Este trabalho visa dar uma importante contribuição à pesquisa de novos materiais, através da determinação de condições otimizadas para obtenção pela técnica LHPG de fibras monocristalinas de compostos óxidos. Com esse objetivo fibras foram obtidas com êxito para compostos que podem ser utilizados como meios ativos para lasers de estado sólido (CaNb2O6 e GdTaO4), em aplicações de óptica de raios X (cristais gradientes dos sistemas GdTaO4-ErTaO4 e GdTaO4-YbTaO4) e também compostos que apresentam supercondutividade (EuNbO3, Yb2NbO5, Sm2NbO5 e Er2NbO5). A preparação dos pedestais se mostrou uma etapa muito importante na preparação das várias fibras. A caracterização estrutural por técnicas de difração de raios X mostrou que fibras monocristalinas de CaNb2O6 e GdTaO4 podem ser obtidas rapidamente e com alta qualidade cristalina sendo altamente adequadas para aplicações em óptica. Adicionalmente resultados de medidas espectroscópicas mostraram que as fibras CaNb2O6 dopadas com Nd+3 são boas candidatas para desenvolvimento de micro-lasers. Monocristais com gradiente controlado de parâmetro de rede foram obtidos pela primeira vez para os sistemas GdTaO4- ErTaO4 e GdTaO4-YbTaO4. A estratégia aplicada aqui possibilitou a obtenção de um gradiente composicional e de parâmetros de rede com ótima linearidade. Para o sistema GdTaO4- ErTaO4 foi obtido um gradiente de espaçamento de rede de 1,24%/cm para a reflexão (4 -4 4). Para os cristais GdTaO4- ErTaO4 um gradiente de 2,9%/cm para a reflexão (6 -4 0) foi obtido, sendo este o maior valor já observado em cristais gradientes. Através de uma inovação, utilizando Nb metálico em pó na preparação dos pedestais, fibras do composto EuNbO3 foram obtidas pela primeira vez, ao nosso conhecimento, através de uma técnica utilizando fusão. A aplicação desta mesma inovação buscando a obtenção de fases com esta mesma estrutura para outras terras raras, proporcionou a descoberta de três fases inéditas, Yb2NbO5, Sm2NbO5 e Er2NbO5. A estrutura destas novas fases foi determinada e através de caracterizações magnéticas e elétricas iniciais observou-se que estas apresentam supercondutividade com temperaturas de transição, Tc, iguais a 12,5K, 6,5K e 14,9K respectivamente para Yb2NbO5, Sm2NbO5 e Er2NbO5 / This work aims to give an important contribution to the research of new materials, by determining optimized conditions for obtaining of single crystal fibers of oxide compounds by LHPG technique. With this objective fibers were successfully obtained for compounds which can be used as solid state lasers (CaNb2O6 e GdTaO4), for X-ray optics applications (gradient crystals of GdTaO4-ErTaO4 e GdTaO4-YbTaO4 systems) and also as superconducting compounds. The preparation of the pedestals was a very important stage in the obtaining of the various fibers, with influence in growth experiments and quality of the fibers. The structural characterization by X-ray diffraction techniques showed that CaNb2O6 and GdTaO4 single crystal fibers presenting high crystalline quality can be quickly obtained. These fibers can be highly suitable for optics applications. In addiction the results of spectroscopic measurements showed Nd+3 doped CaNb2O6 fibers are good candidates for development of micro-lasers. Single crystals with controlled lattice parameter gradient were obtained for the first time for GdTaO4- ErTaO4 e GdTaO4-YbTaO4 systems. The applied approach in here enabled to obtain a compositional and lattice parameters gradient presenting optimized linear behavior. For the GdTaO4- ErTaO4 system a lattice spacing gradient of 1.24%/cm for (4 -4 4) reflection was obtained. For GdTaO4-YbTaO4 crystals a gradient of 2.9%/cm was observed. This is the largest value of lattice spacing gradient up to this moment. By an innovation, using metallic Nb in the form of powder in preparing the pedestals, fibers of the EuNbO3 compound were obtained, being the first report by a fusion technique. The application of this innovation to obtain phases with this structure for others rare earth enabled the discovery of three new phases, namely Yb2NbO5, Sm2NbO5 and Er2NbO5. The structure of these new phases was determined and by magnetic and electric characterizations it was observed that the phases are superconductor materials with transition temperatures, Tc, equals to 12,5K, 6,5K and 14,9K respectively for Yb2NbO5, Sm2NbO5 and Er2NbO5. compounds

O presente trabalho apresenta um amplo estudo das propriedades espectroscópicas de fibras cristalinas de CMO:NdNbO4 e CVO:Nd3+, visando aplicações como novos meios ativos excitados por laser de diodo. As fibras em estudo, foram crescidas pela técnica de LHPG (Laser Heated Pedestal Growth) a qual permitem uma rápida obtenção de fibras, em dimensões já apropriadas para a confecção de mini lasers, sem a utilização de cadinhos, com excelente qualidade cristalina e baixa perda de material. Para uma completa caracterização, foram realizados os cálculos de Judd Ofelt, baseando-se nos espectros de absorção óptica, como ferramenta para a calibração e interpretação dos experimentos de luminescência, emissão estimulada (SE), absorção do estado excitado (ESA) obtido por duas técnicas: (a) pela técnica de bombeio e feixe de prova contínuos em um esquema de dupla modulação e (b) pela técnica de excitação do estado excitado (ESE). Estes resultados mostraram que ambos os materiais possuem baixos valores de seção de choque ESA na principal região de emissão laser de materiais dopados com Nd3+ 4F3/2 → 4I11/2 (~1070nm). A presença de bandas largas observadas nos espectros de luminescência e absorção óptica e um número de transições maior do que esperado observado nos espectros de absorção óptica a baixa temperatura, indicaram a provável existência de multisítios em ambos cristais de CVO:Nd3+ e CMO:NdNbO4. Para quantificar e caracterizar os multisítios de Nd3+ nas amostras, foram realizados experimentos de excitação óptica, seleção de sítios por excitação laser e luminescência seletiva, demonstrando que a amostra de CVO:Nd3+ possui um grande numero de sítios e a amostra de CMO:NdNbO4 possui sete sítios diferentes, justificando o comportamento de bandas largas observado nos espetros de absorção óptica e luminescência. Os valores das seções de choque de absorção óptica (σGSA=4,1x\'10-20cm2 para o CVO e σGSA=5,5x10-20cm2 para o CMO:NdNbO4) e de emissão estimulada, para ambos os materiais (σe=5,5x10-20cm2 para o CMO:NdNbO4 e 13,3x10-20cm2 para o CVO:Nd3+), estão na faixa de importantes meios ativos laser que exibem propriedades multisítios e uma largura de linha de absorção óptica em 810nm (ΔλGSA=11nm para o CVO e ΔλGSA=11,5nm para o CMO) maior que muitos importantes meios ativos como YAG:Nd3+ ou GGG:Nd3+ colocando-os em vantagem em relação a estes e muitos outros materiais, para excitação com laser de diodo, justificando a importância do trabalho apresentado e o estudo desses materiais. / The present work release an extensive study of spectroscopic properties on CMO:NdNbO4 and CVO:Nd3+ single crystal fibers, in searching for new laser materials activated with diode laser. The fibers were grown by LHPG (laser Heated Pedestal Growth) technique that permits a fast production of fibers with appropriate dimension for mini laser construction, without the use of crucible, with excellent crystalline quality and low waste of material. For a full optical characterization, it was performed the Judd Ofelt analysis based on the measured absorption spectra as a tool for calibration and interpretation of the experiments of luminescence, stimulated emission (SE), excited-state absorption (ESA) using two different techniques: (a) by the double modulate pump and probe continuous wave technique and (b) by the excited-state excitation (ESE) technique. These results show that both materials have low ESA cross-section values in the main expected laser region 4F3/2 → 4I11/2 of Nd3+ - doped materials (-1070nm). The existence of broad bands in the luminescence and optical absorption spectra and a number of transitions more than expected as observed in the low temperature absorption spectra suggest the existence of multisites in both crystals of CVO:Nd3+ e CMO:NdNbO4. In order to quantify and characterize the multisites of Nd3+ in the samples, experiments were realized of optical excitation, site selective laser excitation and selective luminescence. These experiments shown that CVO:Nd3+ has a large number of different sites and the CMO:NdNbO4 has seven different sites, justifying the broad band behavior observed on the luminescence and optical absorption experiments. The values of absorption cross-sections (σGSA=4,1x\'10-20cm2 for CVO and σGSA=5,5x10-20cm2 for CMO:NdNbO4) and emission cross-sections (σe=5,5x10-20cm2 for the CMO:NdNbO4 and 13,3x10-20cm2 for CVO:Nd3+) among important laser materials that have multisites properties and a FWHM of absorption at 810nm (ΔλGSA=11nm for CVO and ΔλGSA\'=11,5nm for CMO) broader than many other active laser medium like YAG:Nd3+ or GGG:Nd3+ suggesting these materials to be on advantage from many others lasers materials using diode laser excitation, justifj4ng the important of the present work and the study of these material.

Foram realizados estudos sobre as propriedades ópticas, através das medidas de índice de refração e coeficiente de absorção, dos materiais pentóxido de tântalo ( Ta2O5 ) e óxido de zircônio ( ZrO2 ), na forma de filmes finos, antes e após tratamento térmico. Os filmes foram produzidos utilizando a técnica de evaporação por feixe de elétrons, com a pressão residual de oxigênio de 1,0.10-4 torr, e a temperatura de 135C, em substrato de vidro BK-7. Foram utilizadas duas técnicas de caracterização óptica: elipsometria e o método de envelope. Também foi utilizada a difração de raios-x de baixo ângulo para medida da espessura dos filmes.

Este Trabalho apresenta um ciclo completo de desenvolvimento incluindo manufatura, instalação e testes de uma Superfície Óptica Refletora conhecida na literatura como Optical Solar Reflector - OSR, utilizadas como radiador térmico de satélites. O OSR é basicamente um espelho de segunda superfície composto por uma lâmina de borossilicato ou sílica fundida, com um filme fino de prata depositado na face não exposta ao ambiente espacial. Esses radiadores são utilizados em determinadas partes do satélite para a rejeição de calor para o meio espacial. No Brasil utiliza-se, no lugar de OSR, superfícies pintadas com tinta branca que, embora de custo menor, sofrem degradação das propriedades ópticas quando expostas ao ambiente espacial, e por consequência aumentando a temperatura interna do satélite no final de sua vida útil. Este projeto visa oferecer uma alternativa para substituição da tinta por esse modelo de radiador, considerando suas características de baixa degradação ao longo da vida orbital do satélite. No processo de manufatura do OSR, utilizou-se o borossilicato com 115m de espessura e o filme metálico foi depositado pelo processo Electro Beam de deposição de filme fino utilizando-se o equipamento do CTE-INPE. Tendo o OSR fabricado, foram pesquisados alguns tipos de adesivo para a fixação dos mesmos no satélite, sendo considerada tanto a adesão a resistência a dilatação e contrações térmicas devido aos ciclos térmicos no qual o satélite é exposto durante a sua vida orbital. Um radiador simples foi montado em uma placa de alumínio e foram submetidos a testes de vibração, medidas de absortividade ( S) e emissividade ( IR , e testes vácuo-térmico e de choque térmico. Estes testes comprovaram as boas propriedades termo ópticas do refletor, e validaram a aderência da prata no borossilicato, assim como a aderência da cola escolhida para a fixação dos OSR';s na estrutura do satélite. Todos os testes foram executados no Laboratório de Integração e Testes do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (LIT- INPE).

As nuvens cirrus cobrem uma grande fração das latitudes tropicais e desempenham um papel importante no balanço de radiação da Terra. As propriedades ópticas, altitude, extensão vertical, e cobertura horizontal de nuvens controlam sua forçante radiativa. Além disso, nuvens cirrus tropicais podem influenciar a distribuição vertical do aquecimento radiativo na tropopausa tropical e pesquisas recentes também apontam para um aumento do vapor de água estratosférico ligado principalmente à ocorrência de nuvens cirrus na camada da tropopausa tropical (TTL). Apesar de sua importância, estudos relatando propriedades de nuvens cirrus sobre florestas tropicais como a Amazônia são ainda escassos. A maioria estão baseados em imagens de satélites de órbita polar que não fornecem informações sobre o ciclo diurno, nem sobre a estrutura vertical destas nuvens. Ao mesmo tempo, os estudos com lidar em solo são restritos a poucos estudos de caso, em geral associados a campanhas de campo de curta duração. Este panorama começou a mudar em 2011 com a instalação do sistema lidar do Laboratório de Física Atmosférica do IF-USP próximo à cidade de Manaus, Brasil. Neste trabalho, um conjunto de um ano de dados (de julho de 2011 a junho de 2012) foi utilizado para caracterizar as propriedades macro, microfísicas e ópticas das nuvens cirrus sobre a região amazônica e, posteriormente, calcular o papel que essas nuvens têm no balanço radiativo do planeta. Para tanto, foi desenvolvido um algoritmo automático para detectar as nuvens e para obter as propriedades ópticas, incluindo a correção de múltiplo-espalhamento. As forçantes radiativas foram estimadas com dois modelos diferentes, a partir dos perfis de extinção medido com o lidar e de uma parametrização para estimar o raio efetivo dos cristais de gelo. Nossos resultados mostraram que as nuvens cirrus na alta troposfera foram mais frequentes na Amazônia do que relatado previamente em outras regiões tropicais. A frequência de ocorrência foi de 88 % durante a estação chuvosa e não inferior a 50 % durante a estação seca. O ciclo diurno mostrou um mínimo ao redor do meio-dia local e máximo durante o final da tarde, associado ao ciclo diurno da precipitação. Os valores médios das alturas de topo e base, da espessura e da profundidade óptica da nuvem foram de 14,3 +- 1,9 (desv. pad.) km, 12,9 +- 2,2 km, 1,4 +- 1,1 km e 0,25 +- 0,46, respectivamente. As nuvens cirrus foram encontradas em temperaturas de até -90 degC, com 6 % ocorrendo acima da tropopausa. A distribuição vertical não se mostrou uniforme, e nuvens cirrus finas (0,03 < COD < 0,3) e subvisuais (COD < 0,03) ocorreram mais frequentemente nas proximidades da tropopausa. A razão lidar média foi de 23,3 +- 8,0 sr. Contudo, para as nuvens cirrus subvisuais foi encontrada uma distribuição bimodal com um pico secundário em torno de 44 sr, sugerindo uma composição mista dos cristais de gelo. Não foi encontrada uma dependência da razão lidar com a temperatura da nuvem (altitude), indicando que as nuvens estão verticalmente bem misturadas. A frequência de ocorrência relativa das camadas de nuvens cirrus classificadas como subvisuais foi de 41,6 %, enquanto que 37,8 % foram cirrus finos e 20,5 % de cirrus opacos (COD > 0,3), com uma superposição média de 1,41 +- 0,63 camadas por perfil. Assim, na Amazônia central não ocorre apenas uma alta frequência de nuvens cirrus, mas também uma grande fração de nuvens cirrus subvisuais, o que pode estar contaminando as medidas de fotômetros solares e sensores orbitais. As propriedades medidas foram utilizadas no cálculo da forçante radiativa das nuvens cirrus (CRF) e dos perfis da taxa de aquecimento da atmosfera, em detalhe pelo libRadtran e aproximadamente pelo modelo de Corti e Peter (modelo CP). Com tamanha frequência de ocorrência e residindo tão alto sobre a intocada floresta Amazônica (albedo ~ 0,12), essas nuvens produziram uma CRF líquida no topo da atmosfera e na superfície (TOA e BOA) de +15,3 +- 0,4 e -3,7 +- 0,2 W m-2, respectivamente, muito mais intenso do que o estimado sobre a Europa (0,9 a 1,7 W m-2 no TOA). Cirrus opticamente mais espessas, em geral, apresentaram CRF líquido maior, com CRF instantâneo atingindo valores máximos (mínimos) de 140 (-65) W m-2 para o período noturno (diurno) no TOA. Juntos, os perfis verticais com COD_Coluna > 0,3 foram responsáveis por cerca de 72 % (62 %) do CRF líquido no TOA (BOA), o que significa que uma importante fração do CRF é gerada por cirrus opticamente mais finos (COD_Coluna < 0,3), que são mais difíceis de serem detectados por radares e instrumentos passivos a bordo de satélites. O ciclo diurno da profundidade óptica das nuvens cirrus teve reflexo em sua forçante radiativa. Observamos um ciclo diurno do valor médio da CRF líquida no TOA (BOA), que vaiou entre 1,7 (-23) W m-2 à tarde e 47 (3,1) W m-2 durante a noite. As nuvens cirrus promovem um aquecimento aproximadamente constante de 1,2 K dia-1 no perfil vertical entre 8 e 18 km (dentro da nuvem), mas com valores instantâneos superiores a 10 K dia-1 para porções da nuvem com alto IWC. Acredita-se que esse perfil de aquecimento gerado pelas nuvens cirrus tenha um papel importante na circulação da alta troposfera/baixa estratosfera, gerando um fluxo ascendente médio de massa de ar entre 2 e 15 kg m-2 dia-1 para altitudes entre 13 e 16,5 km, contribuindo para a manutenção da camada de cirrus próximo da tropopausa tropical. / Cirrus clouds cover a large fraction of tropical latitudes and play an important role in the Earth\'s radiation balance. Their optical properties, altitude, vertical extension, and horizontal cover control their radiative effect. In addition, tropical cirrus clouds can influence the vertical distribution of radiative heating near the tropopause, and recent research associate the moistening of the lower stratosphere with the occurrence of cirrus clouds in the tropical tropopause layer (TTL). Despite their importance, studies describing the properties of cirrus clouds over tropical forests like the Amazon are still scarce. Most studies are based on images from polar orbiting satellites, which do not give information on the diurnal cycle nor on the vertical structure of these clouds. At the same time, the studies based on ground-based lidars are restricted to a few case studies, from short-term field campaigns. This panorama started to change in 2011 with the installation of a lidar system from the Laboratory of Atmospheric Physics of IF-USP near the city of Manaus, Brazil. In this study, data from July 2011 to June 2012 was used to characterize the macro, microphysical and optical properties of cirrus clouds over the Amazon region, and then to calculate the role of those clouds in the radiative balance of the planet. An automatic algorithm was developed to detect the cloud layers and to obtain the optical properties, already considering the multiple-scattering correction. Two different models, using as input the measured extinction profiles and a parameterization for the ice crystals effective radius, were used to estimate the cirrus radiative effect. Our results showed that cirrus clouds are more frequent in Amazonia than in other tropical regions. The frequency of occurrence was 88 % during the rainy season and not less than 50 % during the dry season. The diurnal cycle showed a minimum around local noon and a maximum around late afternoon, associated with the diurnal cycle of precipitation. The average values of the top and cloud base heights, thickness, and optical depth were 14.3 +- 1.9 km, 12.9 +- 2.2 km, 1.4 +- 1.1 km, and 0.25 +- 0.46, respectively. Cirrus clouds were found at temperatures as low as -90 degC, with 6 % occurring above the tropopause. The vertical distribution was not uniform, and thin cirrus (0.03 < COD <0.3) and subvisible (COD <0.03) were more frequent in the vicinity of the tropopause. The mean lidar-ratio was 23.3 +- 8.0 sr. However, for the subvisible clouds a bimodal distribution with a secondary peak at about 44 sr was found, suggesting a mixture of ice crystals habits. No dependence of the lidar-ratio with temperature (altitude) was found, suggesting these clouds are well mixed vertically. The relative frequency of occurrence of cirrus layers classified as subvisible was 41.6 %, while 37.8 % were thin cirrus and 20.5 % opaque cirrus (COD > 0.3), with an average overlap of 1.41 +- 0.63 layers per profile. Therefore, in central Amazonia, there is not only a high incidence of cirrus clouds, but also a large fraction of subvisible clouds, which may be contaminating the measurements of sunphotometers and satellite sensors. These measured properties were used for the calculation of the cirrus radiative forcing (CRF) and the heating rate profiles, in detail with libRadtran, and approximately with the model of Corti and Peter (modelo CP). Given their high frequency of occurrence and location at high altitude over the pristine Amazon forest (albedo ~ 0,12), these clouds produced a net CRF at the top and bottom of the atmosphere (TOA and BOA) of +15.3 +- 0.4 and -3.7 +- 0.2 W m-2, respectively. This is greater than what was found over Europe (0.9, to 1.7 W m-2 at TOA). Optically thicker cirrus usually had larger CRF, with instantaneous CRF reaching peak (minimum) values of 140 (-65) W m-2 for the nocturnal (diurnal) period at TOA. The vertical profiles with COD_Column> 0.3 were responsible for about 72 % (62 %) of the net CRF at TOA (BOA), which means that a significant fraction of the cirrus CRF is generated by optically thin cirrus (COD_Column <0.3), which are more difficult to detect by radars and passive instruments on satellites. The diurnal cycle of the cirrus clouds optical depth had influence in its radiative forcing. We observed a diurnal cycle of the mean value of net CRF at TOA (BOA), which ranged from 1.7 (-23) W m-2 in the afternoon to 47 (3.1) W m-2 at night. The heating rates associated with these cirrus clouds were approximately constant, with 1.2 K day-1 from 8 to 18 km (within the cloud), but with instantaneous values that reached values higher than 10 K day-1 for portions with higher IWC. It is believed that this warming profile plays an important role in the circulation of the upper troposphere/low stratosphere, generating an average air mass flux between 2 and 15 kg m-2 day-1 for altitudes between 13 and 16.5 km, a positive feedback for the maintenance of the cirrus layer near the tropical tropopause.

Neste trabalho apresentamos uma instrumentação que é capaz de estabilizar e medir o comprimento de onda emitido por um laser de semicondutor em 1 parte de 106. Para obtermos essa precisão foi necessário desenvolver um controlador de temperatura, uma fonte de corrente e um medidor de onda. / In this work we present an instrumentation that is able to stabilize and measure the semiconductor laser wavelength with a precision of 1 part in 106. To obtain this precision was necessary to develop a temperature controller, current source and wave meter.

O estudo da propagação da luz nas porcelanas é importante para entender seu comportamento óptico frente a situações clínicas como fotoativação de cimentos resinosos e sua resposta estética, quando observada sobre diferentes fundos. Este trabalho estudou a influência da espessura, cor, opacidade e marca comercial das porcelanas feldspáticas na propagação da luz visível, através da teoria de KubelkaMunk (KM), nos intervalos de comprimento de onda de 410500nm e de 410700nm. Foram confeccionados discos de 12,5mm por 1 mm de espessura de porcelana feldspática de duas opacidades, corpo (B) e corpo opaco (BO), das marcas Vintage Halo (HALO), Noritake Super Porcelain EX3 (NORI) e IPS dSIGN (IPS), nas cores A1, A35 e B3 (n=7). Os discos foram polidos através de uma série de lixas abrasivas até a granulação 600 e acondicionados individualmente em ambiente seco. Os discos tiveram suas curvas espectrais de refletância obtidos em contato óptico, sobre fundo branco e preto, através do uso de um espectrofotômetro com esfera de integração acoplada, no intervalo de comprimento de onda de 410700nm. As curvas de refletância foram inseridas na teoria KM, para obtenção e análise quantitativa e qualitativa das propriedades ópticas de cada material. As análises qualitativas envolveram a observação do comportamento espectral das curvas de espalhamento, absorção, espessura infinita e reflexão para todos aos materiais em função do comprimento de onda. As análises quantitativas envolveram a obtenção das espessuras ópticas estimadas em extinções crescentes de 50% (X50), 90% (X90), 95% (X95) e infinita 99.9% (X99.9), para o intervalo de comprimento de onda de 410500nm e a obtenção da espessura óptica infinita 99.9% (X) e dos Parâmetros de Translucidez (TP), estimados nas espessuras de 0.5mm (TP0.5), 1.25mm (TP1.25) e 2.00mm (TP2.00), para o intervalo de comprimento de onda de 410700nm. Os Parâmetros de Translucidez foram utilizados para avaliar o efeito de mascaramento da porcelana sobre os fundos utilizados. Os resultados mostraram que todos os fatores (cor, opacidade e marca comercial) exerceram influência para atenuar a propagação da luz através dos espécimes. De maneira geral, a maior atenuação de luz esteve ligada à porcelanas de corpo opaco e mais saturadas (cor A35 e B3). Em relação à marca comercial a porcelana IPS, atenuou de maneira geral mais luz nas cores A35 e B3 em relação às mesmas cores das marcas HALO e NORI nas espessuras ópticas estudadas. Os valores de espessura óptica infinita (espessura onde a energia transmitida é praticamente zero), para ambos os intervalos de comprimento de onda, para todos os materiais, superaram os limites de espessura clínica indicados pela literatura. Isto implicou que, no caso do intervalo de 410 a 500nm, a energia transmitida pode girar de 20 a 5% para as porcelanas de corpo, e de 10 a 5%, para as de corpo opaco e, no caso do mascaramento, as porcelanas serão mais influenciadas por fundos que apresentarem resposta colorimétrica acentuada nas regiões alaranjadas e avermelhadas do espectro visível. As análises qualitativas mostraram que para todos os materiais e espessuras a luz será preferencialmente atenuada no início do espectro, intervalo de 410 a 500nm e menos atenuada em direção ao final do espectro visível. Os resultados também mostraram que com o aumento da espessura, a atenuação aumentou, e que a relação entre espessura e atenuação é não linear. / The study of light propagation through porcelains is important to understand its optical behavior in front of clinical situations such as the photoactivation of luting cements and their esthetic responses, when observed against different backgrounds. This research studies the influence of thickness, shade, opacity, and commercial brands of feldspatic porcelains on the propagation of visible light through the Kubelka Munk Theory for the wavelength intervals of 410500nm and 410700nm. Discs with 12,5mm in diameter and thickness of 1mm were prepared with feldspatic porcelain in two opacities, body (B) and opaque body (BO), three commercial brands; Vintage Halo (HALO), Noritake Super Porcelain EX3 (NORI), and IPS dSIGN (IPS), and three shades, A1, A35, and B3 (n=7). The discs were polished with a series of waterproof sandpapers down to a #600 grade sandpaper, and individually stored in a dry environment. The spectral reflectance curves were acquired from the disks on optical contact, against white and black backgrounds, with a spectrometer with a diffuse reflectance attachment (an attached integration sphere), in the wavelength interval of 410700nm. The reflectance spectra were inserted in the KM theory to quantitatively and qualitatively obtain and analyze the optical properties of each material. The qualitative analyses were obtained from the observation of the spectral behavior of scattering, absorption, infinite optical thickness, and reflection spectra for all materials as a function of the wavelength. The quantitative analyses involved obtaining the predicted optical thicknesses in extinctions with increments of 50% (X50), 90% (X90), 95% (X95) and infinite 99.9% (X99.9), for the wavelength interval of 410500nm and the obtaining of the infinite optical thickness 99.9% (X) and the translucency parameter (TP) estimated as 0.5mm (TP0.5), 1.25mm (TP1.25) e 2.00mm (TP2.00) thicknesses, for the wavelength interval of 410700nm. The Translucency parameters were used to evaluate the porcelain masking effect against the tested backgrounds. The results showed that all factors (Shade, Opacity, and Commercial Brand) exerted influence to attenuate the light propagation through the specimens. In general, a higher light attenuation was linked to porcelains exhibiting more saturated shades (A35, and B3) and body opaque types. The commercial brand IPS porcelain shades A35 and B3, generally attenuated more light than the same shades of HALO and NORI for the studied optical thicknesses. The infinite optical thicknesses values (thicknesses where the transmitted light is close to zero) is above the clinical thickness reported in the literature for all materials and both wavelength intervals. This fact implied that regarding the 410500nm interval, the body porcelain could transmit from 20 to 5% of the energy, while the opaque body transmits from 10 to 5%. The masking effect of the porcelains will be increasingly translucid against the background with increased colorimetric response on the Red Orange regions of the visible spectra. The qualitative analysis showed that for all materials and thicknesses, the light will preferably be attenuated in the beginning of the spectra, on the 410500nm interval e and will be less attenuated towards the ending of the visible spectra. The results also showed that the attenuation increased with the increase of the thickness, and the relationship between thickness and attenuation is nonlinear.

As nuvens cirrus cobrem uma grande fração das latitudes tropicais e desempenham um papel importante no balanço de radiação da Terra. As propriedades ópticas, altitude, extensão vertical, e cobertura horizontal de nuvens controlam sua forçante radiativa. Além disso, nuvens cirrus tropicais podem influenciar a distribuição vertical do aquecimento radiativo na tropopausa tropical e pesquisas recentes também apontam para um aumento do vapor de água estratosférico ligado principalmente à ocorrência de nuvens cirrus na camada da tropopausa tropical (TTL). Apesar de sua importância, estudos relatando propriedades de nuvens cirrus sobre florestas tropicais como a Amazônia são ainda escassos. A maioria estão baseados em imagens de satélites de órbita polar que não fornecem informações sobre o ciclo diurno, nem sobre a estrutura vertical destas nuvens. Ao mesmo tempo, os estudos com lidar em solo são restritos a poucos estudos de caso, em geral associados a campanhas de campo de curta duração. Este panorama começou a mudar em 2011 com a instalação do sistema lidar do Laboratório de Física Atmosférica do IF-USP próximo à cidade de Manaus, Brasil. Neste trabalho, um conjunto de um ano de dados (de julho de 2011 a junho de 2012) foi utilizado para caracterizar as propriedades macro, microfísicas e ópticas das nuvens cirrus sobre a região amazônica e, posteriormente, calcular o papel que essas nuvens têm no balanço radiativo do planeta. Para tanto, foi desenvolvido um algoritmo automático para detectar as nuvens e para obter as propriedades ópticas, incluindo a correção de múltiplo-espalhamento. As forçantes radiativas foram estimadas com dois modelos diferentes, a partir dos perfis de extinção medido com o lidar e de uma parametrização para estimar o raio efetivo dos cristais de gelo. Nossos resultados mostraram que as nuvens cirrus na alta troposfera foram mais frequentes na Amazônia do que relatado previamente em outras regiões tropicais. A frequência de ocorrência foi de 88 % durante a estação chuvosa e não inferior a 50 % durante a estação seca. O ciclo diurno mostrou um mínimo ao redor do meio-dia local e máximo durante o final da tarde, associado ao ciclo diurno da precipitação. Os valores médios das alturas de topo e base, da espessura e da profundidade óptica da nuvem foram de 14,3 +- 1,9 (desv. pad.) km, 12,9 +- 2,2 km, 1,4 +- 1,1 km e 0,25 +- 0,46, respectivamente. As nuvens cirrus foram encontradas em temperaturas de até -90 degC, com 6 % ocorrendo acima da tropopausa. A distribuição vertical não se mostrou uniforme, e nuvens cirrus finas (0,03 < COD < 0,3) e subvisuais (COD < 0,03) ocorreram mais frequentemente nas proximidades da tropopausa. A razão lidar média foi de 23,3 +- 8,0 sr. Contudo, para as nuvens cirrus subvisuais foi encontrada uma distribuição bimodal com um pico secundário em torno de 44 sr, sugerindo uma composição mista dos cristais de gelo. Não foi encontrada uma dependência da razão lidar com a temperatura da nuvem (altitude), indicando que as nuvens estão verticalmente bem misturadas. A frequência de ocorrência relativa das camadas de nuvens cirrus classificadas como subvisuais foi de 41,6 %, enquanto que 37,8 % foram cirrus finos e 20,5 % de cirrus opacos (COD > 0,3), com uma superposição média de 1,41 +- 0,63 camadas por perfil. Assim, na Amazônia central não ocorre apenas uma alta frequência de nuvens cirrus, mas também uma grande fração de nuvens cirrus subvisuais, o que pode estar contaminando as medidas de fotômetros solares e sensores orbitais. As propriedades medidas foram utilizadas no cálculo da forçante radiativa das nuvens cirrus (CRF) e dos perfis da taxa de aquecimento da atmosfera, em detalhe pelo libRadtran e aproximadamente pelo modelo de Corti e Peter (modelo CP). Com tamanha frequência de ocorrência e residindo tão alto sobre a intocada floresta Amazônica (albedo ~ 0,12), essas nuvens produziram uma CRF líquida no topo da atmosfera e na superfície (TOA e BOA) de +15,3 +- 0,4 e -3,7 +- 0,2 W m-2, respectivamente, muito mais intenso do que o estimado sobre a Europa (0,9 a 1,7 W m-2 no TOA). Cirrus opticamente mais espessas, em geral, apresentaram CRF líquido maior, com CRF instantâneo atingindo valores máximos (mínimos) de 140 (-65) W m-2 para o período noturno (diurno) no TOA. Juntos, os perfis verticais com COD_Coluna > 0,3 foram responsáveis por cerca de 72 % (62 %) do CRF líquido no TOA (BOA), o que significa que uma importante fração do CRF é gerada por cirrus opticamente mais finos (COD_Coluna < 0,3), que são mais difíceis de serem detectados por radares e instrumentos passivos a bordo de satélites. O ciclo diurno da profundidade óptica das nuvens cirrus teve reflexo em sua forçante radiativa. Observamos um ciclo diurno do valor médio da CRF líquida no TOA (BOA), que vaiou entre 1,7 (-23) W m-2 à tarde e 47 (3,1) W m-2 durante a noite. As nuvens cirrus promovem um aquecimento aproximadamente constante de 1,2 K dia-1 no perfil vertical entre 8 e 18 km (dentro da nuvem), mas com valores instantâneos superiores a 10 K dia-1 para porções da nuvem com alto IWC. Acredita-se que esse perfil de aquecimento gerado pelas nuvens cirrus tenha um papel importante na circulação da alta troposfera/baixa estratosfera, gerando um fluxo ascendente médio de massa de ar entre 2 e 15 kg m-2 dia-1 para altitudes entre 13 e 16,5 km, contribuindo para a manutenção da camada de cirrus próximo da tropopausa tropical. / Cirrus clouds cover a large fraction of tropical latitudes and play an important role in the Earth\'s radiation balance. Their optical properties, altitude, vertical extension, and horizontal cover control their radiative effect. In addition, tropical cirrus clouds can influence the vertical distribution of radiative heating near the tropopause, and recent research associate the moistening of the lower stratosphere with the occurrence of cirrus clouds in the tropical tropopause layer (TTL). Despite their importance, studies describing the properties of cirrus clouds over tropical forests like the Amazon are still scarce. Most studies are based on images from polar orbiting satellites, which do not give information on the diurnal cycle nor on the vertical structure of these clouds. At the same time, the studies based on ground-based lidars are restricted to a few case studies, from short-term field campaigns. This panorama started to change in 2011 with the installation of a lidar system from the Laboratory of Atmospheric Physics of IF-USP near the city of Manaus, Brazil. In this study, data from July 2011 to June 2012 was used to characterize the macro, microphysical and optical properties of cirrus clouds over the Amazon region, and then to calculate the role of those clouds in the radiative balance of the planet. An automatic algorithm was developed to detect the cloud layers and to obtain the optical properties, already considering the multiple-scattering correction. Two different models, using as input the measured extinction profiles and a parameterization for the ice crystals effective radius, were used to estimate the cirrus radiative effect. Our results showed that cirrus clouds are more frequent in Amazonia than in other tropical regions. The frequency of occurrence was 88 % during the rainy season and not less than 50 % during the dry season. The diurnal cycle showed a minimum around local noon and a maximum around late afternoon, associated with the diurnal cycle of precipitation. The average values of the top and cloud base heights, thickness, and optical depth were 14.3 +- 1.9 km, 12.9 +- 2.2 km, 1.4 +- 1.1 km, and 0.25 +- 0.46, respectively. Cirrus clouds were found at temperatures as low as -90 degC, with 6 % occurring above the tropopause. The vertical distribution was not uniform, and thin cirrus (0.03 < COD <0.3) and subvisible (COD <0.03) were more frequent in the vicinity of the tropopause. The mean lidar-ratio was 23.3 +- 8.0 sr. However, for the subvisible clouds a bimodal distribution with a secondary peak at about 44 sr was found, suggesting a mixture of ice crystals habits. No dependence of the lidar-ratio with temperature (altitude) was found, suggesting these clouds are well mixed vertically. The relative frequency of occurrence of cirrus layers classified as subvisible was 41.6 %, while 37.8 % were thin cirrus and 20.5 % opaque cirrus (COD > 0.3), with an average overlap of 1.41 +- 0.63 layers per profile. Therefore, in central Amazonia, there is not only a high incidence of cirrus clouds, but also a large fraction of subvisible clouds, which may be contaminating the measurements of sunphotometers and satellite sensors. These measured properties were used for the calculation of the cirrus radiative forcing (CRF) and the heating rate profiles, in detail with libRadtran, and approximately with the model of Corti and Peter (modelo CP). Given their high frequency of occurrence and location at high altitude over the pristine Amazon forest (albedo ~ 0,12), these clouds produced a net CRF at the top and bottom of the atmosphere (TOA and BOA) of +15.3 +- 0.4 and -3.7 +- 0.2 W m-2, respectively. This is greater than what was found over Europe (0.9, to 1.7 W m-2 at TOA). Optically thicker cirrus usually had larger CRF, with instantaneous CRF reaching peak (minimum) values of 140 (-65) W m-2 for the nocturnal (diurnal) period at TOA. The vertical profiles with COD_Column> 0.3 were responsible for about 72 % (62 %) of the net CRF at TOA (BOA), which means that a significant fraction of the cirrus CRF is generated by optically thin cirrus (COD_Column <0.3), which are more difficult to detect by radars and passive instruments on satellites. The diurnal cycle of the cirrus clouds optical depth had influence in its radiative forcing. We observed a diurnal cycle of the mean value of net CRF at TOA (BOA), which ranged from 1.7 (-23) W m-2 in the afternoon to 47 (3.1) W m-2 at night. The heating rates associated with these cirrus clouds were approximately constant, with 1.2 K day-1 from 8 to 18 km (within the cloud), but with instantaneous values that reached values higher than 10 K day-1 for portions with higher IWC. It is believed that this warming profile plays an important role in the circulation of the upper troposphere/low stratosphere, generating an average air mass flux between 2 and 15 kg m-2 day-1 for altitudes between 13 and 16.5 km, a positive feedback for the maintenance of the cirrus layer near the tropical tropopause.

O objetivo do trabalho foi o de avançar na compreensão dos mecanismos envolvidos no comportamento óptico de diferentes materiais cerâmicos em função da espessura, utilizados para restauração dentária, determinar os coeficientes de absorção e espalhamento e correlacioná-los às características microestruturais de cada material. Além disso, foi avaliada a capacidade de mascaramento e a razão de contraste do material cerâmico nas formas monolítica, em duas camadas e como restauração cimentada. Para tanto, foram analisadas quatro cerâmicas odontológicas, uma porcelana de cobertura (vítrea) e três compósitos cerâmicos infiltrados com vidro do Sistema InCeram (alumina/vidro, alumina/zircônia/vidro e espinélio/vidro), além de uma resina composta odontológica empregada como substrato resinoso e um cimento resinoso para cimentação. Os coeficientes de espalhamento e absorção foram determinados por meio dos modelos de Beer-Lambert e Kubelka-Munk a partir das curvas espectrais de transmitância e reflectância (com fundos branco e preto) geradas em um espectrofotômetro na faixa de comprimento de onda entre 300 e 800 nm. A microestrutura de cada material foi analisada por meio de microscopia eletrônica de varredura com mapeamento elementar, difração de raios X e análise química por fluorescênica de raios X. O comportamento óptico dos materiais estudados foi influenciado pelas características microestruturais do material e a pela espessura. Os valores do coeficiente de espalhamento, S, das cerâmicas avaliadas foram significativamente maiores do que os valores do coeficiente de absorção, K, na região do visível. Foram propostas equações para prever as curvas espectrais de reflectância e transmitância de bilayers e de restaurações cimentadas. / The aim of this work was to advance in the understanding of the mechanisms related to the optical behavior of different ceramic materials as a function of thickness, used for dental restoration, to determine the absorption and scattering coefficients and to correlate them to the microstructural characteristics of each material. The masking ability and the contrast ratio of ceramic material as monolith, bilayer and cemented restoration were also evaluated. For this, four dental ceramics, one porcelain and three glass-infiltrated ceramic composites of InCeram System (alumina/glass, alumina/zirconia/glass, and spinell/glass), besides one dental composite resin used as resinous substrate and one resinous cement for luting. The scattering and absorption coefficients were determined by the Beer-Lambert and Kubelka-Munk models using spectral curves of transmittance and reflectance (with white and black backs) generated in a spectrophotometer in the 300 to 800 nm wavelength range. The microstructure of each material was analyzed by scanning electron microscopy with elemental mapping, X-ray diffraction, and chemical analysis by X-ray fluorescence. The optical behavior of studied materials was affected by the microstructural characteristics and thickness of the material. The values of scattering coefficient, S, of evaluated ceramics were significantly higher than the values of absorption coefficient, K, in the visible range. Equations for the prediction of reflectance and transmittance spectral curves of bilayer and cemented restorations were proposed.

As restaurações monolíticas de Y-TZP (Zircônia Tetragonal Policristalina estabilizada por Itria) se apresentam como uma alternativa interessante devido a suas elevadas propriedades mecânicas, porém existe a preocupação quanto a Degradação em Baixa Temperatura (DBT). Os compósitos ZTA (Alumina reforçada por Zircônia) tem o potencial de atender a esta demanda, apesar do desafio estético uma vez que a passagem de luz pode ser limitada pela combinação de duas fases cristalinas. O presente trabalho teve como objetivo inovar na criação de um compósito ZTA sintetizado com Y-TZP translúcida, na procura de um material com alta resistência mecânica em relação à alumina, resistente à DBT quando comparada à YTZP e com propriedades ópticas melhoradas em relação ao ZTA sintetizado com Y-TZP convencional. Sessenta corpos de prova (discos de 12 mm de diâmetro por 1 mm de espessura) foram confeccionados e divididos em quatro grupos: zircônia convencional (3YSB-E), zircônia translucida (Zpex), compósito ZTA (Al2O3-70%v ZrO2-30%) sintetizado com 3YSB-E (ZTA-3YSB-E) e outro com zircônia translucida Zpex (ZTA-Zpex). Os corpos de prova foram obtidos mediante prensagem uniaxial e isostática dos pós cerâmicos. Após sinterização, o polimento das duas faces foi realizado com discos e suspensões diamantadas de até 1 m. A caracterização óptica foi realizada mediante testes de refletância sobre fundo branco e preto para determinar a razão de contraste (RC) e o parâmetro de translucidez (PT) mediante a diferença de cor (E). Difração de Raios-X (DRX) e Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) foram realizadas para estudo da microestrutura do material. Análise de variância ANOVA e teste de Tukey com nível global de significância de 5% foram utilizados na análises dos dados de propriedades ópticas. A RC mostrou opacidade significativamente menor para o grupo Zpex (0.77; p=0.0001), o grupo 3YSB-E mostrou valores intermediários (0.84; p=0.0001), sendo que os dois compósitos ZTA apresentaram valores maiores de opacidade (ZTA-3YSB-E = 0.99 e ZTA-Zpex = 1) sem diferença significante entre eles (p=0.7433). Para o PT os compósitos ZTA mostraram um E baixo (ZTA-Zpex = 0.22 e ZTA-3YSB-E = 0.43), sem diferença significante entre os grupos (p=0.5). O grupo 3YSB-E apresentou valores intermediários e significativamente diferentes em relação aos outros grupos (E = 7.11 p<0.0001). Já o grupo Zpex apresentou a menor capacidade de mascaramento com E =10.19 (p<0.0001). A DRX mostrou similaridade das fases cristalinas dos grupos 3YSB-E e ZPEX evidenciando que as mesmas foram preservadas na mistura nos compósitos, sem mostrar alterações da estrutura cristalina. A analise no MEV em até 1.500x de aumento evidenciou pouca alteração morfológica entre as zircônias e entre os ZTAs. As propriedades ópticas do ZTA Zpex não foram estatisticamente diferentes do compósito sintetizado com 3YSB-E, sendo que as Y-TZPs apresentaram menor opacidade. As Y-TZPs mostraram estrutura cristalina regular sem a formação de aglomerados e os compósitos ZTAs apresentaram uma mistura uniforme, mantendo as características da estrutura cristalina tanto da Y-TZP quanto da Al2O3, sem formação de aglomerados nem segregação dos grãos dos compósitos. Novos estudos são necessários para avaliar a resistência a DBT e as propriedades mecânicas destes materiais experimentais. / Monolithic Yttria stabilized Tetragonal Zirconia Polycrystals (Y-TZP) prostheses are considered an interesting treatment alternative due to their high mechanical properties. Nevertheless there is concern about the Low Temperature Degradation (LTD) process. Zirconia-Toughened Alumina (ZTA) composites seem to be capable of meeting this demand, while facing the challenge of being aesthetically suitable, since the passage of light can be limited by the combination of two polycrystalline phases. The present work aimed to innovate in the synthesis of a ZTA composite with a translucent Y-TZP for dental applications, in the search for a material with high mechanical resistance when compared to alumina, resistant to LTD when compared to Y TZP, and with improved optical properties over ZTA synthesized with conventional Y-TZP. Sixty disc shaped specimens with 12 mm diameter and 1 mm thick, were prepared and divided in four groups: a conventional zirconia (3YSB-E), a translucent zirconia (Zpex), a ZTA composite (Al2O3-70%v ZrO2-30%) synthetized with 3YSB-E (ZTA- 3YSB-E), and a ZTA composite synthetized with translucent zirconia (ZTA-Zpex). The specimens were obtained by uniaxial and isostatic pressing of the ceramic powders. After sintering, polishing of both sides was performed with diamond disks and suspensions up to 1 m. The optical characterization was performed by means of reflectance on a white and a black background to determine the contrast ratio (CR) and the translucency parameter (TP) of the experimental groups. XRD and SEM analyses were performed to study the crystalline structure. Analysis of variance ANOVA and Tukey test with a global significance level of 0.05% were used to analyze the data. CR showed significantly lower opacity for Zpex group (0.77, p = 0.0001), 3YSB-E showed intermediate values of opacity (0.84, p = 0.0001), and both ZTA composites presented higher opacity (ZTA-3YSB-E = 0.99 and ZTA-Zpex = 1) with no statistically significant difference between them (p = 0.7433). The TP showed a low E for ZTA composites (ZTA-Zpex = 0.22 and ZTA-3YSB-E = 0.43), with no statistically difference between the groups (p = 0.5). The 3YSB-E group presented intermediate and significantly different values of TP relative to the other groups (E = 7.11 p <0.0001). The Zpex group presented the lowest masking ability with E = 10.19, also significantly different from the other groups (p <0.0001). The XRD showed similarity of the crystalline phases of 3YSB-E and ZPEX, structure that were preserved in the blends in ZTA composites, without showing changes in the crystalline structure of the materials. SEM analysis (up to 1.500 x) showed low morphologic alteration between Y-TZP and ZTA composites. Optical properties of ZTA-Zpex showed no statistical difference when compared with ZTA-3YSB-E, whereas Y-TZP groups showed less opacity than other groups. The experimental Y-TZPs showed a regular crystalline structure without the formation of agglomerates, and the ZTA composites presented a uniform mixture of the phases, maintaining the characteristics of the polycrystalline structure of both Y-TZPs and Al2O3, without the formation of agglomerates or segregation of the grains in the composites. Future tests evaluating the resistance to LTD and mechanical properties of these experimental materials are warranted.