A capsulotomia curvilínea contínua (CCC) é uma das etapas mais importantes da técnica de facoemulsificação. Em cataratas brancas e com reflexo de fundo de olho deficiente ou ausente, a identificação da cápsula anterior do cristalino é dificultada, e é necessária a utilização de substâncias, como os corantes vitais, para permitir a sua diferenciação. Contudo, antes da utilização de substâncias intraoculares, é necessário determinar se elas são seguras para as estruturas do globo ocular, principalmente para as células do endotélio corneano, que podem sofrer lesões irreversíveis. A indocianina verde é uma substância capaz de corar a cápsula do cristalino, tendo seu uso relatado em humanos, mas não existem dados sobre sua utilização em equinos. Objetivou-se determinar o efeito agudo da exposição do endotélio corneano de equinos à indocianina verde 0,5%. Foram estudadas 24 córneas provenientes de 12 equinos divididos em 2 grupos: 12 córneas dos bulbos oculares direitos (grupo controle) e 12 córneas dos bulbos oculares esquerdos (grupo tratamento). As córneas do grupo tratamento foram expostas à indocianina verde durante 1 minuto, e após lavadas com solução salina balanceada. Posteriormente, as córneas foram coradas pela técnica de coloração vital com alizarina vermelha e azul de tripano, visualizadas ao microscópio óptico e fotografadas. As córneas do grupo controle também foram coradas com alizarina vermelha e azul de tripano, visualizadas e fotografadas. Não foram encontradas áreas de perda celular com a coloração pela alizarina vermelha, e nem células com núcleo corado pelo azul de tripano, não havendo diferenças entre grupo controle e grupo tratamento. Baseado nos resultados do presente estudo foi possível concluir que a indocianina verde não induziu dano às células do endotélio da córnea de equinos. / The continuous curvilinear capsulotomy (CCC) is one of the most important steps on the phacoemulsification technique. In white cataract combined with poor or absent red reflex the identification of the anterior capsule is hampered, thus requiring the use of substances such as vital dyes to allow their differentiation. However, before the use of intraocular substances it is necessary to determine whether these substances are safe to the structure of the ocular globe, mainly to the corneal endothelium cells, which may suffer irreversible damage. The indocyanine green is a substance capable of staining the lens capsule with documented use in humans, but there are no data on its use in horses. This study aimed to determine the acute effect of exposure of equine corneal endothelium to indocyanine green 0.5%. The sample consisted of 24 corneas from 12 horses divided into 2 groups: 12 corneas of right eye bulbs (control group) and 12 corneas of left eye bulbs (treatment group). The corneas belonging to the treatment group were exposed to the indocyanine green for 1 minute, and then washed with balanced saline solution. Subsequently, the corneas were stained by the technique of vital staining with alizarin red and trypan blue, and so visualized and photographed under an optical microscope. The corneas of the control group were also stained with alizarin red and trypan blue, visualized and photographed. No areas of cell loss were found with alizarin red staining, and no cell nuclei stained with trypan blue was visualized, with no difference between control group and treatment group. Based on the results of this study, we concluded that the indocyanine green did not induce damage to equine corneal endothelium.

Objetivo: O endotélio é uma monocamada de células achatadas, poligonais e interligadas que recobrem a superfície posterior da córnea, sendo fundamental na manutenção da transparência desta estrutura. Objetivou-se avaliar a morfologia de diferentes regiões da córnea de equinos após coloração com vermelho de alizarina utilizando a microscopia óptica. Procedimentos: Foram estudados 16 bulbos oculares de oito equinos, machos ou fêmeas, de diferentes faixas etárias. O endotélio da córnea foi corado com o corante vital vermelho de alizarina (Alizarin Red S, Sigma Aldrich), dissolvido previamente em solução isotônica (0,2g/100mL), com pH ajustado para 4,2 com ácido clorídrico, e após examinado com microscópio óptico e fotografado. Foi avaliada a morfologia endotelial das regiões central, superior, inferior, temporal e nasal da córnea. De cada região da córnea, foram analisadas 100 células endoteliais. Foi realizada a análise de variância (ANOVA). Resultados: A porcentagem média de células hexagonais na região superior da córnea foi de 57,78 ± 3,14 %, na região inferior foi de 58,62 ± 6,413 %, na região temporal foi de 56,14 ± 6,749 %, na região nasal foi de 56,88 ± 6,296 %, na região central dos equinos foi de 55,43 ± 4,464 %. O percentual de células com menos de seis lados foi 22,72 ± 3,04 % para a região central, 20,81 ± 3,534 % para a região superior, 20,14 ± 3,82 % para a região inferior, 21,66 ± 4,04 % para a região temporal, 21,60 ± 3,04 % para a região nasal. O percentual de células com mais de seis lados foi de 21,85 ± 3,99 % para a região central, 21,31 ± 3,81 % para a região superior, 21,24 ± 4,08 % para a região inferior, 22,2 ± 4,88 % para a região temporal, 21,52 ± 4,71 % para a região nasal. Com relação à morfologia não houve diferença estatisticamente significante entre as regiões da córnea avaliadas. Conclusão: A microscopia óptica e a coloração com vermelho de alizarina possibilitaram a análise e a documentação do endotélio da córnea de equinos. No que diz respeito à morfologia, não existem diferenças entre as regiões da córnea de equinos. / Objective: The endothelium is a single layer of flattened, interlocking polygonal cells lining the posterior surface of the cornea; its main function is to maintain the transparency of this structure. The objective was to evaluate the morphology of different regions of the equine cornea by optical microscopy after staining with alizarin red. Procedures: 16 eye bulbs of eight horses, male or female, of different ages were studied. The corneal endothelium was stained with alizarin red vital dye (Alizarin Red S, Sigma Aldrich), previously dissolved in isotonic solution (0.2g / 100 mL) with pH adjusted to 4.2 with hydrochloric acid. The corneal endothelium was examined by optical microscope and photographed. Endothelial morphology of central, superior, inferior, temporal and nasal cornea was evaluated. One hundred endothelial cells of each cornea region were analyzed. Analysis of variance (ANOVA) was performed. Results: The percentage of hexagonal cells in the upper region was 57,78 ± 3,14 %, in the lower region was 58,62 ± 6,413 %, in temporal region was 56,14 ± 6,749 %, in the nasal region was 56,88 ± 6,296 %, in the central region was 55,43 ± 4,464 %. The percentage of cells with less than six sides was 22,72 ± 3,04 % for the region central, 20,81 ± 3,534 % for the upper region, 20,14 ± 3,82 % for the lower region, 21,66 ± 4,04 % for the temporal region, 21,60 ± 3,04 % for the nasal region. The percentage of cells with more than six sides was 21,85 ± 3,99 % for the region central, 21,31 ± 3,81 % for the upper region, 21,24 ± 4,08 % for the lower region, 22,2 ± 4,88 % for the temporal region, 21,52 ± 4,71 % for the nasal region. Regarding to morphology there was no statistically significant difference between the regions of the evaluated corneas. Conclusion: Optical microscopy and staining with Alizarin red enabled the analysis and documentation of the corneal endothelium of horses. There are no differences in endothelial cell morphology in different regions of the cornea of horses.

O tema geral desta tese é a utilização de técnicas ópticas de espectroscopia Raman não linear para análises de sistemas distintos. Especificamente, nos concentraremos na técnica de CARS multiplexado, introduzindo os princípios fundamentais e relatando a importância do tratamento de dados para a recuperação do espectro vibracional. Comprovamos que a técnica de CARS multiplexado é capaz de substituir a espectroscopia Raman convencional de maneira eficiente nas aplicações abordadas e apresentar diversas vantagens. Por fim, apresentamos outros trabalhos desenvolvidos durante o período de doutoramento relacionados à microscopia óptica em escala nanométrica. / The general theme of this thesis is the use of the nonlinear Raman spectroscopy techniques to analyze different systems. Specifically we will concentrate in the Multiplex CARS technique, introducing the fundamentals and relating the important role of the data processing to retrieve the vibrational spectrum. We show that multiplex CARS can substitute the conventional Raman spectroscopy efficiently in the discussed subjects and provide several advantages. Finally, we present others developed works during the doctorate period related with microscopy in nanometric scale.

Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / We investigate the performance of three different non linear directional assymmetrical fibers couplers that include a profile of self-modulation of increasing and decreasing phase. The asymmetry is associated with the profile of self-modulation of phase of one of the chanels. Initially, we investigate the performance of the considered coupler using ultrashort pulses, type sÃliton with 2ps of width and later operating with signal CW. Observing the characteristics of transmission of the device, through the direct chanel and cross chanel, we made a study of the extinction ratio (Xratio) of the devices. The extinction ratio of a switching on-off is the relation among the exit power in the state on and the power of exit in the state off. It was observed that the performance of gates AND, XOR, OR are dependents of the profile of non linearity. In the profile of constant it was not verified that logics AND and XOR present one better performance with the device operating in CW, while logic OR present better with the coupler operating in pulse regime. We conclude that coupler to operate it as logic gate we can control the non-linearity profile to optimize the characteristics of transmission through the extinction ratio. / NÃs investigamos o desempenho de trÃs diferentes acopladores direcionais nÃolineares duplo assimÃtrico que incluem um perfil de auto modulaÃÃo de fase crescente e decrescente. A assimetria està associada ao perfil de auto modulaÃÃo de fase de um dos canais. Inicialmente, investigamos o desempenho do acoplador proposto utilizando pulsos ultracurtos, tipo sÃliton com 2ps de largura e posteriormente operando com sinal CW. Observando as caracterÃsticas de transmissÃo do dispositivo, atravÃs do canal direto e cruzado, fizemos um estudo do coeficiente de extinÃÃo (Xratio) dos dispositivos. O coeficiente de extinÃÃo de um chaveamento on-off à a relaÃÃo entre a potÃncia de saÃda no estado on e a potÃncia de saÃda no estado off . Foi observado que a performance de portas AND, XOR, OR sÃo dependentes do perfil de nÃo linearidade. No perfil de nÃo linearidade constante verificou-se que as lÃgicas AND e XOR apresentam um melhor desempenho com o dispositivo operando em CW, enquanto a lÃgica OR mostra-se melhor com o acoplador operando em regime pulsado. ConcluÃmos que para o acoplador operar como porta lÃgica nÃs podemos controlar o perfil de nÃo linearidade para otimizar as caracterÃsticas de transmissÃo atravÃs do coeficiente de extinÃÃo.

CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / O Estudo do Desempenho de Filtros AcÃstico-Ãpticos SintonizÃveis (AOTF) como Componentes BiestÃveis e sua UtilizaÃÃo na Criptografia em Redes Ãpticas apresenta, primeiramente, um estudo analÃtico e numÃrico de tais filtros destacando suas principais propriedades de transmissÃo e analisando seu comportamento devido aos efeitos nÃo-lineares e o surgimento da biestabilidade Ãptica quando um sistema de feedback à introduzido. Em seguida, propÃe o uso do AOTF, somado à modulaÃÃo de pulsos ultracurtos por posiÃÃo (PPM) e por amplitude (PAM), simultaneamente, para gerar um sistema criptogrÃfico a ser utilizado em redes Ãpticas. As simulaÃÃes numÃricas foram realizadas utilizando-se o mÃtodo de Runge-Kutta de Quarta Ordem. Os resultados obtidos para o estudo da biestabilidade mostraram a dependÃncia da curva de histerese com relaÃÃo ao produto da constante de acoplamento pelo comprimento do dispositivo e ao fator de conversÃo potÃncia-constante de propagaÃÃo (G). Mostrou-se que o intervalo da biestabilidade varia significativamente tanto com G como com produto da constante de acoplamento pelo comprimento do dispositivo, mas suas contribuiÃÃes sÃo diferentes. A variaÃÃo do produto da constante de acoplamento pelo comprimento do dispositivo aumenta o tamanho do intervalo da biestabilidade, enquanto que o aumento de G faz com que a biestabilidade ocorra para potÃncias iniciais cada vez menores. Os resultados obtidos no estudo do AOTF como criptÃgrafo mostraram que à possÃvel definir um par de parÃmetros, chamado par PPM/PAM, diretamente relacionado com as modulaÃÃes usadas no processo, que servirà como elemento fundamental para a comunicaÃÃes entre dois usuÃrios em uma rede Ãptica usando um AOTF para codificar a mensagem e outro para decodificar. / The performance of acoustic-optic tunable filters (AOTF) as a bistable component, applied to cryptography in optical networks, has been studied with analytical and numerical methods. Initial investigations of such filters highlighted their main transmissions, and analyzed their behavior by nonlinear effects with formation of optical bistability when a feedback was introduced in the system. Subsequently, it was proposed the use of an AOTF device, together with simultaneous modulation of ultrashort pulses by position (PPM) and amplitude (PAM), for generation of a cryptographic system for application in optical networks. Numerical simulations were performed using the Runge-Kutta fourth order method. The results for the study of bistability showed the dependence of the hysteresis curve with respect to the product of coupling constant by the length of the device and the conversion power-coupling constant factor (G). It was shown that the range of bistability varies significantly with both G and the product of coupling constant by the length of the device. The variation of the product of coupling constant by the length of the device directly increases the size of the bistability range while the increase in G causes the bistability occurrence for initial powers to decrease. The results obtained in the study of the AOTF as a cryptographer showed that it is possible to define a pair of parameters, called PPM/PAM pair, directly related to the modulations used in the process, which will serve as key to communications between two users in an optical network. The device would be used to encode and decode data.

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

[pt] Optomecânica, o estudo de forças induzidas pela luz sobre a matéria, teve grandes avanços nos últimos anos com diversas implicações sobre todas as ciências naturais. Pinças ópticas, por exemplo, são amplamente usadas na física, química e biologia para aprisionar nano e micropartículas com índice de refração maior do que o meio que a cerca usando, em geral, feixes Gaussianos. Generalizando essa técnica, trabalhos recentes começaram a explorar estados de ordem maior dos feixes eletromagnéticos e suas superposições para aprisionamento óptico, criando feixes com fase, modo e amplitude ajustáveis. Esses novos graus de liberdade permitem o uso de potenciais arbitrários e até mesmo forças dependentes do tempo capazes de induzir movimento controlado no objeto aprisionado. Nesse contexto de feixes estruturados, nós podemos explorar não apenas as forças atrativas entre luz e matéria, mas também as forças repulsivas que ocorrem quando o índice de refração da partícula é menor que o do meio circundante. Neste trabalho vamos explorar ambos cenários a partir da criação de feixes holográficos com um Modulador Espacial de Luz (SLM). Mais especificamente, vamos focar na implementação do feixe de foco escuro, ou feixe de garrafa, onde as partículas encontram equilíbrio em uma região sem incidência de luz. Resultados experimentais são apresentados e comparados com simulações numéricas baseadas na teoria de Lorentz-Mie e possíveis aplicações dessas pinças óticas inversas são discutidas em optomecânica e biologia. / [en] Optomechanics, the study of light-induced forces upon matter, has seen tremendous advances in recent years with broad implications to all natural sciences. Optical tweezers, for instance, are now widely used in physics, chemistry and biology to trap nano- and micro-objects with a refractive index greater than of its surrounding medium using typically Gaussian laser beams. Generalizing these techniques, recent works began to explore higher-order states of the electromagnetic field and its superpositions for optical trapping, creating beams with customized phase, mode and amplitude. These new degrees of freedom allows for optical potentials beyond the harmonic approximation, enabling virtually arbitrary potential forms and even time-dependent forces capable of inducing controlled motion on the trapped object. Within this context of structured light beams, we can explore not only the attractive forces between light and matter but the repulsive ones that arise when the particle s refractive index is smaller than that of its medium. In this work we explore both scenarios by creating holographic beams with a Spatial Light Modulator (SLM). Specifically, we focus on the implementation of the dark focus beam, or optical bottle beam, where particles may find equilibrium in a region with no incidence of light. Experimental results are presented and compared to Lorentz-Mie numerical simulations and possible applications of these inverted optical tweezers in optomechanics and biology are discussed.

Esse trabalho apresenta o método de correlação angular de speckle. Esse método foi melhorado para ser aplicado na medição de rugosidade na faixa de 30 m a 0,1 m. Um programa de computador foi desenvolvido para processar imagens e calcular a correlação angular, e novas fórmulas matemáticas foram deduzidas. / This work presents the speckle pattem angular correlation method. This method was improving to be applicable in the roughness measuring in the range of 0,1 m to 30 m. A software was developed to process image and to calculate the angular correlation, and new mathematical equations were formulating.

Orientador: Victor Ciro Solano Reynoso / Banca: Keizo Yukimitu / Banca: Raul Fernando Cuevas Rojas / Resumo: O presente trabalho visou a produção e o estudo das propriedades físicas de amostras de resina epóxi transparente dopadas com diferentes concentrações de nanocristais de sulfeto de cádmio (CdS). As técnicas de difração de raios-X, espectroscopia no infravermelho, espectroscopia Raman e calorimetria diferencial de varredura (DSC) foram utilizadas para estudar as propriedades estruturais. Espectroscopias de refletância e de transmitância foram utilizadas para obter a dispersão do índice de refração e do coeficiente de extinção na região do UV-Vis para amostras dopadas com diferentes concentrações de CdS. A técnica do ângulo de Brewster foi também utilizada para determinar o índice de refração das diferentes amostras. Os valores dos índices de refração obtidos através das medidas de refletância e de transmitância na região do UV-Vis e da técnica do ângulo de Brewster foram comparados e os resultados mostraram que a técnica do ângulo de Brewster além de apresentar valores que conferem com a literatura apresentou valores com alta precisão. Foram realizadas medidas de birrefringência opticamente. Foram obtidos resultados da birrefringência fotoinduzida por um fóton para diferentes concentrações de CdS por amostra e para diferentes intensidades da luz de excitação. Os resultados foram quantificados utilizando alguns dos principais modelos teóricos, onde foi observado que a resina epóxi pura apresenta birrefringência fotoinduzida e a adição do CdS contribui para o aumento da birrefringência. / Abstract: The present work sought production and study of the physical properties of samples of transparent epoxy resin doped with different concentrations of structures of cadmium sulfide (CdS) nanocrystals. X-ray diffraction, infrared spectroscopy, Raman spectroscopy e differential scanning calorimetry techniques were used to study their structural properties. Reflectance and transmittance spectroscopy were used to obtain of the refraction index and of the extinction coefficients dispersion in the UVVis region for doped samples with different concentrations of CdS. The Brewster angle technique also was used to determine the refraction index of the different samples. The refraction index values obtained using the reflectance and transmittance measurement in the UV-Vis region and Brewster angle technique were compared and the results showed that the Brewster angle technique besides presents values that check with the literature, presented values with high precision. Measurements of optically induced birefringence were accomplished. Were obtained results of the photo induced birefringence by a photon for different concentrations of CdS for sample and for different intensities of the excitement light. The results were quantified using some of the principal theoretical models, where was observed that the pure epoxy resin presents photo induced birefringence and the addition of the CdS contributes to the increase of the birefringence. / Mestre

Técnicas experimentais de óptica não-linear resolvidas no tempo são capazes, em diversas situações, de fornecer mais informações sobre a dinâmica e estrutura molecular do que técnicas sem nenhuma resolução temporal. Nesta tese investigou-se três sistemas com técnicas espectroscópicas resolvidas no tempo, utilizando pulsos ultra-curtos de um sistema LASER amplificado, baseado em cristal de Ti:Safira, e de amplificadores ópticos paramétricos. Para este estudo foram implementadas e analisadas quatro diferentes técnicas espectroscópicas resolvidas no tempo: Espalhamento Raman anti-Stokes Coerente (CARS), Espalhamento hiper-Rayleigh Resolvido no Tempo (TRHRS), Bombeio-Prova e Bombeio- Depleção-Prova. O três sistemas investigados apresentam um grau crescente de complexidade nas suas dinâmicas e interações com o meio. O primeiro dos sistemas estudados foi a dinâmica da molécula de H2 no regime de impacto, na presença de moléculas e átomos perturbadores (N2 e He). Foi possível determinar, pela primeira vez, coeficientes de alargamento para o ramo Q devido à colisões entre H2+H2 utilizando a técnica de CARS resolvido temporalmente, bem como novos coeficientes para o deslocamento das linhas. O emprego da mesma técnica em sistemas binários lançou mais luz sobre a possibilidade de existir alguma não-homogeneidade em tais tipos de colisões. O segundo experimento investigou a dinâmica de relaxação orientacional da acetonitrila em solução utilizando a nova técnica de TRHRS; esta foi desenvolvida e testada com sucesso pela primeira vez neste trabalho. Um modelamento teórico mostra que dentro do modelo de Debye para a difusão rotacional, tempos associados ao terceiro momento do tempo de difusão (τ3) e ao primeiro momento (τ1) devem ser observados. Os resultados experimentais para a acetonitrila apresentam um decaimento consistente com este modelo (τ3~850 fs), concordando também com valores derivados de resultados experimentais e teóricos obtidos por outros métodos. Além disso, também foi observado experimentalmente uma segunda componente mais rápida (~50 fs), que não pôde ser explicada dentro do modelo de difusão rotacional livre. Esta componente foi atribuída a efeitos reorientacionais coletivos em conjunto com efeitos de superposição temporal de pulsos. A interpretação do sinal desta nova técnica foi testada com sucesso realizando o experimento em tetracloreto de carbono.O terceiro sistema investigado foi a dinâmica de relaxação de energia intramolecular de carotenóides. A principal questão, da vii existência ou não de estados eletrônicos adicionais, foi abordada utilizando uma modificação da técnica de Bombeio e Prova, denominada de Bombeio-Depleção-Prova. A técnica de Bombeio-Depleção-Prova foi pela primeira vez utilizada em carotenóides, possibilitando observar dinâmicas nunca vistas por qualquer outra técnica experimental. Dentro da resolução temporal dos experimentos realizados, a presença de novos estados eletrônicos em carotenóides livres em solução é descartada. Além disso, uma nova ferramenta de análise de dados foi desenvolvida. A análise de alvos espectrais baseada em um algoritmo evolutivo trouxe mais argumentos para o modelo clássico de três níveis. A dinâmica de carotenóides livres em solução foi comparada com sua dinâmica quando inseridos no complexo fotossintético de coleta de luz (LH2) da bactéria púrpura, utilizando para isso a técnica de Bombeio e Prova. Os resultados obtidos mostram um sistema de níveis de energia mais complexo do que quando o carotenóide está livre em solução. Esta modificação devido ao ambiente é possivelmente gerada pela quebra de simetria do carotenóide quando inserido no complexo LH2, possibilitando o cruzamento entre sistemas (singlete-triplete).