[pt] Nos últimos anos, tem aumentado o interesse no uso da transmissão de energia sem fio por acoplamento indutivo em muitas aplicações. Uma das maiores limitações dessa tecnologia é a distância de operação reduzida. Alguns trabalhos recentes sugerem usar materiais artificiais conhecidos como metamateriais para aprimorar a eficiência da transferência de potência ao longo da distância. Devido às suas propriedades eletromagnéticas únicas, tais como permeabilidade magnética negativa, metamateriais podem ser usados para amplificar as ondas evanescentes do campo próximo. No presente trabalho, é estudado o uso de metamateriais eletromagnéticos para aumentar o acoplamento indutivo por meio da amplificação do campo próximo. São apresentados cálculos analíticos e simulações dos metamateriais propostos. O melhoramento da eficiência na transferência de potência é apoiado por evidências experimentais. / [en] Over recent years, the interest in using inductive wireless power transmission for many applications has grown. One of the major limitations of this technology is the reduced operating distance. Some recent works have suggested using artificial materials known as metamaterials to improve the power transfer efficiency over distance. Due to their unique electromagnetic properties, such as negative permeability, metamaterials can be used to enhance the evanescent waves of the near field. In the present work, the usage of an electromagnetic metamaterial to increase the inductive coupling by means of enhanced evanescent waves is studied. Analytical calculations and numerical simulations of the proposed metamaterial are presented. The improvement of the power transfer efficiency is supported by empirical evidences.

SANTOS, Clenilton Costa dos. Propriedades ópticas dos vidros Er3+:PbPO4. 2010. 96 f. Tese (Doutorado em Física) - Programa de Pós-Graduação em Física, Departamento de Física, Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2010. / Submitted by Edvander Pires (edvanderpires@gmail.com) on 2014-11-03T18:38:41Z No. of bitstreams: 1 2010_tese_ccsantos.pdf: 4778732 bytes, checksum: e9324ded793c2e668aa603d0ce9ecc71 (MD5) / Approved for entry into archive by Edvander Pires(edvanderpires@gmail.com) on 2014-11-03T19:51:31Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2010_tese_ccsantos.pdf: 4778732 bytes, checksum: e9324ded793c2e668aa603d0ce9ecc71 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-11-03T19:51:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2010_tese_ccsantos.pdf: 4778732 bytes, checksum: e9324ded793c2e668aa603d0ce9ecc71 (MD5) Previous issue date: 2010 / In this work we employ several techniques to investigate the optical properties of moderately high Er3+-doped lead phosphate (EDLP) glasses. The third-order optical susceptibility, χ3, and dispersion of the linear refractive index, n0(λ), of Er3+:PbPO4 were measured in the wavelength range between 400 and 1940 nm by using the spectrally resolved femtosecond Maker fringes technique. The nonlinear refractive index, n2, obtained from the third-order susceptibility was found to be five times higher than that of silica. For comparison purposes, the Z-scan technique was also employed to obtain the values of n2 of EDLP at several wavelengths, and the values obtained using the two techniques agree to within 15%. From the data obtained by absorption measurements, the Judd-Ofelt theory was employed to calculate the intensity-dependent parameters Ωλ (λ = 2, 4, and 6). We observed that increasing Er3+ content, Ω4 and Ω6 remain constant, while Ω2 decreases. Green, red, and infrared emissions centered at 530, 550, 660, and 1530 nm were observed under excitation at 800 nm. The lifetime of the Er3+: 4I13/2 → 4I15/2 (1530 nm) transition decreases with increasing Er3+ content, reflecting how significant the non-radiative process associated with this transition is. The McCumber theory was used to calculate, from absorption cross-section, the stimulated emission cross-section of the Er3+: 4I13/2 → 4I15/2 transition. A strong re-absorption of the fluorescence at 1530 nm was also observed and analyzed. Finally, we discuss the potential use of Er3+:PbPO4 glasses in photonics devices. / Neste trabalho utilizamos várias técnicas para investigar as propriedades ópticas dos vidros fosfato de chumbo (PbPO4) com concentrações moderadamente altas de íons de érbio (Er3+), EDLP. Medimos a susceptibilidade de terceira ordem, χ3, e a dispersão do índice de refração linear, n0(λ), dos vidros EDLP na região de comprimento de onda entre 400 e 1940 nm, por meio da técnica de Franjas de Maker. A partir do valor de χ3, calculamos o índice de refração não-linear, n2, cujo valor é cerca de cinco vezes maior que o da sílica (SiO2). Também obtivemos os valores de n2 dos vidros EDLP, através da técnica de varredura Z para vários comprimentos de onda. A diferença entre os valores obtidos pelas duas técnicas foi de 15%. Realizamos medidas de absorção óptica, cujos dados foram utilizados para calcular os parâmetros fenomenológicos Ωλ da teoria de Judd-Ofelt. Observamos que Ω4 e Ω6 permanecem praticamente constante com o aumento da concentração de Er3+, ao passo que Ω2 diminui. Excitando as amostras em 800 nm foi possível verificar emissões no verde, vermelho e infravermelho, centradas em 530, 550, 660 e 1530 nm, respectivamente. O tempo de vida da transição 4I13/2 → 4I15/2 (em 1530 nm) do Er3+ diminui com o aumento da concentração de Er3+, refletindo o quão importante é o processo não-radiativo associado a esta transição. A teoria de McCumber foi usada para calcular, a partir da seção de choque de absorção, a seção de choque da emissão estimulada da transição 4I13/2 → 4I15/2 do Er3+. Observamos e analisamos uma forte reabsorção da fluorescência em 1530 nm. Finalmente, discutimos a aplicabilidade dos vidros EDLP em dispositivos fotônicos.

O biodiesel tem sido amplamente utilizado como uma fonte de energia renovável, que contribui para a diminuição de demanda por diesel mineral. Portanto, existem várias propriedades que devem ser monitoradas, a fim de produzir e distribuir biodiesel com a qualidade exigida. Neste trabalho, as propriedades físicas do biodiesel, tais como massa específica, índice de refração e ponto de entupimento de filtro a frio foram medidas e associadas a espectrometria no infravermelho próximo (NIR) e espectrometria no infravermelho médio (Mid-IR) utilizando ferramentas quimiométricas. Os métodos de regressão por mínimos quadrados parciais (PLS), regressão de mínimos quadrados parciais por intervalos (iPLS), e regressão por máquinas de vetor de suporte (SVM) com seleção de variáveis por Algoritmo Genético (GA) foram utilizadas para modelar as propriedades mencionadas. As amostras de biodiesel foram sintetizadas a partir de diferentes fontes, tais como canola, girassol, milho e soja. Amostras adicionais de biodiesel foram adquiridas de um fornecedor da região sul do Brasil. Em primeiro lugar, o pré-processamento de correção de linha de base foi usado para normalizar os dados espectrais de NIR, seguidos de outros tipos de pré-processamentos que foram aplicados, tais como centralização dos dados na média, 1 derivada e variação de padrão normal. O melhor resultado para a previsão do ponto de entupimento de filtro a frio foi utilizando os espectros de Mid-IR e o método de regressão GA-SVM, com alto coeficiente de determinação da previsão, R2Pred=0,96 e baixo valor da Raiz Quadrada do Erro Médio Quadrático da previsão, RMSEP (C)= 0,6. Para o modelo de previsão da massa específica, o melhor resultado foi obtido utilizando os espectros de Mid-IR e regressão por PLS, com R2Pred=0,98 e RMSEP (g/cm3)= 0,0002. Quanto ao modelo de previsão para o índice de refração, o melhor resultado foi obtido utilizando os espectros de Mid-IR e regressão por PLS, com excelente R2Pred=0,98 e RMSEP= 0,0001. Para esses conjuntos de dados, o PLS e o SVM demonstraram sua robustez, apresentando-se como ferramentas úteis para a previsão das propriedades do biodiesel estudadas / Biodiesel has been widely used as a renewable energy source which contributes to the mineral diesel decrease demand. Therefore, there are several properties that must be monitored in order to produce and distribute biodiesel with the required quality. In this work, the biodiesel physical properties such as specific mass, refractive index and cold filter plugging point were measured and associated with near infrared spectroscopy (NIR) and mid-Infrared spectroscopy (mid-IR) spectra using chemometric tools. The Partial Least Squares Regression (PLS), Interval Partial Least Squares Regression (iPLS), and Support Vector Machines Regression (SVM) with variable selection by Genetic Algorithm (GA) methods were used to model the aforementioned properties. The biodiesel samples were synthesized from different sources such as canola, sunflower, corn, and soybean. Additional biodiesel samples were purchased from a Brazil South Region supplier. Firstly, the preprocessing baseline correction was used to normalize the NIR spectral data, following others preprocessing types were applied in such as the mean center, the first derivative and standard normal variate. The best result for predicting the cold filter plugging point was using Mid-IR spectra and GA-SVM regression method, with high coefficient determination of prediction, R2Pred = 0.94 and low value of the Root Mean Square Error of Prediction, RMSEP (C) = 0.7. For the specific mass prediction model, the best result was obtained using the Mid-IR spectrums and PLS regression, with the R2Pred = 0.98 and RMSEP (g/cm3) = 0.0002. As for a prediction model for the refractive index, the best result was obtained using the Mid-IR spectrums and PLS regression, with the R2Pred = 0.98 and RMSEP = 0.0001. For these datasets, the PLS and SVM models demonstrated theirs robustness, presenting themselves as useful tools for the biodiesel properties prediction studied

With the recent rise of 3D-printing as a form of manufacturing and their advantages for quick prototyping there is an interest for 3D-printed optical components. This thesis tests how well 3D-printed quasi-optical components preform and verify measurements with electromagnetic simulations. Measurements were made using a 60GHz FM-CW radar as well with a trihedral reflector, and tested on 3D-printed PLA lenses printed using an Ultimaker 2+. The measurements made are of the refractive index of the material, as well as the focal length of the lenses. Results showed PLA having a refractive index close to n = 1.654 in the 60GHz region. Results also showed the lenses having consistent properties like focal length and gain, two lenses having focal length of 23.7 and 23.9 mm which are close to the simulation of 24.05 mm. These findings shows 3D printed quasi-optical components have sufficient performance for use of prototyping or production depending on use. There are also some questions that have arisen like how does crystallisation in the plastic affect the components properties? And how does the PLA degrading affect the quality of the lenses over time? / På grund av framgångar inom 3D-utskrivning på senaste tiden som en form av tillverkning och dess fördelar med snabb framtagande av prototyper finns det ett intresse för utskrivna optiska komponenter. Detta examensarbete testar hur väl 3D-utskrivna kvasioptiska komponenter funger\-ar och verifierar testresultat med elektromagnetiska simuleringar. Mät\-ning\-arna gjordes med en FM-CW radar och en trihedral reflektor, och testade PLA linser utskrivna med en Ultimaker 2+. Mätningar\-na gjordes på materialets brytningsindex samt linsernas brännvidd. Resultaten visade att PLA har ett brytningsindex nära n = 1.654 i 60GHz området. Resultaten visade även hur linserna har konsekventa egenskaper som brännvidd och förstärkning. De två slutgiltiga linserna hade en brännvidd på 23.7 and 23.9 mm vilket är nära simuleringen på 24.05 mm. Dessa resultat visar att 3D-utskrivna komponenter har tillräcklig prestanda för användning i framtagande av prototyper eller produktion beroende på användning. Det finns en del frågor som kommit till, som hur påverkar plastens kristallisation komponentens egenskaper? Och hur påverkar PLAs nedbrytande linsernas kvalité?

Made available in DSpace on 2015-05-14T12:14:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 5247280 bytes, checksum: a825d4cf1e9d423d3daa9794ddd2962e (MD5) Previous issue date: 2013-07-23 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / The response of a material to an incident radiation can be described in terms of the susceptibility of the medium. In an atomic vapor, this susceptibility strongly depends on the frequency of the radiation and can vary over several orders of magnitude near the resonance. When a material is illuminated by light whose electric field is intense, the Kerr effect may become significant, showing a linear variation of the refractive index as a function of the intensity of the laser beam. Several techniques allow the measurement of this nonlinear effect. One of the simplest and most accurate is the z-scan technique. It consists in moving the medium to be probed along the axis of a focused laser beam. The transmittance through an aperture is measured as a function of the cell position and the obtained curve allows one to determine the nonlinear refractive index (n2) of the material. In this work, we investigate the nonlinear refractive index of a vapor of cesium atoms. We used the z-scan technique for various detunings around the Cs D2 transition (wavelength at 852 nm). To monitor the frequency of the laser, we simultaneously used an auxiliary saturated absorption setup and a Fabry-Perot analyzer. Through simple relationships between n2 and the aperture transmittance, we obtained a value for n2 as a function of the laser detuning. A theoretical model was developed to be compared to our experimental results. We used the density matrix formalism to calculate n2, taking into account the velocity distribution of the atoms in the calculation of the matrix elements. We started by treating the atoms as two-level systems, which allows us to test different limits of velocity integration. We then carried out a more realistic model for the D2 line of Cs, considering one fundamental level and three excited levels. We showed that for each hyperfine transition, the third-order fundamental-excited coherence depends on the population of the excited states as well as on the coherence created between the excited levels. To our knowledge, our experimental results are the first measurements of n2 for a cesium vapor, using the z-scan technique. The measured values of n2 are consistent with our theoretical calculations. / A resposta de um meio material à radiação incidente pode ser descrita em termos da susceptibilidade ótica desse meio. Em vapores atômicos, essa susceptibilidade depende fortemente da freqüência da radiação e pode variar, em torno da ressonância, por várias ordens de grandeza. Quando um material é iluminado por um feixe de luz cujo campo elétrico é muito intenso, evidencia-se o efeito Kerr, ou seja, o próprio índice de refração do material varia linearmente com a intensidade do feixe laser. Para medir esse efeito não linear da polarização do material, existem varias técnicas na literatura. Uma das mais simples e precisa é a varredura z (z-scan). O z-scan consiste em deslocar o meio a ser estudado ao longo do eixo de um feixe laser focalizado. Mede-se então a transmitância através de uma abertura, em função da posição da célula. A partir dessa curva de transmitância, é possível determinar o índice de refração não linear do material. Neste trabalho, investigamos a dependência espectral do índice de refração não linear do vapor atômico de césio. Realizamos experimentos com a técnica z-scan para várias dessintonizações na linha D2 (comprimento de onda de 852 nm). O monitoramento da freqüência do laser é feito através de uma montagem auxiliar de absorção saturada e de uma cavidade Fabry-Pérot. Utilizando relações simples entre n2 e a transmitância na abertura, obtivemos um valor de n2 para cada dessintonização. Para interpretar os resultados experimentais, usamos o formalismo de matriz densidade para calcular teoricamente o n2. No cálculo dos elementos da matriz densidade, deve-se levar em consideração a distribuição de velocidades dos átomos. Iniciamos nosso modelo tratando os átomos como sistemas de dois níveis, com o objetivo de compreender os diferentes limites da integração em velocidade. Em seguida passamos para um modelo mais realista para a linha D2 do Cs envolvendo um nível fundamental e três excitados. Mostramos que, para cada transição hiperfina, a coerência fundamental-excitada de terceira ordem depende de efeito de população dos estados excitados e da coerência criada entre eles. Nossos resultados experimentais são, até onde sabemos, as primeiras medidas usando z-scan para a obtenção do indice de refração de vapor de césio. Os valores medidos de n2 são condizentes com os nossos cálculos teóricos.

O biodiesel tem sido amplamente utilizado como uma fonte de energia renovável, que contribui para a diminuição de demanda por diesel mineral. Portanto, existem várias propriedades que devem ser monitoradas, a fim de produzir e distribuir biodiesel com a qualidade exigida. Neste trabalho, as propriedades físicas do biodiesel, tais como massa específica, índice de refração e ponto de entupimento de filtro a frio foram medidas e associadas a espectrometria no infravermelho próximo (NIR) e espectrometria no infravermelho médio (Mid-IR) utilizando ferramentas quimiométricas. Os métodos de regressão por mínimos quadrados parciais (PLS), regressão de mínimos quadrados parciais por intervalos (iPLS), e regressão por máquinas de vetor de suporte (SVM) com seleção de variáveis por Algoritmo Genético (GA) foram utilizadas para modelar as propriedades mencionadas. As amostras de biodiesel foram sintetizadas a partir de diferentes fontes, tais como canola, girassol, milho e soja. Amostras adicionais de biodiesel foram adquiridas de um fornecedor da região sul do Brasil. Em primeiro lugar, o pré-processamento de correção de linha de base foi usado para normalizar os dados espectrais de NIR, seguidos de outros tipos de pré-processamentos que foram aplicados, tais como centralização dos dados na média, 1 derivada e variação de padrão normal. O melhor resultado para a previsão do ponto de entupimento de filtro a frio foi utilizando os espectros de Mid-IR e o método de regressão GA-SVM, com alto coeficiente de determinação da previsão, R2Pred=0,96 e baixo valor da Raiz Quadrada do Erro Médio Quadrático da previsão, RMSEP (C)= 0,6. Para o modelo de previsão da massa específica, o melhor resultado foi obtido utilizando os espectros de Mid-IR e regressão por PLS, com R2Pred=0,98 e RMSEP (g/cm3)= 0,0002. Quanto ao modelo de previsão para o índice de refração, o melhor resultado foi obtido utilizando os espectros de Mid-IR e regressão por PLS, com excelente R2Pred=0,98 e RMSEP= 0,0001. Para esses conjuntos de dados, o PLS e o SVM demonstraram sua robustez, apresentando-se como ferramentas úteis para a previsão das propriedades do biodiesel estudadas / Biodiesel has been widely used as a renewable energy source which contributes to the mineral diesel decrease demand. Therefore, there are several properties that must be monitored in order to produce and distribute biodiesel with the required quality. In this work, the biodiesel physical properties such as specific mass, refractive index and cold filter plugging point were measured and associated with near infrared spectroscopy (NIR) and mid-Infrared spectroscopy (mid-IR) spectra using chemometric tools. The Partial Least Squares Regression (PLS), Interval Partial Least Squares Regression (iPLS), and Support Vector Machines Regression (SVM) with variable selection by Genetic Algorithm (GA) methods were used to model the aforementioned properties. The biodiesel samples were synthesized from different sources such as canola, sunflower, corn, and soybean. Additional biodiesel samples were purchased from a Brazil South Region supplier. Firstly, the preprocessing baseline correction was used to normalize the NIR spectral data, following others preprocessing types were applied in such as the mean center, the first derivative and standard normal variate. The best result for predicting the cold filter plugging point was using Mid-IR spectra and GA-SVM regression method, with high coefficient determination of prediction, R2Pred = 0.94 and low value of the Root Mean Square Error of Prediction, RMSEP (C) = 0.7. For the specific mass prediction model, the best result was obtained using the Mid-IR spectrums and PLS regression, with the R2Pred = 0.98 and RMSEP (g/cm3) = 0.0002. As for a prediction model for the refractive index, the best result was obtained using the Mid-IR spectrums and PLS regression, with the R2Pred = 0.98 and RMSEP = 0.0001. For these datasets, the PLS and SVM models demonstrated theirs robustness, presenting themselves as useful tools for the biodiesel properties prediction studied

Orientador: Carlos Kenichi Suzuki / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-11T16:06:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Nunes_ClaudiaCarvalho_M.pdf: 7074659 bytes, checksum: 4dec2d1e75a640341af023ba7541f5cb (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: O sistema binário sílica titânia, SiO2-TiO2,apresenta grande interesse tecnológico devido as suas propriedades: ultra-baixo coeficiente de expansão térmico e alto índice de refração. As propriedades são dependentes da quantidade de dopante presente no material. A SiO2-TiO2 é usada na indústria de componentes fotônicos, tais como, lentes, micro-lentes, espelhos e fibras ópticas especiais. Um importante material óptico para litografia no extremo ultravioleta (EUVL) é caracterizado por concentrações próximas a 8 % em peso de TiO2, com estrutura amorfa e transparente num amplo espectro da região UV, visível e IV. A indústria óptico-eletrônica necessita de fibras ópticas sensoras com alto índice de refração. Este tipo de fibra pode ser obtido através da fabricação de uma fibra de SiO2-TiO2. Amostras com concentrações que variam de 1 a 14 % em peso TiO2 fabricadas pelo método do aerosol em chama foram caracterizadas quanto a suas propriedades estruturais e ópticas. As amostras com concentrações superiores a 7,5 % em peso apresentaram-se translúcidas ou opacas, e com estrutura octaédrica segundo dados de XANES (Absorção de Raios-X próximo à estrutura da borda). A difração de raios-X identificou a fase anatásio da titânia como estrutura octaédrica. Através de tratamentos térmicos a altas temperaturas em chama (> 1500 ºC) obtivemos amostras transparentes no visível, amorfa, contendo 8,2 % em peso. Foi obtido um material com índice de refração de 1,48 para concentração de 10 % em peso de TiO2. Portanto a SiO2-TiO2 é viável para a fabricação de uma fibra com alto índice de refração / Abstract: The binary SiO2-TiO2 system presents a great technological importance due to its special properties: ultra low thermal expansion and high refractive index. The properties depend on the amount of dopant present in material. The SiO2-TiO2 is used for the components of photonic industries, such as lenses, mirrors and special fiber optics. As an important optical material for extreme ultraviolet lithography (EUVL), it is characterized by concentrations of ~ 8 wt. % of TiO2, with amorphous structure and transparent for a large UV, visible and IR spectra. The optoelectronic industries needs optical fiber sensor that presents high refractive index. This kind of fiber can be produce by SiO2-TiO2 fiber production. Samples with concentrations varying in the range 1 to 14 wt. % TiO2 made by flame aerosol technique were characterized in terms of structural and optical properties. As-consolidated samples with concentrations up to 7.5 wt. % TiO2 presented itself translucent or opaque with octahedral structure, according to XANES data (X-ray absorption near-edge structure). The anatase phase of titania was identified by X-ray diffraction patterns. However, by high temperature flame heat treatments (> 1500 ºC), it was possible to obtain transparent SiO2-TiO2 materials in the visible range with concentration up to 8.2 wt. % TiO2. The material presents refractive index 1.48 with concentration about 10 wt. % TiO2. Therefore SiO2-TiO2 is feasible to fibers fabrication with high refractive index / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestre em Engenharia Mecânica

CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / Neste trabalho utilizamos vÃrias tÃcnicas para investigar as propriedades Ãpticas dos vidros fosfato de chumbo (PbPO4) com concentraÃÃes moderadamente altas de Ãons de Ãrbio (Er3+), EDLP. Medimos a susceptibilidade de terceira ordem, χ3, e a dispersÃo do Ãndice de refraÃÃo linear, n0(λ), dos vidros EDLP na regiÃo de comprimento de onda entre 400 e 1940 nm, por meio da tÃcnica de Franjas de Maker. A partir do valor de χ3, calculamos o Ãndice de refraÃÃo nÃo-linear, n2, cujo valor à cerca de cinco vezes maior que o da sÃlica (SiO2). TambÃm obtivemos os valores de n2 dos vidros EDLP, atravÃs da tÃcnica de varredura Z para vÃrios comprimentos de onda. A diferenÃa entre os valores obtidos pelas duas tÃcnicas foi de 15%. Realizamos medidas de absorÃÃo Ãptica, cujos dados foram utilizados para calcular os parÃmetros fenomenolÃgicos Ωλ da teoria de Judd-Ofelt. Observamos que Ω4 e Ω6 permanecem praticamente constante com o aumento da concentraÃÃo de Er3+, ao passo que Ω2 diminui. Excitando as amostras em 800 nm foi possÃvel verificar emissÃes no verde, vermelho e infravermelho, centradas em 530, 550, 660 e 1530 nm, respectivamente. O tempo de vida da transiÃÃo 4I13/2 → 4I15/2 (em 1530 nm) do Er3+ diminui com o aumento da concentraÃÃo de Er3+, refletindo o quÃo importante à o processo nÃo-radiativo associado a esta transiÃÃo. A teoria de McCumber foi usada para calcular, a partir da seÃÃo de choque de absorÃÃo, a seÃÃo de choque da emissÃo estimulada da transiÃÃo 4I13/2 → 4I15/2 do Er3+. Observamos e analisamos uma forte reabsorÃÃo da fluorescÃncia em 1530 nm. Finalmente, discutimos a aplicabilidade dos vidros EDLP em dispositivos fotÃnicos. / In this work we employ several techniques to investigate the optical properties of moderately high Er3+-doped lead phosphate (EDLP) glasses. The third-order optical susceptibility, χ3, and dispersion of the linear refractive index, n0(λ), of Er3+:PbPO4 were measured in the wavelength range between 400 and 1940 nm by using the spectrally resolved femtosecond Maker fringes technique. The nonlinear refractive index, n2, obtained from the third-order susceptibility was found to be five times higher than that of silica. For comparison purposes, the Z-scan technique was also employed to obtain the values of n2 of EDLP at several wavelengths, and the values obtained using the two techniques agree to within 15%. From the data obtained by absorption measurements, the Judd-Ofelt theory was employed to calculate the intensity-dependent parameters Ωλ (λ = 2, 4, and 6). We observed that increasing Er3+ content, Ω4 and Ω6 remain constant, while Ω2 decreases. Green, red, and infrared emissions centered at 530, 550, 660, and 1530 nm were observed under excitation at 800 nm. The lifetime of the Er3+: 4I13/2 → 4I15/2 (1530 nm) transition decreases with increasing Er3+ content, reflecting how significant the non-radiative process associated with this transition is. The McCumber theory was used to calculate, from absorption cross-section, the stimulated emission cross-section of the Er3+: 4I13/2 → 4I15/2 transition. A strong re-absorption of the fluorescence at 1530 nm was also observed and analyzed. Finally, we discuss the potential use of Er3+:PbPO4 glasses in photonics devices.

O objetivo deste trabalho foi desenvolver biosensores de membranas baseados na técnica de Ressonância Plasmônica de Superfície (SPR) e aplicá-los no estudo da interação do citocromo c (cit c) com modelos de membranas. SPR é uma técnica ótica, que através de medidas de variações de índice de refração (n) próximas a uma interface mensura com alta sensibilidade a adsorção ou ligação de moléculas. Inicialmente desenvolvemos um sistema de gradiente de fluxo acoplado ao SPR, denominado FIG-SPR, e demonstramos a determinação automatizada da variação de n em função da concentração (dn/dC) de diferentes compostos e biopolímeros. O desenvolvimento dos biosensores de membranas iniciou-se com o estudo dos fatores que afetam a formação de uma membrana de bicamada híbrida (HBM). HBMs são compostas de uma monocamada de alcanotiol adsorvida sobre o ouro, e sobre esta uma camada fosfolipídica. A formação da HBM depende da fusão de vesículas em superfícies hidrofóbicas e que não é bem compreendido no nível molecular. Nossos estudos mostraram que na presença de cálcio e espermina a formação da HBM é favorecida, de tal forma que a monocamada de fosfolipídio alcança valores de espessura próximos àqueles previstos, cerca de 20 Å\'. Além disso, mostramos que em soluções de baixa força iônica a camada lipídica não é homogênea. Demonstramos também que a presença de cálcio na concentração 150 mM diminui o tempo de formação da monocamada lipídica cerca de 14 vezes quando comparado ao tempo indicado na literatura. A homogeneidade da HBM e a carga superficial da mesma foram verificadas com a adsorção e a dissociação de cit c e de albumina bovina (BSA). Utilizando HBMs de composição lipídica variada demonstramos a adsorção e a dissociação de cit c induzida por cálcio em HBMs mistas, incluindo um modelo mimético da membrana mitocondrial interna (IMM) constituído de fosfatidilcolina, fosfatidiletanolamina e cardiolipina (PC/PE/CL) na proporção (4,5:3,5:2,0). Demonstramos que a adsorção de cit c nativo segue um perfil cooperativo e padrões esperados de variação de afinidade e cooperatividade em pHs 6,8, 7,4 e 8,0. Um modelo matemático foi desenvolvido para tratar as curvas de ligação de cit c, que é uma adaptação do modelo de Hill para adsorção de proteínas em superfícies. Os resultados de SPR juntamente com dados obtidos por Microscopia de Força Atômica (AFM) sugerem que a ligação cooperativa de cit c com HBM ocorre devido à reorganização das moléculas de CL e formação de domínios fosfolipídicos. O tratamento dos resultados cinéticos da dissociação de cit c por cálcio indica a existência de duas constantes de velocidade de dissociação (kd), sendo a primeira constante (kd1) relacionada à perda das interações eletrostáticas entre a proteína e a HBM, e a segunda (kd2) à perda das interações hidrofóbicas. Além disso, a dissociação do cit c do modelo estudado requer uma concentração mínima de cálcio de 30 µM para se tornar significativa. O estudo da interação entre moléculas de cit c foto-oxidadas (citc405) e a HBM de PC/PE/CL sugerem que ela ocorre com menor afinidade, nos três pHs estudados, se comparados aos resultados com cit c nativo. Além disso, nossos resultados sugerem que o citc405 não é facilmente dissociado por cálcio devido à perda da cooperatividade na interação. Possíveis implicações em eventos celulares destas descobertas, como a liberação do cit c da IMM e a iniciação da apoptose, são discutidas / The aim of this work was to develop membrane biosensors based on Surface Plasmon Resonance (SPR) and to apply them to study the interactions between cytochrome c (cyt c) and model membranes. SPR is an optical technique that provides high-sensitivity measurements of refractive index (n), allowing the characterization of the adsorption and desorption of molecules near interfaces. Initially we developed a flow gradient system connected to SPR, which was called FIG-SPR, and demonstrated the automated determination of the concentration gradient of refractive index (dn/dC) of different materials and biopolymers. The development of the membrane biosensors was initiated by studying the factors that affect the formation of a hybrid bilayer membrane (HBM). HBMs are composed of two monolayers: an alcanethiol monolayer adsorbed on gold over which is adsorbed a layer of phospholipids. The formation of an HBM depends on the fusion of phospholipid vesicles on hydrophobic surfaces, a process that is not well understood at the molecular level. Our results showed that in the presence of calcium and spermine the complete formation of an HBM is facilitated, i.e., the phospholipid monolayer reaches the expected thickness of about 20Å\'. However, in low ionic strength solutions the lipid layer that is formed is not homogeneous. We have also demonstrated that in the presence of 150 mM of calcium the time necessary for the formation of the lipid monolayer is reduced 14 times when compared to the times suggested in the literature. The homogeneity of the HBM and its superficial charge were verified with the adsorption and desorption of cyt c and bovine serum albumine (BSA). The adsorption and desorption of cyt c in different HBMs were studied including a model of the internal mitochondrial membrane (IMM), which is made of phosphatidylcholine, phosphatidylethanolamine and cardiolipin (PC/PE/CL) in the ratio (4,5: 3,5: 2,0). We demonstrated that the adsorption of native cyt c follows a cooperative profile showing expected changes in affinity and cooperativity in different solution pHs of 6,8, 7,4 and 8,0. A mathematical model, which is an adaptation of the Hill model for adsorption of proteins in surfaces, was developed to treat the binding curves of cyt c. The results of SPR together with those obtained by Atomic Force Microscopy (AFM) suggested that the cooperative binding of cyt c in HBMs occurs due to the reorganization of CL molecules and formation of phospholipid domains. The kinetic results of the dissociation of cyt c induced by calcium indicates the existence of two velocity constants (kd), being the larger (kd1) related to the dissociation of cyt c interacting electrostatically with the HBM, and the smaller (kd2) related to the dissociation of cyt c interacting hydrophobically with the HBM. Moreover, the dissociation of cyt c from the HBM requires a minimum calcium concentration of 30 µM. The study of the interaction between photo-oxidized cyt c molecules (cytc405) and the PC/PE/CL HBM suggests that it occurs with smaller affinity when compared with the results obtained with the native cyt c. Moreover, cytc405 is not easily dissociated by calcium due to the loss of the interaction cooperativity with the HBM. Possible implications of these discoveries in cellular events, such as the release of cyt c from the IMM and the initiation of apoptosis, are discussed

Sonder la matière en utilisant des nanoparticules luminescentes nécessite une compréhension de chaque processus pouvant modifier leurs propriétés optiques. Cette thèse se focalise sur l'influence de l'environnement diélectrique sur la luminescence de deux types de nanoobjets : (i) des boites quantiques colloïdales (QDs), et (ii) des nanobâtonnets d'or. L'objectif est d'évaluer les potentialités de ces nanostructures comme sondes locales de l'environnement diélectrique.L'évolution de la dynamique de relaxation de QDs dans différents environnements diélectriques est interprétée en terme d'indice de réfraction effectif local. Cette étude montre qu'une analyse détaillée de la sensibilité des QDs à l'environnement permet de les utiliser comme nanosondes biologiques d'indice de réfraction. Nous présentons également une nouvelle méthode pour l'encapsulation de QDs en matrice diélectrique solide, à travers le dépôt par laser pulsé. Les émetteurs peuvent être protégés par des films minces et subir des perturbations non-destructives et réversibles de leur environnement proche, à l'échelle de la particule unique, tout en analysant la dynamique de fluorescence. Finalement, la sensibilité de la résonance plasmon de nanobâtonnets d'or à l'approche d'une interface diélectrique est également sondée, puis comparée a celle des boites quantiques / Probing systems using luminescent nanoparticles requires the understanding of all the processes that influence the luminescence properties. This thesis focuses on the influence of the dielectric environment on the luminescence of two types of nanoparticles : (i) colloidal quantum dots (QDs), and (ii) gold nanorods. The aim of this work is to evaluate the potential of these nanostructures to act as local probes of the dielectric environment. The evolution of the relaxation dynamics of QDs in various dielectric media is interpreted in terms of local effective refractive index. This work shows that a detailed analysis of the sensitivity of the QDs to the environment allows their use as biological nanoprobes of refractive index. We furthermore present a new method for the encapsulation of QDs in a solid dielectric matrix, using pulsed laser deposition. The emitters can be incorporated in thin films and their local environment can be modified in a reversible and non-destructive way, while the emission dynamics is investigated at the single emitter level. Finally, the sensitivity of the surface plasmon resonance of gold nanorods to an approching dielectric interface is also studied, and compared to the one found for QDs