nÃo hà / Neste trabalho foi realizado um estudo numÃrico do interferÃmetro de Sagnac baseado em cristais fotÃnicos e de acoplador Ãptico de metamaterial. Na simulaÃÃo do interferÃmetro foram analisados os efeitos da propagaÃÃo da luz, considerando-se a dispersÃo de velocidade de grupo (GVD) e de terceira ordem (TOD), espalhamento Raman intrapulso, auto-inclinaÃÃo (Self-steepening) e auto-modulaÃÃo de fase na equaÃÃo nÃo linear de SchrÃdinger generalizada. No primeiro momento foi realizado o estudo para quatro fatores de razÃo de divisÃo da potÃncia incidente em uma das portas do dispositivo e trÃs dimensÃes para o comprimento do anel do dispositivo. Para caracterizar o desempenho do sistema, foram analisadas as curvas de transmissÃo, taxa de extinÃÃo, crosstalk e fator de compressÃo do pulso transmitido. No segundo momento, foi verificada a performance do chaveamento nÃo-linear para obtenÃÃo de porta lÃgica sob ModulaÃÃo por Amplitude de Pulsos (PAM). Excitando-se as duas portas de entrada do dispositivo com nÃveis lÃgicos "0" e "1", observando o seu comportamento em uma das saÃdas do dispositivo. Inicialmente, variou-se o parÃmetro de ajuste da modulaÃÃo (|ε|), obtendo-se apenas a porta lÃgica OR. E, em uma segunda aplicaÃÃo, manteve-se o parÃmetro da modulaÃÃo fixa e variou-se a fase de uma das portas de entrada, de 0 a 2π rad, encontrando-se portas lÃgicas do tipo OR, AND e XOR. TambÃm foram estudadas as caracterÃsticas de um guia metamaterial que possui a parte real da permissividade elÃtrica e da permeabilidade magnÃtica negativas. Esse guia metamaterial à acoplado com um guia convencional, observando-se as caracterÃsticas de transmissÃo e potÃncia crÃtica desse tipo de acoplador e, comparando-se com um acoplador convencional. Para essa anÃlise foi utilizado um perfil de automodulaÃÃo decrescente linearmente com cinco valores mÃnimo, observando-se um comportamento de histerese. / In this paper we present a numerical study of the Sagnac interferometer based on photonic crystals and optical coupler metamaterial. In the simulation of the interferometer effects of light propagation were analyzed, considering the dispersion of the group velocity (GVD) and third order (TOD), intrapulse Raman scattering, self-slope (self-steepening) and self-modulation phase in the generalized non-linear SchrÃdinger equation. The first time the study was conducted for four power division ratio of factors incident in one of the device ports and three dimensions for the device ring length. To characterize the system performance, were analyzed the transmission curves, extinction ratio, crosstalk and compression factor of the transmitted pulse. In the second moment, the performance of the non-linear switching was observed for obtaining gate under Pulse Amplitude Modulation (PAM). Exciting the two device input ports with logical levels "0" and "1", observing their behavior in one of the device outputs. Initially, the modulation is varied adjustment parameter (| ε |), obtaining only the logical OR gate. And in a second application, the fixed modulation parameter remained and was varied the phase of the input ports 0 to 2π rad, lying type logic gate OR, AND and XOR. The characteristics of a metamaterial guide that has the real part of electrical permittivity and magnetic permeability negatives were also studied. This metamaterial guide is coupled to a conventional guide, observing the transmission characteristics and critical power of this type of coupler and compared with a conventional coupler. For this analysis we used a decreasing automodulation profile linearly with five minimum, observing a hysteresis behavior.

Mais recentemente foi proposta uma nova técnica para tratamento de doenças relacionadas à retina humana, utilizando descargas laser na retina com seqüência de pulsos da ordem de 200 \'mü\'s, em substituição ao tratamento convencional que utiliza pulsos longos da ordem de 300 ms. A principal vantagem da nova técnica é a preservação (sem morte celular) do tecido exposto ao laser. Esse trabalho apresenta os mecanismos adotados para o desenvolvimento de um sistema eletrônico de controle de uma cavidade laser em 586 nm, para uso oftalmológico, que objetiva atender o protocolo exigido por essa técnica mais recente. O referido protocolo exige a formação de pulsos rápidos de laser, o que torna vital a velocidade do sistema eletrônico de controle da cavidade laser. Para atender os requisitos do projeto foram implementados dois controladores de corrente em malha fechada PI (Proporcional integrative controller) que trabalham em sincronismo, um controlador de potência óptica em malha fechada PI, e circuitos auxiliares de controle térmico da cavidade laser. Em software foram implementados um PI de potência, com objetivo de tornar a malha de controle estável com o tempo de resposta necessário, e o PI de controle térmico dos elementos da cavidade laser. Os testes realizados do protótipo demonstraram que o sistema de controle atendeu as especificações de projeto, principalmente no que se refere a tempo de resposta do pulso rápido, ponto fundamental na obtenção do protocolo clínico (FastPulse), que esse trabalho objetiva atender. Adicionalmente, o protótipo foi submetido a teste clínico em um paciente, e os resultados demonstraram eficácia no tratamento e ausência de marcas (lesões) na retina. / Recently, scientists have proposed a new technique for treating diseases related to the human retina, which is based on retinal laser discharges using pulse sequence around of 200 \'mü\'s, replacing the conventional treatment using long pulses around of 300 ms. The main advantage of the new technique is the conservation (without cell death) of the area exposed to the laser. This work presents the mechanisms adopted for the development of an electronic control system of a laser cavity at 586 nm for ophthalmic use, which aims to meet the protocol required by this recent technique. The protocol requires the formation of rapid pulses of laser, which makes the electronic control system response velocity of the laser cavity vital to the protocol. To meet the project requirements were implemented two current controllers in closed loop PI (proportional integrative controller) working synchronized, an optical power controller in closed loop PI, and auxiliary circuits for temperature control of the laser cavity. Software were implemented for two controls, a PI power, in order to make the control loop stable with the required response time, and a PI thermal control for elements of the laser cavity. Tests showed that the prototype met the design specifications, especially regarding the response time of rapid pulse, key point in obtaining the clinical protocol (FastPulse), that this work aims to meet. Additionally, the prototype was subjected to clinical trial on a patient, and the results demonstrated efficacy and no visible lesions were noticed on retina.

Submitted by Rosa Assis (rosa_assis@yahoo.com.br) on 2017-04-25T13:21:22Z No. of bitstreams: 2 EDUARDO JOSÉ AIUB..pdf: 8906526 bytes, checksum: d232c1876e371a74f81c0ffd1593f4ee (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Paola Damato (repositorio@mackenzie.br) on 2017-04-26T15:28:34Z (GMT) No. of bitstreams: 2 EDUARDO JOSÉ AIUB..pdf: 8906526 bytes, checksum: d232c1876e371a74f81c0ffd1593f4ee (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-26T15:28:34Z (GMT). No. of bitstreams: 2 EDUARDO JOSÉ AIUB..pdf: 8906526 bytes, checksum: d232c1876e371a74f81c0ffd1593f4ee (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2016-08-01 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de São Paulo / Fundo Mackenzie de Pesquisa / In this work, we describe the characterization, transfer process and fabrication of mechanically exfoliated MoS2 (molybdenum disulfide) samples deposited on the fiber facet and D-shaped fiber. The characterization of these samples was made through Raman spectroscopy, making a mapping of the samples and analyzing the frequency difference between the vibrational modes E2g e A1g, it is possible to determine the number of layers to be transferred. Also, it was required to prepare a layered substrate of PVA (polyvinyl alcohol) and PMMA (Polymethyl- methacrylate), so that it was possible to remove the nanomaterial from the glass substrate and deposit it on another surface. Furthermore, it was performed control and alignment of the material with the core of the fiber, using a stage XYZ and an optical microscope (10X lens). An application for the fabricated samples was demonstrated through the generation of ultrashort pulses in EDFL (Erbium-doped fiber lasers) and YDFL (Ytterbium-doped fiber lasers) using them as saturable absorbers. The best results obtained were a pulse duration of 810 femtoseconds and bandwidth of 4.09 nm using mechanically exfoliated MoS2 on the fiber facet and pulse duration of 200 fs and bandwidth of 20,5 nm on the D-shaped fiber. In the samples on the fiber facet was the presence of NPR (Nonlinear Polarization Rotation) resulting in a hybrid effect. Results of ultrashort pulses with mechanically exfoliated MoS2 have not yet been reported in the literature. / Neste trabalho, foi realizada a caracterização, transferência e fabricação de amostras de MoS2 (dissulfeto de molibdênio) esfoliado micromecanicamente depositado na face transversal de uma fibra óptica e na superfície polida de uma fibra de perfil D. A caracterização destas amostras foi feita por meio de espectroscopia Raman, realizando um mapeamento das amostras e analisando a diferença entre os picos dos modos vibracionais E2g e A1g, sendo possível determinar o número de camadas a serem transferidas. Para realizar a transferência do material, foi prepararado um substrato com camadas de PVA (álcool polivinílico) e PMMA (Poli-metil-metacrilato), para que o nanomaterial fosse retirado do substrato de vidro e depositado em outra superfície. Além disso, foi realizado o controle e o alinhamento deste material com o núcleo da fibra, utilizando um estágio XYZ e um microscópio óptico (lente de 10X). Como aplicação das amostras fabricadas, foi demonstrada a geração de pulsos ultracurtos em EDFL (Erbium-doped fiber lasers) e YDFL (Ytterbium-doped fiber lasers) utilizando-as como absorvedor saturável. Os melhores resultados obtidos foram, a duração de pulso de 810 femtossegundos com largura de banda de 4,09 nm utilizando MoS2 esfoliado micromecanicamente e depositado na face transversal da fibra e pulsos de 200 fs e largura de banda de 20,5 nm depositado na superfície polida da fibra D. Nas amostras na face transversal verificou-se a presença de NPR (Nonlinear Polarization Rotation) ocasionando em um efeito híbrido de NPR com as amostras de MoS2. Resultados de pulsos ultracurtos com MoS2 esfoliado micromecanicamente ainda não foram reportados na literatura.

[pt] Esta dissertação de mestrado demonstra o princípio do funcionamento de um sistema gerador e multiplexador óptico utilizando pulsos curtos. Através do efeito de mode locked fiber ring laser pulsos curtos ópticos são gerados para taxa de repetição de 2.48 GHz ao passo que o escalonamento é atribuído ao uso de dispositivos passivos ópticos os quais compõem o conjunto experimental permitindo que a freqüência de 9.95 GHz seja atingida mediante a combinação exata das técnicas utilizadas. O coração de sistema está contido na geração e controle dos pulsos os quais determinarão a taxa de repetição em baixa freqüência e posteriormente a multiplexação através de linhas de atraso devidamente combinadas fornecerão o valor escalonado de operação de frequência. / [en] This master thesis demonstrates the principle of the functioning of an optical time domain multiplex system using short pulses. Through the effect of mode locked to fiber ring laser, optical short pulses are generated at repetition of 2.48 GHz to the step that the scheduling is attributed to the use of optic passive devices which compose the experimental setup allowing that the frequency of 9.95 GHz is reached by means of the accurate combination of the used techniques. The system heart is contained in the generation and control of the pulses which will later determine the rate of repetition in low frequency and multiplexing through lines of delay duly combined.

La presente tesis doctoral ahonda en dar respuesta a las exigencias de la FAO/OMS (2006) en cuanto al desarrollo de métodos bactericidas alternativos al térmico, aplicables a fórmulas infantiles reconstituidas (RPIFM) de preparados en polvo, principal vía de transmisión de un microorganismo patógeno emergente Cronobacter sakazakii. El principal objetivo sobre el que versan los estudios recogidos en la presente tesis doctoral es la aplicación de tecnologías no-térmicas de conservación, como barreras para controlar e inactivar el microorganismo C. sakazakii en RPIFM. La metodología de trabajo se basa en la aplicación de pulsos eléctricos de alta intensidad (PEAI) y altas presiones hidrostáticas (APH), mediante el uso de equipos a nivel de planta piloto. Se plantea también la adición de un ingrediente natural con capacidad antimicrobiana sobre la fórmula láctea tratada por PEAI. Además, se aplicarán herramientas de simulación para llevar a cabo una valoración de la exposición a C. sakazakii en ambiente hospitalario. Los principales resultados de la presente tesis doctoral ponen de manifiesto la efectividad de las tecnologías de PEAI y APH en el control del microorganismo alcanzando valores de inactivación que van desde [0.88-1.22] ciclos log10 a [2-7] ciclos log10 respectivamente. Ambas tecnologías dan lugar a la generación de células subletalmente dañadas, presentando éstas, una mayor sensibilidad frente a la aplicación de métodos barrera sucesivos, como en este caso, la refrigeración o la adición de un ingrediente natural con capacidad antimicrobiana. Por tanto, podemos concluir que la incorporación sucesiva de diferentes métodos de control, "tecnología de barreras", resulta eficaz para controlar e inactivar al microorganismo C. sakazakii en RPIFM. / Pina Pérez, MC. (2011). Aplicación de tecnologías no térmicas de conservación, pulsos eléctricos de alta intensidad (PEAI) y altas presiones hidrostáticas (APH), para el control de Cronobacter sakazakii en fórmulas lácteas infantiles: desarrollo de modelos predictivos y evaluación de la exposición [Tesis doctoral]. Editorial Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/14177

Las señales arbitrarias de microondas son ampliamente utilizadas en distintos campos de aplicacón como radar, comunicaciones, captura de imágenes e instrumentación moderna. La limitación de los sistemas eléctricos para la generación de formas de onda a frecuencias elevadas y con grandes anchos de banda ha hecho que a lo largo de la última década se realicen numerosas propuestas de generación en el dominio óptico. Tras una revisión de todas las propuestas, se ha podido realizar una clasificación en función de las técnicas de generación más relevantes. El principal objetivo de esta tesis doctoral consiste en la propuesta, análisis y validación experimental de una técnica que permite la generación de señales de microondas haciendo uso de estructuras de filtrado fotónico. En concreto, los filtros utilizados en este trabajo se fundamentan en el procesado de señales ópticas incoherentes mediante un elemento dispersivo. A través del desarrollo teórico, se ha obtenido la función de transferencia del filtro fotónico equivalente que permite calcular la señal generada a partir de la densidad espectral de potencia de la fuente óptica, la dispersión y la señal eléctrica de entrada. De este modo, ha sido posible extender algunas de las ventajas del filtrado fotónico a la generación de formas de onda. Así mismo, para la técnica propuesta se distinguen dos regímines de operación, no lineal y lineal, según sea necesario o no considerar la dispersión de segundo orden del elemento dispersivo. En el régimen lineal, se presentan varias estructruas que utilizan distintos tipos de señal óptica como un conjunto de láseres y una fuente ancha ranurada empleando diferentes tipos de filtrado óptico. Además, también se presenta una estructura adicional incorporando detección defierencial a través de un interferómetro. Con el fin de mostrar las distintas capacidades de estas propuestas se ha demostrado la generación de señales correspondientes a la tecnología UWB de impulsos de radio y multib / Bolea Boluda, M. (2012). Sistemas ópticos incoherentes para la generación de señales arbitrarias basados en filtros fotónicos de microondas [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/16810

[ES] La irradiación de nanopartículas de oro (AuNPs) esféricas en una suspensión coloidal con pulsos láser de nanosegundos puede inducir su metamorfosis, dando lugar a la aparición de esferas con cavidades internas. La concentración del surfactante estabilizador de las partículas, el uso de fluencias de láser moderadas y el tamaño de las partículas, determinan la eficiencia y características del proceso. Las partículas huecas resultantes se obtienen cuando las moléculas del medio circundante (ej., agua, materia orgánica del surfactante) quedan atrapadas durante la irradiación láser. Estas observaciones experimentales sugieren la existencia de un balance sutil entre los procesos de calentamiento y enfriamiento. El primero induce la expansión y paso a un estado amorfo y, el segundo, la subsecuente recristalización manteniendo en su interior el material atrapado. Estas observaciones experimentales han sido explicadas satisfactoriamente con las simulaciones de dinámica molecular clásica desarrolladas en el marco de esta tesis. Específicamente, la dinámica molecular confirma que es necesaria la existencia de moléculas en el interior de las cavidades que se forman dentro de las AuNPs para que se produzca su estabilización. En la segunda parte de esta tesis, se detallan las simulaciones de dinámica molecular clásica y los cálculos de propiedades ópticas de la irradiación de nanopartículas esféricas de oro con pulsos láser de femtosegundos, para predecir los cambios de forma que se producen en las mismas, bajo una exploración de los diferentes parámetros involucrados, es decir, la fluencia y duración del láser, el tamaño de las nanopartículas cristalinas esféricas y la capacidad de enfriamiento del medio circundante. El objetivo fundamental de las simulaciones es brindar una guía para la síntesis de nanopartículas con morfologías determinadas. Los resultados de las simulaciones indican que, para la formación de nanopartículas huecas, las mismas deben ser calentadas hasta una temperatura entre 2500 y 3500 K, seguido por un enfriamiento exponencial rápido, con una constante de tiempo menor de 120 ps. Por lo tanto, se describen las condiciones experimentales para la producción eficiente de nanopartículas huecas, lo que abre un amplio rango de posibilidades de aplicación en áreas fundamentales, tales como el almacenamiento de energía y la catálisis. En la última parte de esta memoria se exponen las simulaciones de dinámica molecular clásica implementadas para profundizar en los experimentos pumpprobe con nanoesferas plasmónicas de oro, desarrollados en la referencia [R.Fuentes-Domínguez et al. Appl. Sci. 2017, 7(8), 819.]. Tras la irradiación láser y consecuente deposición de energía, las partículas vibran, lo que se puede medir mediante la fuerte modulación producida en la sección eficaz de dispersión. La vibración mecánica de las AuNPs esféricas, tras ser irradiadas con láseres ultracortos, las convierte en generadores termoelásticos eficientes de ultrasonido y, por tanto, en excelentes candidatos para transductores luz-sonido en diversas aplicaciones. / [CA] La irradiació de nanopartícules d'or (AuNPs) esfèriques en una suspensiócolloidal amb polsos làser de nanosegons pot induir la seua metamorfosi, donant lloc a l'aparició d'esferes amb cavitats internes. La concentració del surfactante estabilitzador de les partícules, l'ús de fluencias de làser moderades i la grandària de les partícules, determinen l'eficiència i característiques del procés. Les partícules buides resultants s'obtenen quan les molècules del mitjà circumdant (ex., aigua, matèria orgànica del surfactante) queden atrapades durant la irradiació làser. Aquestes observacions experimentals suggereixen l'existència d'un balanç subtil entre els processos de calfament i refredament. El primer indueix l'expansió i passe a un estat amorf i, el segon, la subseqüent recristalización mantenint en el seu interior el material atrapat. Aquestes observacions experimentals han sigut explicades satisfactòriament amb les simulacions de dinàmica molecular clàssica desenvolupades en el marc d'aquesta tesi. Específicament, la dinàmica molecular confirma que és necessària l'existència de molècules a l'interior de les cavitats que es formen dins de les AuNPs perquè es produïsca la seua estabilització. En la segona part d'aquesta tesi, es detallen les simulacions de dinàmica molecular clàssica i els càlculs de propietats òptiques de la irradiació de nanopartícules esfèriques d'or amb polsos làser de femtosegundos, per a predir els canvis de manera que es produeixen en aquestes, sota una exploració dels diferents paràmetres involucrats, és a dir, la fluencia i duració del làser, la grandària de les nanopartícules cristal·lines esfèriques i la capacitat de refredament del mitjà circumdant. L'objectiu fonamental de les simulacions és brindar una guia per a la síntesi de nanopartícules amb morfologies determinades. Els resultats de les simulacions indiquen que, per a la formació de nanopartícules buides, les mateixes han de ser calfades fins a una temperatura entre 2500 i 3500 K, seguit per un refredament exponencial ràpid, amb una constant de temps menor de 120 pg. Per tant, es descriuen les condicions experimentals per a la producció eficient de nanopartícules buides, la qual cosa obri un ampli rang de possibilitats d'aplicació en àrees fonamentals, tals com l'emmagatzematge d'energia i la catàlisi. En l'última part d'aquesta memòria s'exposen les simulacions de dinàmica molecular clàssica implementades per a aprofundir en els experiments pumpprobe amb nanoesferas plasmónicas d'or, desenvolupats en la referència [R. Fuentes-Domínguez et al. Appl. Sci. 2017, 7(8), 819.]. Després de la irradiació làser i conseqüent deposició d'energia, les partícules vibren, la qual cosa es pot mesurar mitjançant la forta modulació produïda en la secció eficaç de dispersió. La vibració mecànica de les AuNPs esfèriques, després de ser irradiades amb làsers ultracortos, les converteix en generadors termoelásticos eficients d'ultrasò i, per tant, en excel·lents candidats per a transductors llum-so en diverses aplicacions. / [EN] The irradiation of gold nanoparticles (AuNPs) in a colloid with nanosecond laser pulses can give rise to the formation of cavities. The concentration of the surfactant used to stabilize the particles, the laser fluency, and the size of the nanoparticles, determine the efficiency and features of the process. The resulting hollow particles are obtained when the right balance between the heating and cooling processes is given. The first process induces an expansion and the melting of the particle, while the second, leads to the recrystallization, keeping the extraneous matter trapped in the inside. These experimental observations have been satisfactorily explained by the molecular dynamics simulations carried out in this thesis. Specifically, the simulations have confirmed that it is necessary the existence of trapped molecules in the inside of the cavities to stabilize the cavities. In the second part of this thesis, the molecular dynamics simulations and calculation of optical properties when gold nanoparticles (in a colloid) are irradiated with femtosecond laser pulses. The simulations allowed to predict the the shape changes under different conditions for the laser fluency and duration, the size of the nanoparticles and the cooling rate, which is driven by the properties of the solvent and the surfactant. These simulations provide a guidance for the synthesis of nanoparticles with specific morphological features. The results show that the nanospheres should be heated up to 2500 y 3500 K, followed by a fast cooling (time constant of 120 ps). Therefore, the experimental conditions for the efficient production of hollow nanoparticles are described what opens a broad range of possibilities for applications in areas such as energy storage and catalysis. MD simulations are carried out in the last part of this thesis to gain insights into the pump-probe experiments using AuNPs in reference [R. Fuentes-Domínguez et al. Appl. Sci. 2017, 7(8), 819.]. Upon femtosecond laser irradiation and deposition of energy, the nanospheres vibrate which can be measured by means of the scattering cross section. This fact becomes the AuNPs in ideal thermoelastic ultrasound generators and therefore in excellent candidates for light-sound transducers in different applications. / Castro Palacio, JC. (2021). Modelación físico-matemática y simulaciones computacionales para guiar el diseño y fabricación de nanoestructuras plasmónicas optimizadas para aplicaciones energéticas [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/175557

Um Amplificador Paramétrico Óptico (optical parametric amplifier - OPA) é uma fonte de luz coerente, de alta qualidade e sintonizável, baseada em processos ópticos não-lineares de segunda ordem. Alguns modelos possuem largura de banda estreita e um amplo intervalo de sintonia, podendo alcançar regiões que vão desde o ultravioleta até o infravermelho médio. A nossa motivação para construir este amplificador paramétrico óptico é sua utilização em experimentos de espectroscopia vibracional de superfícies através do processo óptico não-linear de segunda ordem, geração de soma de frequências (sum-frequency generation - SFG), que é uma técnica que exige fontes sintonizáveis no infravermelho médio e com altas intensidades de pico e largura de banda estreita. O objetivo desse trabalho foi projetar, montar e testar um amplificador paramétrico óptico capaz de produzir pulsos sintonizáveis de alta energia no infravermelho médio (λ ~ 2,5 a 10 μm) a partir de um laser de bombeio que fornece pulsos de 25 ps, com alta energia em λ = 1064 nm. Para obter-se uma geração de infravermelho bastante eficiente, foi proposto um projeto inovador para amplificadores paramétricos de picossegundos, utilizando-se a geração de supercontínuo de luz branca como feixe sinal do estágio de amplificação paramétrica. O pulso de bombeio (λ = 1064 nm) é dividido em duas partes: a primeira, de menor energia, é utilizada para gerar um pulso de alta largura espectral no infravermelho próximo (supercontínuo de luz branca de picossegundos). Uma fração espectral desse pulso é selecionada através de um monocromador e utilizada como semente do estágio de amplificação paramétrica. O cristal amplificador paramétrico (sulfeto de prata e gálio, AgGaS2) é então bombeado pelo restante do pulso de bombeio e simultaneamente amplifica a semente sintonizável no infravermelho próximo e gera um novo pulso de frequência complementar no infravermelho médio. Foram testados vários meios para geração de supercontínuo, mas os melhores resultados foram obtidos em uma cubeta de 10 cm de comprimento com uma mistura de água e água deuterada (3 % em volume de H2O em D2O) e em uma fibra fotônica não-linear com 2 m de comprimento. Usando o supercontínuo como feixe semente, observou-se amplificação paramétrica no caso do feixe gerado na fibra fotônica com um ganho de 260 vezes, mas não com o feixe gerado na mistura de água/água deuterada, presumivelmente pela maior instabilidade desse supercontínuo. / An Optical Parametric Amplifier (OPA) is a tunable light source of high quality, coherent radiation, based on second-order nonlinear optical processes. Some models have a narrow spectral bandwidth and a tuning range from the ultraviolet to the mid-infrared. The motivation for building this optical parametric amplifier is its use in vibrational spectroscopy of surfaces by a second-order nonlinear optical process, sum-frequency generation (SFG), which is a technique that requires tunable sources in the mid-infrared with narrow bandwidth and high peak intensities. The purpose of this work is to design, implement and test an OPA to generate tunable high energy pulses tuneable in the mid-infrared (λ ~ 2.5 to 10 μm) from a pumping laser that provides 25 ps pulses with high energy at λ = 1064 nm. For an efficient mid-infrared generation, we propose an innovative design for picosecond parametric amplifiers, using the near infrared portion of a white-light supercontinuum pulse as the seed beam for the parametric amplifier. The pump pulse (λ = 1064 nm) is divided into two parts: the first one, with lower energy, generates a high spectral width pulse in the near infrared (white-light supercontinuum picosecond pulse). A spectral fraction of this pulse is selected through a monochromator and is used as seed for the parametric amplification stage. The second part of the laser beam pumps the parametric amplifier crystal (silver gallium sulfide, AgGaS2) which simultaneously amplifies the tunable seed beam in the near infrared and generates a new pulse with complementary frequency in the mid-infrared. Several media were tested for supercontinuum generation, but the best results were obtained with a 10 cm long cuvette with a mixture of water and deuterated water (3 % volume of H2O in D2O) and with a 2 m long nonlinear photonic crystal fiber. Using the supercontinuum as a seed beam, we have obtained parametric amplification of the seed generated by the photonic fiber with a gain of 260 times, but not of the beam generated by the water mixture, presumably because of its significantly higher instability.

O propósito principal desta tese foi a implementação e estudo da geração de pulsos laser de femtossegundos em comprimentos de onda curtos (ultravioleta profundo, ultravioleta de vácuo e ultravioleta extremo) pela técnica de conversão de frequência em capilar preenchido com gás nobre. Esta técnica de conversão de frequência tem feito diversas contribuições nas últimas décadas para o avanço da geração de pulsos laser ultracurtos nesta região espectral. O desenvolvimento de tais fontes de luz coerente possui importantes implicações nos estudos de espectroscopia resolvida no tempo em átomos, moléculas e materiais. Através da implementação da técnica de conversão de frequência com casamento de fase em capilar preenchido com gás argônio, foi possível a obtenção de pulsos de femtossegundos centrados em 260 nm e 195 nm utilizando um sistema laser amplificado Ti: safira (780 nm, 1.5 mJ, 43 fs, 1 KHz). Estes comprimentos de onda correspondem, respectivamente, aos terceiro e quarto harmônicos da frequência fundamental do laser utilizado. Pulsos centrados em 260 nm com excelente perfil espacial, energias da ordem de microjoules e durações temporais tão curtas quanto 18 fs, possibilitadas pela recompressão por um par de prismas, foram obtidos, os quais possuem grande aplicabilidade em estudos de espectroscopia não linear e resolvida no tempo. Pulsos ultracurtos centrados em 195 nm também foram obtidos. Uma investigação da influência da modulação da fase espectral do pulso laser em 780 nm sobre a geração de harmônicos através do processo do mistura de quatro ondas, também foi realizada. Desta forma, foi implementado um sistema de controle de formato de pulso laser de femtossegundo na configuração 4f baseado em um modulador espacial de luz de cristal líquido com o objetivo de modular a fase espectral dos pulsos laser em 780 nm. Este sistema de controle de formato de pulso foi então integrado ao sistema de geração de pulsos ultracurtos no ultravioleta profundo através do processo de mistura de ondas já implementado. Este estudo teve como objetivo, a obtenção da modulação indireta da fase espectral de pulsos em 260 nm através da transferência de fase espectral modulada de pulsos em 780 nm. Resultados iniciais interessantes foram obtidos utilizando uma fase espectral do tipo degrau com amplitude radianos, indicando a correta implementação do sistema. A obtenção de pulsos laser de femtossegundos no ultravioleta profundo com fase espectral modulada é de grande interesse para realização de experimentos de controle coerente nesta região espectral e também para estudos básicos de como a transferência de fase espectral ocorre para diferentes processos ópticos não lineares. Experimentos de geração de altos harmônicos pela técnica de conversão de frequência com casamento de fase em capilar preenchido com gás nobre, utilizando pulsos laser de femtossegundos em 400nm e 800nm, foram realizados durante estágio na Universidade do Colorado, EUA. Neste estudo, utilizando pulsos em 400nm, foi obtido um aumento maior que uma ordem de grandeza na região espectral em torno de 60eV em comparação com o fluxo de harmônicos gerados, nesta mesma região de energia, com pulsos centrados em 800nm. Por fim, através da experiência adquirida durante este estágio, foi desenvolvido e implementado em nosso laboratório um sistema de geração de altos harmônicos na região do ultravioleta extremo, baseado na técnica de conversão em capilar preenchido com gás argônio. Harmônicos de alta ordem na região de energia de 40ev (31nm) foram obtidos, tendo sido demonstrada a conversão sob condição de casamento de fase. Utilizando pulsos de femtossegundos em 780nm, a ordem máxima do harmônico observada foi igual a 27 (28.9nm, 42.9eV), devido a limitação da faixa espectral do monocromador utilizado em nossos experimentos. A implementação deste sistema torna disponível no Grupo de Fotônica, uma fonte de luz coerente no ultravioleta extremo, cujas propriedades únicas já tem sido amplamente exploradas em uma variedade de estudos de ciência básica e aplicada. / The main purpose of this thesis was the implementation and study of femtosecond laser pulses generation at short wavelengths (deep ultraviolet, vacuum ultraviolet end extreme ultraviolet) by the technique of frequency conversion in a hollow fiber filled with a noble gas. This frequency conversion technique has made several contributions in the last decades to improve the generation of ultrashort laser pulses in this spectral region. The development of such coherent light sources has important implications on ultrafast time-resolved spectroscopic study of atoms, molecules and materials. Through the implementation of the technique of phase matched frequency conversion in a gas filled hollow fiber using argon, it was possible to obtain femtosecond pulses centered at 260 nm and 195 nm using a Ti: sapphire amplified laser (780 nm, 1.5 mJ, 43 fs, 1 KHz). These wavelengths corresponds, respectively, to the third and fourth harmonics of the laser fundamental frequency. Pulses centered at 260 nm with excellent spatial profile, energies on the order of microjoules and temporal durations down to 18 fs, trough the compression by a prism pair, were obtained, which have wide applicability in nonlinear and time resolved optical spectroscopic studies. Ultrashort pulses at 195 nm where also obtained. An investigation of the influence of the spectral phase modulation of the laser pulses at 780 nm on the four-wave mixing nonlinear process for harmonic generation was also performed. In this way, a femtosecond pulse shaper based on a liquid crystal spatial light modulator in the 4f configuration was implemented in order to modulate the spectral phase of femtosecond pulses at 780 nm. This pulse shaper was then integrated to the system for generation of ultrashort pulses in the deep ultraviolet through the wave mixing process already implemented. This study aimed to obtain the indirect modulation of the 260 nm pulses spectral phase through the transfer of modulated spectral phase from pulses at 780 nm. Interesting initial results were obtained using a -step spectral phase, indicating the correct implementation of the system. The achievement of femtosecond pulses with modulated spectral phase in the deep ultraviolet is of great interest to perform coherent control studies in this spectral range and also for basic studies of how the spectral phase transfer occurs with different nonlinear optical laser processes. High-harmonic generation experiments based in the phase-matched frequency conversion in noble gas filled hollow fiber technique, using femtosecond pulses at 400 nm and 800 nm, were carried out during a internship at University of Colorado, USA. In this study, using pulses at 400 nm, an increase higher than one order of magnitude was obtained in the spectral region of 60 eV compared to harmonics generated, in this same region, with pulses at 800 nm. Finally, through the experience obtained during this internship, were carried out in our laboratory the development and implementation of a high harmonic generation system, based on the frequency conversion in a hollow fiber filled with argon gas. High harmonics with energies around 40eV (31nm) were obtained, and the conversion under phase-matched condition was demonstrated. Using pulses centered at 780nm, the highest harmonic order measured was 27 (28.9nm, 42.9eV), due to the spectral range limitation of monochromator used in our experiments. With the implementation of this system, becomes available at the Photonics Group a coherent light source at extreme ultraviolet wavelengths, which the unique properties have been already widely explored on a diversity of fundamental studies in basic and applied science.

O desenvolvimento da Odontologia Restauradora culminou com a era das restaurações estéticas adesivas e da intervenção minimamente invasiva, para as quais técnicas inovadoras e materiais de última geração vêm sendo constantemente introduzidos. As técnicas conservadoras visam não somente a remoção do substrato dental cariado, mas também o preparo das paredes da cavidade para a realização da restauração adesiva. Este estudo visou avaliar a possibilidade de introdução dos lasers de pulsos ultracurtos na Odontologia Restauradora, com o intuito de suprir os requisitos básicos para a realização de uma restauração conservadora adequada. A intenção foi de manter os benefícios já conhecidos relacionados à remoção seletiva de cárie com os lasers de alta potência, bem como superar as desvantagens relacionadas às fontes lasers atualmente disponíveis para este fim, como aumento excessivo de temperatura e adesão prejudicada da superfície irradiada à resina composta. Para a melhor avaliação da interação entre os lasers de pulsos ultracurtos e o substrato dental, os experimentos foram realizados em três fases. A Fase 1 visou avaliar o efeito de diferentes comprimentos de onda (355 nm, 532 nm, 1045 nm e 1064 nm), durações de pulso (pico e femtossegundos) e protocolos de irradiação (velocidade de escaneamento da superfície, espessura do espécime, método de refrigeração e taxa de repetição de pulso) em esmalte e dentina. Para a Fase 2, os parâmetros de irradiação que apresentaram resultados mais favoráveis na Fase 1 foram analisados para relacionar o aumento de temperatura com a taxa de ablação e a eficiência de ablação para cada parâmetro. A Fase 3 teve como objetivo analisar a interface adesiva e os valores de microtração da dentina irradiada com os parâmetros selecionados e estudados na Fase 2, utilizando sistemas adesivos do tipo condicione e lave e autocondicionante com diferentes protocolos de adesão (Clearfil SE Bond com e sem Primer, Adper Single Bond com e sem condicionamento ácido). Os resultados obtidos na Fase 1 indicam que a dentina e o esmalte irradiados com lasers de femtossegundos de 1045 nm e picossegundos de 1064 nm apresentam superfície rugosa livre de carbonização. Os protocolos de irradiação selecionados mostram que a irradiação deve ser conduzida com maior velocidade de escaneamento da superfície, e não há necessidade de refrigeração durante a irradiação. Todos os parâmetros utilizados promoveram ablação seletiva do substrato dental, e apresentaram maior taxa de ablação para dentina que para esmalte. A Fase 2 permitiu observar que todos os parâmetros de irradiação selecionados não provocaram aumento de temperatura maior que 6,1 ºC para esmalte e 4,6 ºC para dentina, quando o aumento de temperatura foi aferido no lado oposto ao irradiado, em espécimes de 1 mm de espessura e sem refrigeração. Exceção foi observada para a maior potência do laser de picossegundos, para a qual a temperatura aumentou até 12 ºC em esmalte e 15 ºC em dentina. Os valores obtidos no ensaio de microtração variaram de acordo com os parâmetros de irradiação e o sistema adesivo. A adesão à dentina irradiada com lasers de pulsos ultracurtos apresentou valores de resistência adesiva semelhantes ou significantemente maiores que os obtidos nos grupos controle, para todos os parâmetros de irradiação selecionados. Os resultados obtidos neste estudo indicam que os lasers de pulsos ultracurtos apresentaram resultados favoráveis para o preparo cavitário em esmalte e dentina em relação à morfologia produzida na superfície e ao aumento de temperatura provocado durante a irradiação. A resistência adesiva à dentina irradiada foi semelhante, ou mesmo significantemente maior que a obtida nos grupos controle. Portanto, os lasers de pulsos ultracurtos são considerados uma técnica promissora para a realização de intervenção minimamente invasiva com lasers de alta potência. / The development of restorative dentistry has reached the era of esthetic adhesive restorations and minimally invasive approach, for which innovative techniques and advanced materials are constantly introduced. Conservative techniques aim not only to remove carious dental substrate, but also to prepare cavity surfaces for adhesive restoration. The main objective of this study was to evaluate the possibility of introducing ultra-short pulsed lasers in Restorative Dentistry, in attempt to fulfill the basic requirements of adequate conservative restoration, by maintaining the well-known benefits of lasers for caries removal, but also overcoming disadvantages related to current laser sources available for this purpose, such as temperature increase and damaged adhesion to resin composite. In order to better evaluate the interaction between ultra-short pulsed lasers and dental substrates, experimental procedures were divided in three phases. Phase 1 aimed to evaluate the effect of different wavelengths (355 nm, 532 nm, 1,045 nm, and 1,064 nm), pulse durations (pico and femtoseconds) and irradiation protocols (surface scanning speed, sample thickness, cooling method, pulse repetition rate) on enamel and dentin. For Phase 2, laser parameters with most favorable results in Phase 1 were evaluated to relate temperature increase to ablation rate or ablation efficiency. Phase 3 aimed to analyze adhesive interface and microtensile bond strength to dentin irradiated with the selected parameters by using etch-and-rinse and self-etch adhesive systems with different bonding protocols (Clearfil SE Bond with and without Primer, Adper Single Bond with and without acid etching). The results of Phase 1 indicate that dentin and enamel irradiated with 1,045-nm fs-laser and 1,064-nm ps-laser present a rough surface without carbonization. Irradiation should be conducted with higher scanning speed, and no additional cooling during irradiation was necessary. All parameters provided selective tissue ablation, with higher ablations rate for dentin than enamel. Phase 2 indicated that all parameters tested provoked temperature increase of up to 6.1 ºC for enamel and 4.6 ºC for dentin, when temperature increase was measured at the back side of 1-mm thick samples without cooling during irradiation, except for higher power for ps-laser, for which temperature increased up to 12 ºC for enamel and 15 ºC for dentin. Microtensile bond strength values varied according to laser parameters and adhesive systems used. Adhesion to dentin irradiated with ultra-short pulsed lasers resulted in similar or significantly higher bond strength values than control groups, for all laser parameters analyzed. Based on the results of this study, ultra-short pulsed lasers presented favorable results for cavity preparation in dentin and enamel regarding surface morphology and temperature increase. Adhesion to irradiated dentin was either similar or superior to traditional techniques. Thus, ultra-short pulsed lasers are considered a promising technique for the promotion of laser-supported minimally invasive approach.