Orientador: Newton Cesário Frateschi / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-14T11:19:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Jarschel_PauloFelipe_M.pdf: 3096320 bytes, checksum: f09830dd682d577e43058480d256c5a1 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: A radiação eletromagnética em Terahertz (THz) situa-se na faixa de 1012 Hz, com comprimentos de onda associados variando de 30 µm até 3 mm. É possível então usar esta radiação para investigar propriedades físicas de materiais que requerem uma definição desta ordem. Além de aplicações na espectroscopia, estes comprimentos de onda são capazes de penetrar em papel, tecidos, pele e até neblina atmosférica, gerando um grande interesse em sistemas de segurança, medicina e aviação 1. Neste trabalho será apresentado o desenvolvimento de emissores de Terahertz baseados em SI-GaAs (GaAs Semi-Isolante), incluindo uma discussão detalhada da teoria desta emissão, descrição dos processos de fabricação e resultados obtidos de várias amostras. Esta antena consiste em eletrodos interdigitados depositados no topo de um substrato, de forma similar a fotodetectores MSM 2. A principal diferença entre estes dois dispositivos é que no emissor é feita uma segunda metalização,"opaca " e acima da anterior, separada por uma camada isolante de Si3N4. O princípio físico básico envolvido neste dispositivo é a emissão de radiação por cargas aceleradas. A idéia é que pares elétron-buraco sejam gerados por um laser de femtossegundo incidente na amostra, que se movem rapidamente entre os eletrodos, devido à tensão aplicada. Para obter a máxima eficiência de absorção, a camada isolante também serve como anti-refletora para o laser. A segunda metalização possui um papel essencial, pois ela garante que todos os portadores são acelerados no mesmo sentido, possibilitando então a interferência construtiva no campo distante (Far-Field) 3. Considerando a grande dificuldade de obtenção de lasers com pulsos de femtossegundos no período deste trabalho, utilizamos nosso dispositivo para a geração de ondas na faixa de MHz a partir de um laser pulsado eletronicamente, para verificação do princípio. Muito boa concordância entre nossa simulação e as medidas foi obtida. No entanto, deve-se observar que as propriedades da onda gerada neste caso são mais dependentes do pulso óptico em si do que da velocidade do dispositivo. De toda forma, o resultado mostra que o princípio de geração de ondas de rádio a partir de pulsos ópticos foi demonstrado com sucesso com nosso dispositivo. / Abstract: Terahertz electromagnetic radiation (THz) is situated around 1012 Hz in the electromagnetic wave spectrum, with associated wavelengths varying from 30 µm to 3 mm. It is possible then to use this radiation to investigate physical properties of materials that requires a definition of this order. Besides spectroscopy applications, these wavelengths are capable of penetrating deep into paper, skin, clothes, and even atmospheric fog, generating a great interest in using it for security systems, medicine and aviation¹. In this work, the development of Terahertz emitters based on photoconductive SI-GaAs (Semi-Insulator GaAs) will be presented, including a detailed discussion on the theory of this emission, description of the fabrication processes and results obtained from various samples. This antenna consists on interdigitated finger electrodes deposited on the top of a substrate, similar to MSM Photodetectors². The main difference between these two devices is that on our emitter,a second "opaque " metallization is done on top of the previous,separated by a Si3N4 dielectric layer. The basic physical concept involved in this device is radiation emission from accelerated charges. The idea is to generate electron-hole pairs by an incident femtosecond laser, which rapidly move between the electrodes, due to the bias voltage applied. To have maximum absorption efficiency, the insulating layer also serves as an anti-reflective coating for the pump laser. The second metallization plays an essential role, for it ensures that all carriers are accelerated in the same direction, thus allowing constructive interference on the far-field³. Giving the unavailability of a femtosecond laser for this work, we have used our device to generate radio waves in the MHz range using an electronically driven laser source. Very good agreement between our simulation and the results was obtained. One should note that in this case the emitted radiation is more dependent upon the optical pulse shape than the device speed itself. Nevertheless, our results show we have successfully demonstrated the generation of radio waves from optical pulses using our device. / Mestrado / Física da Matéria Condensada / Mestre em Física

Orientador: Daniel Pereira / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-08T18:30:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Costa_LeversonFariasLamonier_D.pdf: 15914858 bytes, checksum: 1c9b9d5747ffb493f5451d81d2898051 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Neste trabalho realizamos três importantes etapas: 1) montar e caracterizar um laser selado de 13C02, 2) empregar o laser selado de 13C02 como fonte de bombeamento óptico para a molécula de metanol CH30H, e utilizá-lo pela primeira vez, para excitar o isótopo de metanol 13CH30H para geração de ondas na região do TeraHertz (THz) e 3) Propor "assignments" para as transições THz do CH30H e do 13CH30H. Para excitar as respectivas moléculas de metanol, um tubo comercial selado de 13C02 foi montado e caracterizado num ressonador laser Fabry-Perot. Dois cabeçotes de aluminio foram conectados por 4 barras de invar, separado em 135cm. Em um dos cabeçotes, temos uma grade de difração (150 linhas/mm) na configuração Littrow para selecionar as linhas de emissao do respectivo laser. 0 2° cabeçote suporta um espelho de saída de ZnSe (90% de refletividade com 10m de raio de curvatura) acoplado num PZT para sintonia fina da frequência do laser. No sistema de alimentação, usamos uma fonte de alta tensão comercial (25kV, 8mA) operando em regime DC. Com isso, utilizamos o respectivo laser para excitar as moléculas CH30H e 13CH30H, onde fomos pioneiro no uso do mesmo para bombeio óptico da molécula 13CH30H. Decorrente disso, obtemos os espectros de absorção em torno de cada linha de emissão do 13C02 dos respectivos metanol. Estes dados serviram de referenda para investigação sistemática de novas emissões THz, onde observamos e caracterizamos 12 novas linhas THz do CH30H e 19 do 13CH30H. Todas foram caracterizadas em relação ao seu comprimento de onda, offset, pressao de trabalho, polaridade e intensidade relativa.Utilizando os dados de linhas THz observados por nós, e os espectros de absorção a Transformada de Fourier do CH30H e do 13CH30H, um programa computacional intitulado "Ritz", identificou "assignments" para 4 transições THz do CH30H e 9 emissoes THz para 13CH30H, respectivamente / Abstract: In this work we accomplish three important tasks: to mount and to characterize a laser sealed-off 13C02 to optically pump first time methanol molecules CH30H and 13CH30H for generation of TeraHertz waves; Proposed assignments for transistions THz of the CH30H and 13CH30H. For optical pumping we use a commercial sealed-off 13C02, tube in a homemade Fabry-Perot laser resonator, mounted on two aluminum blocks connected by invar rods and separeted by 1.35m. One block holds a grating (150grooves/mm) used in Littrow configuration to select the emission line, while the second block supports a ZnSe output mirror (90% reflectivity and 10m radius of curvature) mounted on a PZT for fine frequency tuning. We use high voltage power supply (25kV, 8mA) to operate the 13C02 laser in CW regime. A cooling system maintains operation of the laser tube at -10o C. Output powers of l0 W and 1l0 MHz tuning range are typical for lines with higher optical gains. After, molecules CH30H and 13CH30H, optoacoustics spectroscopy (OA) signal, obtained around each sealed-off 13C02 laser line were the starting point to search for THz laser lines. For the more intense OA signal, a systematic investigation was performed to observe and characterize 12 new THz lines of the CH30H and 19 THz emissions of 13CH30H that they had been characterized in wavelength, offset, working pressure, relativepolarity and relative intensity. The available data has been compared a Ritz analysis of the high-resolution Fourier-Transform absorption spectrum of CH30H and 13CH30H, resulting in the assignments for 4 THz transistions of the CH30H and 9 THz emissions for 13CH30H, respectively / Doutorado / Física Atômica e Molecular / Doutor em Ciências