Signalens bandbredd kan dock avsmalnas betydligt om ett spektralt filter såsom ett volymbraggitter används. Genom att byta ut en av speglarna i OPO-kaviteten mot gittret kan utformningen av OPO:n göras väldigt enkel. I en OPO med en signalvåglängd på 975 nm kunde en avsmalning av bandbredden till 50 GHz påvisas med hjälp av ett braggitter. Detta motsvarar 20 gångers minskning jämfört med om en konventionell spegel används. Som mest erhölls en pulsenergi på 0.34 mJ i signalen. Genom att rotera gittret kunde våglängden avstämmas 21 THz. För att förenkla avstämningen konstruerades även en OPO med gittret i en retroreflektor, samtidigt som kaviteten var av ringtyp. I denna OPO vid en våglängd på 760 nm och med en pulsenergi i signalen på upp till 0.42 mJ erhölls en bandbredd på 130 GHz och ett avstämningsområde på 2.6 THz. Slutligen har en OPO vid 1 µm konstruerats med ett gitter med en transversellt varierande period, s.k. chirp. Därigenom kan våglängden avstämmas väldigt enkelt genom att bara flytta gittret transversellt. En tillämpning av dessa OPO:er är såsom ljuskällor i olika typer av laserbaserade sensorer, i vilka en specifik och stabil våglängd erfordras. Dessutom kan de smalbandiga OPO:erna användas som första steg i ickelinjära processer i flera steg. Smal bandbredd är då viktig för effektiviteten i den påföljande ickelinjära omvandlingen i nästa steg. / The object of this thesis is to explore the usage of reflective volume Bragg gratings in photo-thermo-refractive glass for spectral control of solid-state lasers and optical parametric oscillators, to build tunable and narrowband coherent light-sources. In order to provide a design tool for use of reflective volume Bragg gratings in laser cavities, a theory was developed that describes the performance of the gratings if the incident beam has finite width with an angular spectrum that is comparable to the grating's angular acceptance bandwidth. Spectral control was demonstrated in a number of cw solid-state lasers, in terms of narrow bandwidth and tunable wavelength, by use of a volume Bragg grating. The design could be made very simple by replacing one of the cavity mirrors with the grating. Thanks to the grating's strong spectral selectivity, the lasers could be locked anywhere in the gain spectrum, while the laser bandwidth was substantially narrowed. In particular, the following lasers were demonstrated: Single-longitudinal-mode lasing in ErYb:glass at 1553 nm with 90 kHz linewidth and in Nd:GdVO4 at 1066 nm with a linewidth below 40 MHz. Very low quantum defect in Yb:KYW lasers, diode-pumped at 982 nm and lasing at 998 nm with 10 GHz bandwidth, as well as Ti:sapphire-pumped at 980 nm and lasing at 990 nm. An Yb:KYW laser that was widely tunable from 996 nm to 1048 nm with 10 GHz bandwidth. In nanosecond pulsed optical parametric oscillators (OPOs) based on periodically poled KTiOPO4, narrowband operation and a tunable wavelength were demonstrated with a volume Bragg grating as a cavity mirror. At a signal wavelength of 975 nm, the bandwidth was 50 GHz, a reduction by 20 times compared to using a conventional mirror. A tuning range of 21 THz was also demonstrated. In another OPO at a signal wavelength of 760 nm, a ring-cavity design was demonstrated to provide convenient tuning. A tuning range of 2.6 THz and a bandwidth of 130 GHz was shown. Also, narrowband operation and tuning in an OPO around 1 µm was demonstrated by use of a transversely chirped Bragg grating. / QC 20100813

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The subject of this thesis is the exploration of new concepts for compact solid-state lasers in the visible and near-infrared spectral range using new components such as volume Bragg gratings for wavelength stabilisation and wavelength tuning. Also single-walled carbon nanotubes for mode-locking and Q-switching of lasers have been studied.We have developed a new method for the tuning of solid-state lasers by replacing a dielectric mirror with a transversally chirped volume Bragg grating, which allows smooth wavelength tuning without additional elements inside the laser cavity. The result is a more compact laser, since the tuning mechanism and output coupler are incorporated in one component. Another benefit is an increased efficiency, since additional elements inside the cavity will always add to the total loss of the laser. This has been demonstrated for a broadband ytterbium laser around 1 µm and a single-longitudinal-mode Nd:YVO4 laser around 1.06 µm. A volume Bragg grating has also been used to construct an efficient, narrow-linewidth ytterbium fiber laser and the employment of a volume Bragg gratingas the pump mirror of a solid-state laser for frequency-doubling has been investigated. Both lasers represent a practical solution, eliminating the use of additional intracavity elements. Second-harmonic generation is an efficient way to access the visible spectral range using diode-pumped solid-state lasers. However, these lasers can suffer from large amplitude fluctuations, which has been analyzed in more detail for an optically-pumped semiconductor disk-laser and a volume Bragg grating locked ytterbiumlaser. The control of those amplitude fluctuations is very important, since many applications like fluorescence microscopy require a laser with a constant output power and as little noise as possible. In addition to this, we have demonstrated, that saturable absorbers based on quan-tum dots and carbon nanotubes can be used to mode-lock compact laser at a wavelength around 1.03 µm. Those lasers have many interesting applications incommunications, clock generation, metrology and life sciences. / <p>QC 20130507</p>

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit konnten Einflüsse magnetischer Felder, insbesondere mit hohen Gradienten der magnetischen Flussdichte, auf Korrosionsprozesse am Beispiel Eisen quantifiziert und deren Wirkungsmechanismus erklärt werden. Als ein besonders in technisch relevanten gering konzentrierten sauren wässrigen Lösungen bedeutsamer Effekt wurde eine sekundäre Wirkung der Feldgradientenkraft über den Mechanismus der Wahrung der Ladungsneutralität auf den pH-Wert an der Elektrodenoberfläche identifiziert. Somit konnte ein signifikanter Magnetfeldeinfluss auf die formal ladungstransferkontrollierte Korrosionsreaktion nachgewiesen werden. Um die komplexen Korrosionsvorgänge an mehrphasigen NdFeB-Magneten mit paramagnetischer intergranularer Nd-reicher Phase aufklären zu können, war zunächst eine vertiefte Analyse der freien und anodischen Korrosionsreaktionen des Neodyms notwendig. Die dabei gewonnenen Erkenntnisse erlauben den Magnetfeldeinfluss bei der Korrosion aufmagnetisierter NdFeB-Magnete zu verstehen.