Made available in DSpace on 2014-06-12T15:50:25Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo5163_1.pdf: 1856542 bytes, checksum: 909a443d773cba8326fc2561618dda78 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2006 / Nos últimos anos, o cristal de niobato de lítio (LiNbO3), vem sendo amplamente usado em dispositivos óptico-integrados, devido as suas características como: altos coeficientes eletro-ópticos e não-lineares, piezoelétricidade, ferroeleetricidade, grande birefrigência entre outros. Neste presente trabalho, estamos utilizando este cristal como substrato na fabricação de guias de ondas ópticos, que são estruturas capazes de guiar a onda eletromagnética e confiná-la na superfície de um material. Para a fabricação dos guias de onda planares, estamos utilizando o simples processo já bem conhecida há mais de um século, que é a troca protônica, TP (em inglês, proton exchange, PE), com tratamento térmico posterior (em inglês, annealed proton exchange, APE). O tratamento térmico é necessário devido às modificações estruturais na rede cristalina realizadas pela introdução de prótons. Para a manufaturação dos guias, estamos fazendo o uso de dois métodos:um recipiente de vidro refratário e ampola de vidro selada. O ácido benzóico puro, foi utilizado tanto no refratário quanto nos tubos. Já a mistura de ácido benzóico diluído em benzoato de lítio foi usado somente nas ampolas. A caracterização óptica das amostras foi realizada por acoplamento de prisma e os resultados obtidos concordam com outros discutidos na literatura. Tentativas de medidas experimentais de curva rocking para investigarmos as modificações da estrutura cristalina, foram realizadas pela técnica de difração de raios-X. Através de microscopia de varredura, foi realizada medidas de análise quantitativa para saber a quantidade de prótons existentes na amostra com TP

Este trabalho tem por objetivo principal a caracterização dos microcristais de niobato de lítio (LiNbO3) dopados com óxido de cromo (CrO3) e com óxido de ferro (Fe2O3), crescidos no Departamento de Física e Ciências dos Materiais do Instituto de Física e Química de São Carlos - USP. Para isso, utilizamos as seguintes técnicas: Ataque Químico Preferncial, Ressonância Paragnética Eletrônica (RPE), Absorção Ótica no Visível e Infravermelho Próximo e a Técnica Holográfica. Através da técnica de ataque químico preferencial os domínios ferroelétricos destes cristais foram observados. Os possíveis sítios que os íons Cr3+ e os íons Fe3+ ocupam na rede do LiNbO3 foram estudados por RPE, e os resultados obtidos indicam que o íon Cr3+ ocupa preferencialmente as vacâncias estruturais, enquanto os íons Fe3+ ocupam o sítio do nióbio ou do lítio. O efeito de tratamentos térmicos em atmosferas redutoras e oxidantes sobre a concentração dos íons Fe3+, Fe2+ e dos centros OH-, foram estudados através das técnicas de RPE, absorção ótica no visível e no infravermelho. Através da técnica holográfica, foram observadas altas eficiências de difração holográficas em cristais dopados com ferro. Foram feitas também medidas da variação temporal desta eficiência em cristais tratados e não tratados termicamente, e em alguns casos o efeito de acoplamento de ondas foi observado. / The present work shows the characterization of the lithium niobate (LiNbO3) doped with chromium oxide and iron oxide. Those crystals were grown in the Departamento de Física e Ciência dos Materiais - IFQSC - USP São Carlos. Several experimental techniques were applied like Preferential Chemical Etching, Electron Paramagnetic Resonance (EPR), Near Infrared and Visible Optical Absorption and the Holagraphic Technique. Through the preferential chemical etching we observed the ferroelectric domains. The probable Cr3+ and Fe3+ ion site were studied with EPR, it shows the Cr3+ ions fill possibly structural vacancies, while the Fe3+ ions possibly take place on Li1+ or Nb5+ substitucionally. The thermal treatment effects at reducing and oxidizing atmospheres under several Fe3+, Fe2+ and OH- concentration were studied through EPR, visible and near infrared optical absorption. By using the holographic technique we observed holographic diffraction highly efficient in iron doped crystals. Also were made time dependence efficiency at thermally treated and non treated samples, and in some cases we observed wave coupling effect.

Neste trabalho, apresentamos resultados da caracterização Magneto-Óptica de íons terras-raras (Nd3+ e Yb3+) em monocristais de niobato de lítio (LiNbO3). Medidas de Dicroísmo Circular Magnético (MCD) e de Emissão Circularmente Polarizada em Presença de Campo Magnético (MCPE) foram realizadas pela primeira vez nesses sistemas. Os resultados foram obtidos à temperatura de 2K, e em campos magnéticos de até 5 T. Através desses estudos, foi possível identificar os números quânticos cristalinos (&#956) dos subníveis Zeeman desses íons. A partir da dependência do sinal de MCD com a intensidade de campo magnético, determinou¬se o fator giromagnético efetivo g// do estado fundamental de cada íon, obtendo-se os valores: g//Nd = (1,4 &#177 0,1) e g//Yb = (4,7 &#177 0,1). Esses valores foram confirmados através de medidas de espectroscopia de Ressonância Paramagnética Eletrônica (EPR), realizadas a baixa temperatura (4-8 K), em banda X. Os espectros de EPR foram tomados em função da orientação relativa do campo magnético externo com o eixo c cristalino dos cristais, em 3 planos perpendiculares entre si. Os espectros de EPR mostram a existência de diferentes sítios ocupados pelos íons terras-raras. O sítio mais populado tem simetria axial, e para esse centro determinaram-se os fatores g efetivos g//Nd = (1,440 &#177 0,005) e g//Nd = (2,959 &#177 0,004), para o íon Nd3+, e g//Yb = (4,705 &#177 0,008) e g//Yb = (2,693 &#177 0,005) para o íon Yb3+. Espectros de MCD e MCPE obtidos para um cristal de rubi ilustram as convenções utilizadas e atestam que o sistema experimental funciona adequadamente. Os espectros obtidos nessa amostra também são originais, tendo sido resolvidas as transições permitidas com luz circularmente polarizada entre os subníveis Zeeman correspondentes aos níveis de energia 4A2 e &#8254E (2E) do íon Cr3+. / In this work we present Magneto-Optícal characterizations of rare-earth ions (Nd3+ e Yb3+) in lithium niobate (LiNbO3) single crystals. Magnetic Circular Dichroism (MCD) and Magnetic Circularly Polarized Emission (MCPE) measurements were performed for the first time on those systems. Spectra were obtained at 2K and at magnetic field strength up to 5T. From these studies, it was possible to assign the crystal quantum number (&#956) of the Zeeman sublevels of these ions, so that the sign and allowance of the electronic transitions could be predicted. From the dependence of suitable MCD spectral lines on the magnetic field strength, the effective parallel gyromagnetic factor (g//) of the ground state for each of the rare earth ions has been determined to be: g//Nd = (1,4 &#177 0,1) e g//Yb = (4,7 &#177 0,1). These values are in dose agreement to those obtained by means of Electron Paramagnetic Resonance (EPR) spectroscopy, at 4-8 K, and at X-band frequency. EPR spectra were recorded as a function of the external magnetic field orientation relative to the c crystalline axis in three mutual perpendicular planes. These spectra show evidence of multiple sites occupied by the rare-earth ions. For the most intense line seen in the spectra of each ion, it could be clearly assigned a site with axial symmetry, with effective g factors of g//Nd= (1,440 &#177 0,005) and g//Nd = (2,959 &#177 0,004), for the Nd3+3+ ion, and g//Yb = (4,705 &#177 0,008) and g//Yb= (2,693 &#177 0,005) for the Yb3+ ion. MCD and MCPE spectra recorded for a ruby crystal shows the experimental conventions used so far in this work, as well as assure that the experimental system works properly. These results are original ones, by means of which, the spectral transitions between the Zeeman sublevels of the 4A2 and &#8254E (2E) of the Cr3+ ions in ruby could be resolved.

Guias de onda de luz foram fabricados por difusão térmica de Titânio em substratos de LiNbO3. Os índices efetivos dos modos guiados foram medidos usando o método de acoplamento por prismas e a equação de onda resolvida numericamente usando a aproximação WKB. Profundidade de difusão, variação máxima do índice de refração e o perfil da concentração de Titânio são calculados para um guia que suporta três modos TE / Optical waveguides have been fabricated by thermal diffusion of Titanium into LiNO3 substrate. The effective indices of guided modes have been measured using a prism coupling method and the wave equation has been solute numerically using the WKB approximation. The diffusion depth, maximum refractive index change and titanium concentration profited was calculated for one waveguide that support three TE modes

Este trabalho tem por objetivo principal a caracterização dos microcristais de niobato de lítio (LiNbO3) dopados com óxido de cromo (CrO3) e com óxido de ferro (Fe2O3), crescidos no Departamento de Física e Ciências dos Materiais do Instituto de Física e Química de São Carlos - USP. Para isso, utilizamos as seguintes técnicas: Ataque Químico Preferncial, Ressonância Paragnética Eletrônica (RPE), Absorção Ótica no Visível e Infravermelho Próximo e a Técnica Holográfica. Através da técnica de ataque químico preferencial os domínios ferroelétricos destes cristais foram observados. Os possíveis sítios que os íons Cr3+ e os íons Fe3+ ocupam na rede do LiNbO3 foram estudados por RPE, e os resultados obtidos indicam que o íon Cr3+ ocupa preferencialmente as vacâncias estruturais, enquanto os íons Fe3+ ocupam o sítio do nióbio ou do lítio. O efeito de tratamentos térmicos em atmosferas redutoras e oxidantes sobre a concentração dos íons Fe3+, Fe2+ e dos centros OH-, foram estudados através das técnicas de RPE, absorção ótica no visível e no infravermelho. Através da técnica holográfica, foram observadas altas eficiências de difração holográficas em cristais dopados com ferro. Foram feitas também medidas da variação temporal desta eficiência em cristais tratados e não tratados termicamente, e em alguns casos o efeito de acoplamento de ondas foi observado. / The present work shows the characterization of the lithium niobate (LiNbO3) doped with chromium oxide and iron oxide. Those crystals were grown in the Departamento de Física e Ciência dos Materiais - IFQSC - USP São Carlos. Several experimental techniques were applied like Preferential Chemical Etching, Electron Paramagnetic Resonance (EPR), Near Infrared and Visible Optical Absorption and the Holagraphic Technique. Through the preferential chemical etching we observed the ferroelectric domains. The probable Cr3+ and Fe3+ ion site were studied with EPR, it shows the Cr3+ ions fill possibly structural vacancies, while the Fe3+ ions possibly take place on Li1+ or Nb5+ substitucionally. The thermal treatment effects at reducing and oxidizing atmospheres under several Fe3+, Fe2+ and OH- concentration were studied through EPR, visible and near infrared optical absorption. By using the holographic technique we observed holographic diffraction highly efficient in iron doped crystals. Also were made time dependence efficiency at thermally treated and non treated samples, and in some cases we observed wave coupling effect.

Neste trabalho, apresentamos resultados da caracterização Magneto-Óptica de íons terras-raras (Nd3+ e Yb3+) em monocristais de niobato de lítio (LiNbO3). Medidas de Dicroísmo Circular Magnético (MCD) e de Emissão Circularmente Polarizada em Presença de Campo Magnético (MCPE) foram realizadas pela primeira vez nesses sistemas. Os resultados foram obtidos à temperatura de 2K, e em campos magnéticos de até 5 T. Através desses estudos, foi possível identificar os números quânticos cristalinos (&#956) dos subníveis Zeeman desses íons. A partir da dependência do sinal de MCD com a intensidade de campo magnético, determinou¬se o fator giromagnético efetivo g// do estado fundamental de cada íon, obtendo-se os valores: g//Nd = (1,4 &#177 0,1) e g//Yb = (4,7 &#177 0,1). Esses valores foram confirmados através de medidas de espectroscopia de Ressonância Paramagnética Eletrônica (EPR), realizadas a baixa temperatura (4-8 K), em banda X. Os espectros de EPR foram tomados em função da orientação relativa do campo magnético externo com o eixo c cristalino dos cristais, em 3 planos perpendiculares entre si. Os espectros de EPR mostram a existência de diferentes sítios ocupados pelos íons terras-raras. O sítio mais populado tem simetria axial, e para esse centro determinaram-se os fatores g efetivos g//Nd = (1,440 &#177 0,005) e g//Nd = (2,959 &#177 0,004), para o íon Nd3+, e g//Yb = (4,705 &#177 0,008) e g//Yb = (2,693 &#177 0,005) para o íon Yb3+. Espectros de MCD e MCPE obtidos para um cristal de rubi ilustram as convenções utilizadas e atestam que o sistema experimental funciona adequadamente. Os espectros obtidos nessa amostra também são originais, tendo sido resolvidas as transições permitidas com luz circularmente polarizada entre os subníveis Zeeman correspondentes aos níveis de energia 4A2 e &#8254E (2E) do íon Cr3+. / In this work we present Magneto-Optícal characterizations of rare-earth ions (Nd3+ e Yb3+) in lithium niobate (LiNbO3) single crystals. Magnetic Circular Dichroism (MCD) and Magnetic Circularly Polarized Emission (MCPE) measurements were performed for the first time on those systems. Spectra were obtained at 2K and at magnetic field strength up to 5T. From these studies, it was possible to assign the crystal quantum number (&#956) of the Zeeman sublevels of these ions, so that the sign and allowance of the electronic transitions could be predicted. From the dependence of suitable MCD spectral lines on the magnetic field strength, the effective parallel gyromagnetic factor (g//) of the ground state for each of the rare earth ions has been determined to be: g//Nd = (1,4 &#177 0,1) e g//Yb = (4,7 &#177 0,1). These values are in dose agreement to those obtained by means of Electron Paramagnetic Resonance (EPR) spectroscopy, at 4-8 K, and at X-band frequency. EPR spectra were recorded as a function of the external magnetic field orientation relative to the c crystalline axis in three mutual perpendicular planes. These spectra show evidence of multiple sites occupied by the rare-earth ions. For the most intense line seen in the spectra of each ion, it could be clearly assigned a site with axial symmetry, with effective g factors of g//Nd= (1,440 &#177 0,005) and g//Nd = (2,959 &#177 0,004), for the Nd3+3+ ion, and g//Yb = (4,705 &#177 0,008) and g//Yb= (2,693 &#177 0,005) for the Yb3+ ion. MCD and MCPE spectra recorded for a ruby crystal shows the experimental conventions used so far in this work, as well as assure that the experimental system works properly. These results are original ones, by means of which, the spectral transitions between the Zeeman sublevels of the 4A2 and &#8254E (2E) of the Cr3+ ions in ruby could be resolved.

Guias de onda de luz foram fabricados por difusão térmica de Titânio em substratos de LiNbO3. Os índices efetivos dos modos guiados foram medidos usando o método de acoplamento por prismas e a equação de onda resolvida numericamente usando a aproximação WKB. Profundidade de difusão, variação máxima do índice de refração e o perfil da concentração de Titânio são calculados para um guia que suporta três modos TE / Optical waveguides have been fabricated by thermal diffusion of Titanium into LiNO3 substrate. The effective indices of guided modes have been measured using a prism coupling method and the wave equation has been solute numerically using the WKB approximation. The diffusion depth, maximum refractive index change and titanium concentration profited was calculated for one waveguide that support three TE modes

Orientador: Jaime Frejlich / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-05T13:36:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Oliveira_Ivande_D.pdf: 718797 bytes, checksum: 32fec7f75d9afd6a59509cc66293c0d3 (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: Neste trabalho foram realizadas contribuições importantes na área de registro holográfico auto-estabilizado em niobato de lítio (LiNbO3:Fe) e do estudo da dinâmica da formação e evolução dos hologramas durante as diferentes etapas da fixação. Outras contribuições importantes neste trabalho referem-se ao desenvolvimento de técnicas mais eficientes e/ou mais simples para a fixação de hologramas. Em termos de registro auto-estabilizado, nosso trabalho permitiu o uso dessas técnicas para obtermos hologramas com alta eficiência de difração e de forma reprodutível. O registro holográfico auto-estabilizado em niobato de lítio já tinha sido utilizado anteriormente. A novidade aqui reside no estudo detalhado da dinâmica do processo, que permitiu uma melhor compreensão das possibilidades e limitações da técnica, incluindo o estudo detalhado do efeito do grau de oxidação (isto é, da relação [Fe3+]/[Fe2+]) do material sobre o comportamento do sistema de estabilização. Em função dos estudos acima referidos que permitiram uma melhor compreensão dos processos, foi possível desenvolver uma técnica de fixação para cristais oxidados que permitiu obter redes fixas com alta eficiência de difração, com valores previzíveis em função das propriedades do cristal e de forma reprodutível. O registro auto-estabilizado foi aplicado com sucesso, pela primeira vez, à técnica de fixação (registro e compensação) a alta temperatura, de forma muito mais simples do que a técnica clássica, e que permitiu obter excelentes resultados mesmo com amostras reduzidas, para as quais o processo clássico não funciona satisfatoriamente. Paralelamente mostramos teórica e experimentalmente os problemas associados à medida da eficiência de difração em hologramas espessos. Mostramos que o uso de um feixe auxiliar (frequentemente utilizado) para este tipo de medida leva a erros consideráveis e para este caso propomos uma forma muito simples de realizar essa medida / Abstract: In this work important contributions to the field and to the self stabilized holographic record in litium niobate were achieved and to the dynamic formation and hologram evolution study during different fixing stages. Other important contributions in this work refer to more efficient technique development and/or simpler ones to hologram fixing. On terms of self stabilized record our work allowed the use of these techniques to obtain some holograms with high efficiency diffractions and in a reproducible form. The self stabilized holographic record in litium niobate had already been used before. The new point here is the detailed study about the process dynamic which allowed a better understanding of the technique possibilities and limitations including the detailed study of the effect of the oxidation degree (thus the relation [Fe3+]/[Fe2+]) of the material about the stabilization system behaviour. According to the referred studies above which permitted a better understanding of the process, it was possible to develop the oxidated crystals fixing technique which permitted to get fixed nets with high diffractions efficience with predictable values according to the crystals properties and in a reproducible form. The self stabilized record was applied sucessfully to the fixing technique (recording and compensation) for the first time to high temperature in a so much simpler form than the classical one which permitted to obtain excellent results even using reduced samples to which the classical process has not worked satisfactionally. Parallel to this, we showed (theoric and experimentally) the associated problems to the diffraction efficience in thick holograms. We showed the use of an auxiliar bin (frequently used) for this kind of measure results in considerable errors and to this case we propose a so much simpler form of achieving this measure / Doutorado / Física da Matéria Condensada / Doutor em Ciências