Made available in DSpace on 2014-06-12T18:02:25Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo580_1.pdf: 8577996 bytes, checksum: f3131fb1d04dd0dbaa93ce9dbada65e3 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2009 / Universidade Federal do Piauí / Nesta trabalho foi estudado as propriedades ópticas não-lineares de vidros especiais e filmes finos dopados com nanopartículas usando diferentes técnicas ópticas não-lineares. A Varredura Z com Eclipse com controle de efeitos térmicos é a principal técnica empregada, possibilitando a distinção dos efeitos térmicos e eletrônicos nas propriedades ópticas não-lineares de terceira ordem. Além disso, outras técnicas experimentais ópticas tais como chaveamento kerr e franjas de maker foram usadas para auxiliar na discussão e estudo dos materiais apresentados neste trabalho. Vidros de Telúrio (TeO2 −ZnO−Na2O) codopados com diferentes composições foram caracterizados utilizando um laser que emite pulsos de 150 fs e 800 nm de comprimento de onda. Valores do índice de refração não-linear, n2, da ordem de 10−15 cm2/W foram medi- dos e coeficientes de absorção não-linear, α2, menor que 0.1 cm/GW foram estimados. Além disso, foi observado tempos de resposta óptico não-linear ultra-rápidos menores que 200 fs e excelentes propriedades mecânicas. Vidros do tipo tungstato-bismutofosfato (com a com- posição NaPO3−WO3−Bi2O3) também foram caracterizados com um laser de fentosegundos em 800nm com valores de n2 da ordem (8-15)×10−16 cm2/W. Indicadores de mérito foram calculados e os resultados mostram que estes vidros especiais têm potencialidades para o uso de dispositivos fotônicos. A técnica de a Polarização Eletrotérmica é também apresentada, a qual é capaz de realizar uma quebra de simetria num material centrosimétrico. Quando o material é submetido a este processo é observado a presença de uma camada com deficiência de íons positivos capaz gerar uma susceptibilidade de segunda ordem, que permite pensar em aplicações de chaveamentos totalmente óptico por meio do campo elétrico. Submetemos vidros com a composição 23K2O 27Nb2O5 50SiO2 a este processo de polarização, e então encontramos valores de d33 = 3.9pm/V(coeficiente não-linear óptico) e LNL = 8.0 μm(espessura não-linear) por meio da técnica de Franjas de Maker, mostrando que é possível observar geração de segundo har- mônico no material centrosimétrico. Por meio do mapeamento micro-Raman confocal obser- vamos as modificações estruturais devido ao processo de polarização na amostra. Finalmente são reportados experimentos sobre filmes finos dopados com nanopartículas, as quais contribuem no incremento das propriedades ópticas devido a efeito de ressonância de plasmon superficial. Foram estudados filmes de óxido de chumbo-germanato contendo nanopartículas de cobre (Cu) e óxido de cobre (Cu2O) e filmes finos de nanopartículas de prata (Ag) depositados em substratos de Sílica e Pirex, ambos depositados por sputtering de RF. Observamos altas não-linearidades ópticas com valores de n2 maiores por três ordens grandeza em comparação com o CS2 (Dissulfeto de Carbono) que apresenta alta não-linearidade. Ob- servamos melhoria nos indicadores de mérito, outro fator importante no desenvolvimento de aplicações em materiais fotônicos

Made available in DSpace on 2014-06-12T18:02:53Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo628_1.pdf: 2760892 bytes, checksum: 4f4d01b62e823ef377d8dde927160f8b (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2010 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Esta tese está dividida em duas partes. Na primeira parte da tese estudamos as propriedades ópticas não lineares de monocamadas de partículas de ouro com tamanhos nanométricos depositadas por sputtering DC e filmes finos com nanoestruturas de ouro/sílica com 1 micrômetro de espessura preparados por co-sputtering RF ambos os materiais depositados sobre substratos dielétricos. As propriedades ópticas não lineares destes materiais foram determinadas usando a técnica de varredura Z para um comprimento de onda de excitação de 800 nm com 150 fs de largura temporal do pulso. A técnica de varredura Z permite a determinação dos índices de refração e absorção não linear simultaneamente usando um único feixe. Devido ao uso de um laser com alta taxa de repetição (76 MHz), foi usada a técnica de varredura Z com controle do efeito térmico ou acumulativo, desenvolvida no nosso laboratório em 2007, que permite separar os efeitos não lineares de origem eletrônica (rápidos) dos demais efeitos (lentos). Para os filmes de ouro preparados pela técnica de sputtering, foram obtidos valores de n2 (índice de refração não linear) da ordem de 10−11 a 10−12 cm2/W bem como valores da ordem de 10−7 e 10−6 cm/W para o α2(índice de absorção não linear). Para os filmes preparados pela técnica de co-sputtering RF foram obtidos valores da ordem de 10−11 e 10−9 cm2/W para o n2. Os efeitos do tratamento térmico dos filmes na não linearidade óptica também foram explorados. Na segunda parte da tese foi estudado o impacto do uso da amplificação Raman em fibras ópticas no meio óptico de transmissão de um sistema híbrido de distribuição de sinais de radio frequência (RF) em médias e longas distâncias usando fibras ópticas. Este sistema chamado RF-sobre-fibra surgiu há algum tempo como alternativa para o crescente aumento das comunicações baseados em tecnologia como GSM, 3G, Wi-fi e WiMAX, que utilizam frequência de operação no intervalo de 1GHz a 10GHz. Medidas foram realizadas usando um amplificador Raman montado no laboratório e as figuras de mérito obtidas mostram que a amplificação Raman é uma técnica adequada para operar nestes tipos de sistema

Made available in DSpace on 2014-06-12T18:04:22Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo4283_1.pdf: 8876271 bytes, checksum: 735bab43023dcf40e5c5246605b39b21 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2008 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Propriedades ópticas não lineares de vidros especiais e colóides foram estudadas usando a técnica de varredura z ( z-scan ). Esta técnica permite determinar o índice de refração não linear e o coeficiente de absorção não linear usando o principio de auto-focalização ou des-focalização do feixe quando este passa por um meio não linear. Vidros formados a partir de polifosfato e ortofosfato de antimônio foram caracterizados usando lasers com pulsos de 150 fs na faixa de comprimentos de onda usados para telecomunicações (1400 nm 1600 nm). Valores do índice de refração não linear, n2, da ordem de 10-15 cm2/W foram medidos e coeficientes de absorção não linear, &2, menores do que 0.003 cm/GW foram estimados. Indicadores de mérito foram calculados e os resultados mostram que estes materiais têm potencialidades para o uso como chaves ópticas. Vidros da família Sb-Ge-S também foram caracterizados usando um laser que opera em 1560 nm, com pulsos de 65 fs e taxa de repetição de 50 MHz. Devido à alta taxa de repetição foi empregada a técnica de varredura z com controle de efeito térmico. Valores de n2 da ordem de 10-13 cm2/W foram medidos e os indicadores de mérito estimados mostram que este material é um bom candidato para aplicações em fotônica. No caso dos colóides foram estudados colóides com nanopartículas de óxido de níquel e prata, usando um laser Nd:YAG em 532 nm com largura do pulso de 80 picosegundos. A partir dos resultados obtidos foi calculada a susceptibilidade óptica não linear das partículas usando o modelo de Maxwell-Garnett. Para o colóide de NiO em tolueno foi determinado um alto índice de refração não linear da ordem de 10-13 10-12 cm2/W e baixa absorção não linear (<0.2 cm/GW) para frações volumétricas da ordem de 10-7 10-8. Nos colóides de prata foi estudada a influência do estabilizante e do solvente nas propriedades ópticas lineares e não lineares. Da expressão para o coeficiente de extinção obtido da teoria Mie, foi ajustado o espectro de absorção usando o parâmetro de espalhamento, A. Diferentes valores de A foram obtidos e sua relação com as propriedades ópticas não lineares foi discutida. Os resultados não lineares mostraram que o estabilizante e o meio podem mudar em S100% e S300% os valores da susceptibilidade de terceira ordem, respectivamente.

Nesta tese estudamos a relação entre as propriedades de absorção de multi-fótons e a estrutura molecular de três classes distintas de compostos orgânicos &pi;-conjugados: derivados de vitamina A, complexos de platina acetilada e compostos quirais. Materiais orgânicos emergiram nas últimas décadas como candidatos para aplicações em dispositivos fotônicos, principalmente aqueles envolvendo processos de absorção multifotônica, uma vez que suas propriedades podem ser facilmente otimizadas através de engenharia molecular. Devido às diferenças inerentes entre as estruturas químicas dos compostos aqui investigados, foi possível verificar individualmente a influência do comprimento de conjugação, da presença de grupos doadores e aceitadores de elétrons (estruturas push-pull), da planaridade molecular e de efeitos de comprimento de ligação sobre a seção de choque de absorção multifotônica. Para tanto, foram utilizadas as técnicas de Varredura-Z convencional e com contínuo de luz branca, espectroscopia de fluorescência por absorção de multi-fótons e fluorescência resolvida no tempo. Para correlacionar as propriedades moleculares com os espectros não-lineares, foram utilizados cálculos de química quântica em conjunto com o modelo de soma de estados essenciais. Através desse modelo foi possível associar aspectos puramente moleculares, como o momento de dipolo de transição, o momento de dipolo estático, a força do oscilador e a largura de linha dos estados eletrônicos com a estrutura molecular dos cromóforos, visando futuras aplicações tecnológicas. Resultados de espectroscopia de absorção de dois fótons revelaram que os derivados da vitamina A, como o trans-&beta;-apo-8-carotenal e all-trans &beta;-caroteno, possuem magnitudes da seção de choque extremamente elevadas (~5000 GM), indicando-os como materiais promissores para armazenamento óptico 3D. Os complexos de platina acetilada apresentaram características impares para aplicações em dispositivos de limitação de potência óptica baseados em processos de absorção de dois e três fótons como, elevadas absortividades não-lineares, boa transparência óptica, baixo limiar de limitação, alto intervalo dinâmico e rápido tempo de resposta. Por fim, os compostos quirais abriram possibilidades de explorar novos efeitos em óptica não-linear como, por exemplo, efeito de dipolo magnético e quadrupolo elétrico, apenas modificando o estado de polarização da luz. / In this thesis we studied the relationship between the multi-photon absorption properties and the molecular structure of three distinct classes of &pi;-conjugated organic compounds: derivatives of vitamin A, platinum acetylide complexes and chiral compounds. Organic materials have emerged as potential candidates for applications involving multiphoton absorption, since their properties can be changed through molecular engineering. Because of the inherent differences between the molecular structures of the compounds investigated here, it was possible to verify the influence of conjugation length, electron donor and acceptors groups (push-pull structures), molecular planarity and effects of bond length alternation on the multi-photon absorption cross-section. To investigate such properties, we have employed the conventional and white-light continuum femtosecond Z-scan technique and multi-photon and time-resolved fluorescence spectroscopy. We have also employed quantum chemical calculation and the essential sum-over-states approach to correlate the impact of molecular properties on the nonlinear spectra. It was possible to link pure molecular features such as transition dipole moment, static dipole moment, oscillator strength and states linewidth with the chromophores structures, aiming at future applications. The two-photon absorption spectroscopy results revealed that the derivatives of vitamin A, such as trans-&beta;-apo-8-carotenal and all-trans &beta;-carotene, present cross-sections values extremely high (~ 5000 GM), indicating them as promising materials for 3D optical storage. The platinum acetylide complexes can be applied in optical power limiting devices based on the two- and three-photon absorption process, since they present unique features, such as high nonlinearity, good optical transparency, low threshold limit, high dynamic range and fast response time. Finally, the chiral compounds opened up new possibilities to be explored in nonlinear optics, such as the effect of magnetic dipole and electric quadrupole, only manipulating the polarization state of the light.

A utilização de laser para estudo, análise e caracterização de materiais é de imensa importância no desenvolvimento e progresso da ciência e tecnologia, melhorando ciclicamente a área de ótica não linear (ONL). Estudos do comportamento de compostos orgânicos cujas estruturas são &pi; conjugadas mostram sua ampla aplicabilidade em dispositivos eletrônicos e na área medicinal. A adição de grupos laterias doadores ou aceitadores de elétrons têm a capacidade de aumentar os efeitos ópticos não lineares nestes compostos, otimizando suas propriedades. Nesta dissertação de mestrado, foram realizados estudos em compostos orgânicos focados em suas características ópticas não lineares. Nove derivados de chalconas e quatro derivados de azometinas foram analisadas através da técnica de espalhamento hiper-Rayleigh (HRS) e da técnica de varredura-z, cujos efeitos óticos não lineares observados correspondem à segunda e terceira ordem da polarizabilidade, respectivamente. Com o espalhamento hiper-Rayleigh, foram determinadas a primeira hiperpolarizabilidade &beta;HRS cujo valor mais alto foi 24×10&minus;30 cm5/esu para as chalconas e 273×10&minus;30 cm5/esu para as azometinas. A técnica de varredura-z foi utilizada para determinar o espectro da seção de choque de absorção de dois fótons (&sigma;2PA) cujos valores de pico das moléculas derivadas de chalconas são de aproximadamente 15 GM e algumas apresentaram estados excitados que são permitidos apenas por absorção de dois fótons. Duas das moléculas derivadas de azometinas apresentaram valores de pico da ordem de 12 GM, uma não apresentou absorção de dois fótons e uma apresentou valor de pico de 55 GM. Além disso, foi utilizado o método de Soma-Sobre-Estados (SOS - do inglês Sum-Over-States) para determinar os momentos de dipolo de transição e diferença de momentos de dipolo permanente de todos os derivados. / The use of lasers for study, analyses and characterization of materials are of great importance for progress and development of science and technology, improving in a cyclic way the nonlinear optics area (NLO). Studies of the behave of &pi;-conjugated organic compounds show its wide applicability in electronic devices and in the medicinal area. Adding electron donor or acceptor lateral groups to these compounds may alter its nonlinear optical effects, optimizing its properties. In this Master dissertation, studies on organic compounds focused in its nonlinear optical characteristics were realized. Nine chalcone derivatives and four azomethines derivatives were analyzed using the Hyper-Rayleigh Scattering technique (HRS) and Z-Scan technique, by which the nonlinear optical effects observed corresponds to the second and third order of the polarizabilities, respectively. With the HRS the first hyperpolarizability &beta;HRS was determined, which the highest values was of 24×10&minus;30 cm5/esu for the chalcones, and 273×10&minus;30 cm5/esu for the azomethines. The Z-Scan technique was utilized for determining the two-photon cross-section &sigma;2PA which peak values of the chalcone derivatives were of approximately 15 GM and some of them presented excited states that are only allowed by two-photon absorption. Two of the azomethines derivatives molecules presented peak values of the order of 12 GM, one of them did not present two-photon absorption, and one presented peak value of 55 GM. Furthermore, the Sum-Over-States (SOS) method was used to determine the transition dipole momentums and the difference of permanent dipole momentum of all of the derivatives.

Neste trabalho, estudamos alguns colóides magnéticos dos tipos iônico e surfactado com partículas de estrutura tipo espinélio. Usamos a técnica de varredura-Z para investigar as amostras nas escalas de tempo de femtossegundos e milissegundos. Medimos o índice de refração não-linear nas duas escalas de tempo. Na escala de milissegundos todas as amostras apresentaram comportamento tipo lente divergente, e os valores obtidos são da ordem de 10^(-7) cm^2/W. Na escala de femtossegundos, as amostras iônicas apresentaram comportamento tipo lente convergente, com valores típicos do índice de refração não-linear da ordem de 10^(11) cm^2/W. Também medimos a absorção não-linear na escala de tempo de femtossegundos. Os valores obtidos são da ordem de 10^2 cm/GW. Com os dados obtidos na escala de femtossegundos calculamos a susceptibilidade elétrica de terceira ordem (chi(3)). O módulo de chi(3) encontrado é da ordem de 10^(-17) m^2/V^2 (ou 10^(-9) esu). Obtivemos evidências experimentais da contribuição da susceptibilidade elétrica de quinta-ordem nas medidas de absorção não-linear. Verificamos a presença do efeito de tamanho das partículas no valor de chi(3) ao estudar partículas de mesma composição e de diâmetros diferentes. / In this work, we studied some magnetic colloids of kind ionic and surfacted with particles of spinel struture. We used the Z-Scan technique to investigate the samples in the time scales of femto- and milliseconds. We measured the nonlinear refractive index in both time scales. In the scale of milliseconds all samples showed divergent-lens-type behavior, and the obtained values are of order of 10^(-7) cm^2/W. In the femtoseconds scale, the ionic-type samples have convergent-lens-type behavior, with the typical values of order of 10^(11) cm^2/W. Also we measured the nonlinear absorption in the femtoseconds time scale. The obtained values are of order of 10^2 cm/GW. With the data obtained in the femtoseconds time scale we calculated the third-order electric susceptibilities (chi(3)). The found modulus of chi(3) is of order of 10^(-17) m^2/V^2 (or 10^(-9) esu). We obtained experimental evidences that fifth-order electric susceptibilities can contribute to the measurements of nonlinear absorption. We observed the dependence of particles\' size effect in the values of chi(3) in the studies of particles of the same composition and different diameters.

Neste trabalho, estudamos as características fotofísicas da porfirina mesotetrasulfonatofenil (TPPS4) em sua forma protonada e não protonada. Foi obtido o conjunto completo dos parâmetros fotofísicos de estados excitados da TPPS4 em solução aquosa e na presença de micelas do surfactante catiônico brometo de cetiltrimetilamônio (CTAB). Os parâmetros obtidos foram: seções de choque do estado fundamental e dos excitados singleto e tripleto, tempos de vida dos estados excitados singleto e tripleto, taxas de decaimento radiativo, da conversão interna e do cruzamento intersistemas e rendimentos quânticos da fluorescência e do estado tripleto. Foram empregadas as técnicas ópticas lineares espectroscópicas de absorção UV/Vis, de fluorescência estática e resolvida no tempo, flash-fotólise e uma técnica óptica não linear Varredura-Z. Comparando os dados obtidos com os da literatura confirmamos que a técnica Varredura-Z em todos os regimes utilizados é confiável e útil para estudo das características dos estados excitados. Foi observado que a protonação afeta todos os parâmetros obtidos: aumenta todas as taxas da decaimento da energia de excitação, diminuindo assim os tempos de vida dos estados excitados, aumenta o rendimento quântico da fluorescência e diminui o do estado tripleto. Através de dois regimes da Varredura-Z: amplificação paramétrica (OPA) e de pulsos ultracurtos de luz branca (LB), foi obtido o espectro de absorção do estado singleto excitado na região de 460 a 800 nm. Foi observado que a forma da TPPS4 protonada possui uma alta absorção do estado singleto excitado na região de 460 a 620 nm. Analisando os resultados obtidos podemos concluir que a TPPS4 é um composto promissor para aplicação como limitador óptico na região espectral visível e como uma chave óptica, sendo que na forma não protonada ela será eficiente na escala de femto- a picossegundos, enquanto que na forma protonada na escala de femto- a nanossegundos. Na presença de micelas de CTAB os parâmetros obtidos estão próximos dos valores encontrados para porfirina não protonada e completamente diferente daqueles da forma protonada. Além disso, na aplicação da Varredura-Z em regime LB foi observado um efeito acumulativo, devido à dispersão temporal da luz branca (chirp). Este efeito é mais pronunciado para forma protonada, devido sua banda Q de absorção coincidir com a região de maior potência da luz branca. / In this work, we study photophysical characteristics of meso-tetrakis sulphonatophenyl porphyrin (TPPS4) in protonated and nonprotonated states. We obtained the whole set of photophysical parameters of TPPS4 excited states in homogeneous aqueous solution and in the presence of micelles from cationic detergent cetyltrimethylammonium bromide (CTAB). The parameters obtained were: ground and excited singlet and triplet states cross sections; intersystemcrossing, internal conversion and radiative rate constants; singlet and triplet states life times and fluorescence and triplet state quantum yields. The techniques employed were linear optical ones: UV/Vis absorption and fluorescence spectroscopies, time-resolved fluorescence, flash-photolysis, and nonlinear Z-scan. We have confirmed, comparing obtained date with those from literature, that Z-scan in all its applied regimes is reliable and useful to study the excited state characteristics. It was observed that protonation affects all TPPS4 photophysical parameters: increases all rate constants of the excited energy dissipation thus reducing the excited state lifetimes, increases the fluorescence quantum yield and reduces the triplet state quantum yield. The singlet excited state absorption spectrum was obtained in the 460-800 nm region, with two Z-scan regimes: optical parametric amplification - OPA with 120-140 fs pulses and white light ultrashort pulses. It was observed that the protonated TPPS4 form possesses intense absorption of its singlet excited state in the 460-620 nm region. Basing on the obtained date analysis we can conclude that TPPS4 is promising for application as optical limiters in the visible spectral range and optical switching: in its nonprotonated form it can be effective in the range from femto- up to picoseconds while in its protonated form in the range from femto- up to nanoseconds. In the presence of CTAB micelles the TPPS4 parameters were close to those found for its nonprotonated state and completely different from the values for the protonated one. Besides, we observed an accumulative effect due to white light time dispersion (chirp), which was more pronounced for the protonated state, since its Q absorption band coincided with white light high potency region.

Nesta dissertação, propomos um método que combina a técnica de varredura-Z e a luz branca supercontínua gerada em uma fibra fotônica para caracterizar o espectro de não-linearidades de amostras. O espectro não-linear fornece informações cruciais a respeito da característica, da origem e do potencial da não-linearidade para aplicação em dispositivos. Neste sentido, a luz branca supercontínua aliada à técnica de varredura-Z vem permitir uma rápida determinação de espectros numa banda larga. Neste trabalho, a luz branca foi gerada numa fibra fotônica comercial bombeada por pulsos de femtossegundo de um oscilador laser de Ti:safira. Tanto os lasers de femtosegundo quanto as fibras fotônicas estão se tornando cada vez mais acessíveis. Ademais, a técnica de varredura-Z é um método bastante conhecido para a determinação de não-linearidades devido à sua simplicidade e precisão. Dessa forma, aliamos essas vantagens para fazer um aparato simples, compacto e de baixo custo. Em geral, a determinação do espectro de não-linearidades necessita de sistemas lasers complexos que possam sintonizar o comprimento de onda. O método de varredura-Z de luz branca desenvolvido aqui foi usado para medir o espectro não-linear do corante disperse red 13 (DR13) em metanol. Esse corante possui um efeito não-linear absortivo (absorção saturada) bem caracterizado, sendo um bom material não apenas para calibração, mas também para testar nosso sistema experimental. Os resultados experimentais comprovaram a viabilidade do sistema para caracterização de amostras com efeitos não-lineares absortivos intensos. / In this dissertation, we proposed a method that combines the Z-scan technique and the white-light continuum generated by a photonic crystal fiber to characterize the nonlinear spectrum of materials. The nonlinear spectrum provides crucial information on the characteristic, the origin and the potential of the nonlinearity for devices application. In this sense, the white-light continuum allied to the Z-scan technique allows fast spectra determination in a broad spectral range. In this work, the white light was generated in a commercial photonic crystal fiber pumped by femtosecond pulses from a Ti:sapphire laser oscillator. Both the femtosecond lasers and the photonic crystal fibers are becoming more accessible. In addition, the Z-scan technique is a well-known method for nonlinearities determination due to its simplicity and precision. In this way, we merged these advantages to make a simple, compact and low-cost apparatus for studying nonlinear samples. In general, the nonlinear spectrum determination requires complex laser systems which are able to tune the wavelength. The white-light Z-scan method we developed here was used to measure the nonlinear spectrum of disperse red 13 (DR13) dye in methanol. This dye presents a well-characterized absorcive nonlinear effect (saturable absorption), being a good material not only to calibrate, but also to test our experimental setup. The experimental results confirmed the viability of the setup for characterizing samples with strong nonlinear absorption effect.

Neste trabalho, estudamos as características fotofísicas da porfirina mesotetrasulfonatofenil (TPPS4) em sua forma protonada e não protonada. Foi obtido o conjunto completo dos parâmetros fotofísicos de estados excitados da TPPS4 em solução aquosa e na presença de micelas do surfactante catiônico brometo de cetiltrimetilamônio (CTAB). Os parâmetros obtidos foram: seções de choque do estado fundamental e dos excitados singleto e tripleto, tempos de vida dos estados excitados singleto e tripleto, taxas de decaimento radiativo, da conversão interna e do cruzamento intersistemas e rendimentos quânticos da fluorescência e do estado tripleto. Foram empregadas as técnicas ópticas lineares espectroscópicas de absorção UV/Vis, de fluorescência estática e resolvida no tempo, flash-fotólise e uma técnica óptica não linear Varredura-Z. Comparando os dados obtidos com os da literatura confirmamos que a técnica Varredura-Z em todos os regimes utilizados é confiável e útil para estudo das características dos estados excitados. Foi observado que a protonação afeta todos os parâmetros obtidos: aumenta todas as taxas da decaimento da energia de excitação, diminuindo assim os tempos de vida dos estados excitados, aumenta o rendimento quântico da fluorescência e diminui o do estado tripleto. Através de dois regimes da Varredura-Z: amplificação paramétrica (OPA) e de pulsos ultracurtos de luz branca (LB), foi obtido o espectro de absorção do estado singleto excitado na região de 460 a 800 nm. Foi observado que a forma da TPPS4 protonada possui uma alta absorção do estado singleto excitado na região de 460 a 620 nm. Analisando os resultados obtidos podemos concluir que a TPPS4 é um composto promissor para aplicação como limitador óptico na região espectral visível e como uma chave óptica, sendo que na forma não protonada ela será eficiente na escala de femto- a picossegundos, enquanto que na forma protonada na escala de femto- a nanossegundos. Na presença de micelas de CTAB os parâmetros obtidos estão próximos dos valores encontrados para porfirina não protonada e completamente diferente daqueles da forma protonada. Além disso, na aplicação da Varredura-Z em regime LB foi observado um efeito acumulativo, devido à dispersão temporal da luz branca (chirp). Este efeito é mais pronunciado para forma protonada, devido sua banda Q de absorção coincidir com a região de maior potência da luz branca. / In this work, we study photophysical characteristics of meso-tetrakis sulphonatophenyl porphyrin (TPPS4) in protonated and nonprotonated states. We obtained the whole set of photophysical parameters of TPPS4 excited states in homogeneous aqueous solution and in the presence of micelles from cationic detergent cetyltrimethylammonium bromide (CTAB). The parameters obtained were: ground and excited singlet and triplet states cross sections; intersystemcrossing, internal conversion and radiative rate constants; singlet and triplet states life times and fluorescence and triplet state quantum yields. The techniques employed were linear optical ones: UV/Vis absorption and fluorescence spectroscopies, time-resolved fluorescence, flash-photolysis, and nonlinear Z-scan. We have confirmed, comparing obtained date with those from literature, that Z-scan in all its applied regimes is reliable and useful to study the excited state characteristics. It was observed that protonation affects all TPPS4 photophysical parameters: increases all rate constants of the excited energy dissipation thus reducing the excited state lifetimes, increases the fluorescence quantum yield and reduces the triplet state quantum yield. The singlet excited state absorption spectrum was obtained in the 460-800 nm region, with two Z-scan regimes: optical parametric amplification - OPA with 120-140 fs pulses and white light ultrashort pulses. It was observed that the protonated TPPS4 form possesses intense absorption of its singlet excited state in the 460-620 nm region. Basing on the obtained date analysis we can conclude that TPPS4 is promising for application as optical limiters in the visible spectral range and optical switching: in its nonprotonated form it can be effective in the range from femto- up to picoseconds while in its protonated form in the range from femto- up to nanoseconds. In the presence of CTAB micelles the TPPS4 parameters were close to those found for its nonprotonated state and completely different from the values for the protonated one. Besides, we observed an accumulative effect due to white light time dispersion (chirp), which was more pronounced for the protonated state, since its Q absorption band coincided with white light high potency region.

Nos últimos anos, a busca por materiais com altas não linearidades ópticas tem crescido rapidamente devido as suas potencias aplicações em diversas áreas das ciências, que vão de biologia até fotônica. O processo de absorção de dois fótons, por exemplo, têm sido usado em limitação óptica, micro-fabricação tridimensional, armazenamento óptico e microscopia por fluorescência. Neste trabalho, investigamos o processo de absorção de dois fótons em moléculas orgânicas e organometálicas, buscando colaborar com os esforços que vêm sendo feitos para aprofundar a compreensão dos aspectos envolvidos na absorção não linear. Os espectros de absorção de dois fótons de derivados de perilenos tetracarboxílicos, derivados de fenil-bifenilamina e complexos acetilados de platina foram determinados através da técnica de Varredura Z com pulsos ultracurtos. Para os derivados de perilenos, utilizando a técnica de Varredura Z com luz branca, observamos sutis estruturas no espectro não linear, as quais estão relacionadas a estados permitidos por dois fótons na região do ultra-violeta. A existência de tais estados foi confirmada através de cálculos usando teoria do funcional da densidade. O espectro de absorção de dois fótons para os complexos acetilados de platina apresentam bandas em torno de 600 nm, com seções de choque relativamente altas, da ordem de 640 GM. A ampla janela de transparência desses compostos na região do visível os torna interessantes candidatos para dispositivos de limitação óptica assistida por dois fótons. Por fim, as amostras da família fenil-bifenilamina mostraram uma combinação entre os efeitos não lineares do grupo fenil-bifenilamina e do grupo azoaromático, a qual pode ser explorada em dispositivos de armazenamento óptico tri-dimensional. / In the last few years, the design and characterization of novel materials exhibiting high optical nonlinearities is the subject of a fast-growing interest because of their potential application in various fields, from biology to photonics. Two-photon absorption processes, for example, have been used for optical limiting, three-dimensional microfabrication, optical data storage and fluorescence imaging. In this work we investigate the two-photon absorption in organic and organometallic molecules, aiming at the understanding of aspects related to the nonlinear absorption. The two-photon absorption spectra of perylene derivatives, phenyl-diphenylamine derivatives and Platinum Acetylide Complexes were measured using the Z-scan technique with ultrashort pulses. For perylene derivatives, using the white-light continuum Z-scan, we were able to observe subtle structures in nonlinear spectra, which are related to two-photon allowed states in the UV region. Such transitions were confirmed using density functional theory. The two-photon absorption spectrum of Pt-acetylene complexes revealed bands around 600 nm, with relatively high two-photon absorption cross-section in the order of 1000 GM. The broad transparence windows exhibited by these compounds in the visible make them promising candidates for optical limiting devices assisted by two-photon absorption. Finally, the phenyl-biphenylamine samples exhibited a combination between effects from the phenyl-biphenylamine group and the azoaromatic groups, which can be explored in tri-dimensional optical storage devices.