Submitted by Danielle Karla Martins Silva (danielle.martins@ufpe.br) on 2015-03-06T13:05:51Z No. of bitstreams: 2 Dissertacao final completa.pdf: 3283799 bytes, checksum: fb708d3c8c59f9ea4b40677bd2fe7ac7 (MD5) license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-03-06T13:05:51Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertacao final completa.pdf: 3283799 bytes, checksum: fb708d3c8c59f9ea4b40677bd2fe7ac7 (MD5) license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Previous issue date: 2012 / CAPES ; CNPq / Coloides contendo nanopartículas metálicas são de amplo interesse para aplicações em áreas como fotônica ou plasmônica por apresentarem grande susceptibilidade óptica e resposta temporal ultrarrápida. Estes materiais são atraentes para aplicações de chaveamento e computação óptica, além de poderem ser usados para funções biomédicas como “genomics research” e “targeting” onde se exploram propriedades associadas aos plasmons superficiais das nanopartículas. Nesta Dissertação são analisados dois efeitos ópticos relacionados diretamente à existência do índice de refração não linear em coloides com nanopartículas de prata. Para isto foi utilizado o segundo harmônico de um laser de Nd:YAG cujo comprimento de onda é 532 nm. No primeiro estudo, utilizamos o efeito de Autofocalização para obter as susceptibilidades efetivas de terceira, c(3) e f f , e de quinta ordem, c(5) e f f , de coloides contendo nanopartículas de prata em acetona usando a técnica de Varredura-Z. Variando a concentração das nanopartículas na solução, podemos observar que, devido aos sinais opostos dos índices de refração não lineares das nanopartículas e do solvente, existe certa concentração na qual o índice de refração de terceira ordem do coloide, n2 µ Rec(3) e f f , se anula existindo ainda uma contribuição por parte do índice de refração de quinta ordem, n4 µ Rec(5) e f f . No outro estudo, foi explorado o efeito de Automodulação de fase espacial no coloide, mediante a análise da formação e evolução de padrões de difração de um feixe gaussiano que atravessa a amostra. Foi possível observar que a variação de fase induzida pelo índice de refração não linear, não tem um comportamento linear com a intensidade, verificando assim, as contribuições de termos de altas ordens.

Neste trabalho, apresentamos uma extensão da técnica de varredura-Z baseada na análise espectral da evolução temporal da transmitância, quando um feixe laser é modulado numa freqüência f. As componentes de Fourier da evolução temporal da transmitância em f e 2f estão respectivamente relacionadas com os efeitos lineares e não-lineares e sua razão pode ser usada na eliminação de efeitos lineares. Este método, denominado varredura-Z resolvida em frequência, permite um aumento significativo na sensibilidade da técnica de varredura-Z em medidas de absorvedores lentos. Tal método se combinado com \"EZ-scan\" permite medidas de modulação de fase correspondentes a distorções da frente de onda de λ/105. A aplicabilidade bem como a sensibilidade desta técnica foram demonstradas em medidas realizadas em absorvedores lentos, especificamente o rubi e o aluminato de gadolínio dopado com cromo. Tais materiais são convenientes para estes fins, pois já tiveram suas não-linearidades investigadas anteriormente por diversos métodos. Como aplicação da técnica fizemos medidas das propriedades ópticas lineares e não-lineares em uma amostra de vidro fluoroindato dopado com cromo. Observamos que os valores de n2 (λ) seguem a curva de absorção desse material, e propomos um modelo que relaciona a origem da não-linearidade com as transições eletrônicas que ocorrem na região do visível. / This work presents an extension of the Z-scan technique based on the spectral analysis of the transmittance time-evolution when the laser beam is modulated at a frequency f. The Fourier components of the transmittance time-evolution at f and 2f are respectively related to the linear and nonlinear effects and their ratio can be used to eliminate spurious linear effects. This method, known as frequency resolved Z-scan, allows a significative increase in the sensitivity of the Z-scan technique for measurements of slow absorbers. When combined with the EZ-scan technique, it can measure transmittance changes corresponding to wavefront distortions of λ/105. The demonstration of the technique was carried out for slow absorbers, ruby and chromium-doped gadolinium aluminate. Such materials were conveniently chosen for this purpose since their optical nonlinearities are well stablished. As an application, we present linear and nonlinear optical properties of a chromium-doped fluorindate glass sample. We found that the values of n2 (λ) follow the absorption curve in this material and we have proposed a model which relates the origin of the nonlinearity with the electronic transitions that occur in the visible region of the spectrum.

A técnica de varredura-z tem sido bastante utilizada para a determinação do índice de refração não-linear (n2) em meios transparentes. Apresentamos neste trabalho uma análise teórica e resultados da técnica de varredura-z por reflexão, visando o estudo de efeitos térmicos em amostras que possuem coeficientes de absorção muito grandes. Extensões à técnica, tais como: a varredura-z resolvida no tempo e varredura-z resolvidas em freqüência puderam ser aplicadas para medir efeitos térmicos, pois estes são relativamente lentos nos materiais que medimos (água, polímero e vidro). Das componentes linear e quadrática da evolução temporal da transmitância, ou, da segunda componente de Fourier de curvas obtidas em duas freqüências, pode-se extrair parâmetros térmicos como: a capacidade térmica por unidade de massa e a difusividade térmica. Propriedades térmicas são de grande interesse na usinagem de peças, e em estudos sobre tensões estruturais e novos materiais. Pela teoria aqui desenvolvida, dada as constantes térmicas, é possível distinguir os efeitos térmicos e eletrônicos nas amostras que apresentam os dois. / The Z-Scan technique is the most popular one for the determination of the nonlinear index of refraction (n2) of transparent media. In this work we present a theoretical analysis and results of the reflection z-scan technique, aiming the research of thermal effects in highly absorbing materials. Extensions of the technique, such as the time resolved z-scan and the frequency resolved z-scan could be applied to measure thermal effects because they are relatively slow in the materials that we have measured (water, polystyrene and glass). From the linear and quadratic terms of the transmittance time evolution, or, from the second Fourier component of curves obtained in two frequencies, one can extract thermal parameters like: the heat capacity per unit mass and the thermal diffusion coefficient. Thermal properties are of great interest in the manufacture of pieces, and in the study of structure strains and new materials. By the theory presented here, if thermal constants are given, one can distinguish between thermal and electronic effects in samples that present both.

Neste trabalho são estudadas algumas propriedades ópticas de tetrâmeros de anilina em solução, usando o dimetil sulfóxido (DMSO) como solvente. Os espectros de absorção e emissão permitiram uma determinação aproximada dos níveis de energia do tetrâmero. Para a caracterização das propriedades ópticas não lineares foram utilizadas as técnicas de varredura-Z resolvida em freqüência e com trem de pulsos. Com a primeira foram determinados os parâmetros térmicos relacionados ao solvente, enquanto que com a segunda foram caracterizadas as não linearidades eletrônicas associadas aos estados excitados das moléculas. Além disso, foi possível obter a dinâmica das não linearidades presentes nas soluções, que apresentam um processo acumulativo relacionado à formação de uma lente térmica induzida pelo perfil gaussiano do laser. / This work reports on the optical properties of aniline tetramers in dimethyl sulfoxide (DMSO) solutions. Absorption and emission spectra allowed a rough estimate of the energy levels of the aniline tetramers. Nonlinear optical properties were studied with the frequency resolved Z-scan technique and with the Z-scan technique with pulse trains. The former determined the thermal parameters of the solvent, while the latter characterized electronic nonlinearities associated to molecular excited states. Moreover, we could analyze the dynamics of the optical nonlinearities and verify the presence of an accumulative process related to thermal lensing.

Apresentamos neste trabalho uma nova técnica de medida dos termos não-lineares do coeficiente de absorção (beta) e do índice de refração (n_2). Esta nova técnica, denominada Varredura Z de Reflexão Inclinada, aumenta a sensibilidade da Varredura Z de Reflexão em cerca de 30 vezes pelo emprego de um feixe polarizado com incidência inclinada sobre a amostra em estudo. Para uma polarização paralela ao plano de incidência, temos um máximo de sensibilidade nas proximidades do ângulo de Brewster para materiais transparentes, ou do ângulo de mínima reflexão em materiais absortivos. Conseguimos por este método medir variações do índice de refração da ordem de 10^{-4} em absorvedores saturáveis (Aluminato de Gadolínio - GdAlO_{3}:Cr^{+3}). Tais medidas não seriam possíveis sem o aumento obtido na sensibilidade e o uso de uma alta resolução no sistema de aquisição (melhor que 0,1% em intensidade). / We present in this work a new technique that we developed for the measurements of nonlinear coefficients of the absorption (beta) and from the refractive index (n_2). The use of a polarized beam in this new technique (Reflection Z-Scan with Inclined Incidence) increases the set-up sensibility of the conventional RZ-Scan measurement in 30 times. For parallel polarization of the beam to the incidence plane, we can see an increase in the measurement sensibility as the incident light angle approaches the Brewster angle for transparent materials, or the minimum reflection angle for an absorbing material. We have measured changes in the refractive index as small as 10^{-4} in saturable absorber (Gadolinium Aluminate - GdAlO_{3}:Cr^{+3}). Such measurements would not be possible without the development of the sensitivity enhancement achieved by this technique and a high amplitude resolution on the data acquisition system, as small as 0.1%.

Apresentamos neste trabalho uma nova técnica de medida dos termos não-lineares do coeficiente de absorção (beta) e do índice de refração (n_2). Esta nova técnica, denominada Varredura Z de Reflexão Inclinada, aumenta a sensibilidade da Varredura Z de Reflexão em cerca de 30 vezes pelo emprego de um feixe polarizado com incidência inclinada sobre a amostra em estudo. Para uma polarização paralela ao plano de incidência, temos um máximo de sensibilidade nas proximidades do ângulo de Brewster para materiais transparentes, ou do ângulo de mínima reflexão em materiais absortivos. Conseguimos por este método medir variações do índice de refração da ordem de 10^{-4} em absorvedores saturáveis (Aluminato de Gadolínio - GdAlO_{3}:Cr^{+3}). Tais medidas não seriam possíveis sem o aumento obtido na sensibilidade e o uso de uma alta resolução no sistema de aquisição (melhor que 0,1% em intensidade). / We present in this work a new technique that we developed for the measurements of nonlinear coefficients of the absorption (beta) and from the refractive index (n_2). The use of a polarized beam in this new technique (Reflection Z-Scan with Inclined Incidence) increases the set-up sensibility of the conventional RZ-Scan measurement in 30 times. For parallel polarization of the beam to the incidence plane, we can see an increase in the measurement sensibility as the incident light angle approaches the Brewster angle for transparent materials, or the minimum reflection angle for an absorbing material. We have measured changes in the refractive index as small as 10^{-4} in saturable absorber (Gadolinium Aluminate - GdAlO_{3}:Cr^{+3}). Such measurements would not be possible without the development of the sensitivity enhancement achieved by this technique and a high amplitude resolution on the data acquisition system, as small as 0.1%.

Alta concentração de lipoproteína modificada de baixa densidade (LDL) é um dos fatores que aumentam o risco de doenças cardíacas. As concentrações mais elevadas de LDL modificada estão associadas à aterosclerose nas veias de sangue. A técnica de Z- scan (ZS) foi utilizada para investigar a resposta óptica não-linear da lipoproteína modificada de baixa densidade (moLDL). As características estruturais do mLDL foram estudadas por espalhamento dinâmico de luz. Nesta pesquisa, os experimentos foram realizados em amostras de LDL de 24 pacientes com diabetes e gengivite (grupo 1) e 24 pacientes com diabetes e periodontite (grupo 2). Os experimentos foram repetidos após 6 meses sem qualquer tratamento para o grupo 2 e com um tratamento periodontal para o grupo 1. Os resultados mostram que a amplitude da curva Z-scan no grupo 1 é menor que a do grupo 2. Após 6 meses de tratamento periodontal a amplitude é maior do que antes, depois a concentração de LDL modificado é reduzida nos pacientes tratados. Portanto, o risco cardiovascular para aterosclerose é diminuído após o tratamento periodontal. Além disso, os resultados do espalhamento dinâmico de luz mostram que não há nenhuma mudança estrutural significativa no moLDL entre os dois grupos antes e após 6 meses. / High-concentration of modified low-density lipoprotein (LDL) is one of the factors that increases the risk of heart disease. The higher concentrations of modified LDL are associated with the atherosclerosis in the bloodstream. The Z-scan (ZS) technique was used to investigate the nonlinear optical response of modified low-density lipoprotein (moLDL). The structural characteristics of moLDL were studied by dynamic light scattering. In this work, the experiments were carried out in LDL solution from 24 patients with diabetes and gingivitis (group 1) and 24 patients with diabetes and periodontitis (group 2). The experiments had been repeated after 6 months without any treatment for group 1 and with a periodontal treatment for group 2. The results show that the amplitude of Z-scan curve in group 2 is lower than that of group 1. After 6 months of periodontal treatment the amplitude is getting higher than before, then the concentration of modified LDL is reduced in the patients treated. Therefore, the cardiovascular risk for atherosclerosis is decreased after the periodontal treatment. Also, dynamic light scattering results show that there is not a significant structural change in moLDL between the two groups before and after 6 months.

A técnica de varredura-z tem sido bastante utilizada para a determinação do índice de refração não-linear (n2) em meios transparentes. Apresentamos neste trabalho uma análise teórica e resultados da técnica de varredura-z por reflexão, visando o estudo de efeitos térmicos em amostras que possuem coeficientes de absorção muito grandes. Extensões à técnica, tais como: a varredura-z resolvida no tempo e varredura-z resolvidas em freqüência puderam ser aplicadas para medir efeitos térmicos, pois estes são relativamente lentos nos materiais que medimos (água, polímero e vidro). Das componentes linear e quadrática da evolução temporal da transmitância, ou, da segunda componente de Fourier de curvas obtidas em duas freqüências, pode-se extrair parâmetros térmicos como: a capacidade térmica por unidade de massa e a difusividade térmica. Propriedades térmicas são de grande interesse na usinagem de peças, e em estudos sobre tensões estruturais e novos materiais. Pela teoria aqui desenvolvida, dada as constantes térmicas, é possível distinguir os efeitos térmicos e eletrônicos nas amostras que apresentam os dois. / The Z-Scan technique is the most popular one for the determination of the nonlinear index of refraction (n2) of transparent media. In this work we present a theoretical analysis and results of the reflection z-scan technique, aiming the research of thermal effects in highly absorbing materials. Extensions of the technique, such as the time resolved z-scan and the frequency resolved z-scan could be applied to measure thermal effects because they are relatively slow in the materials that we have measured (water, polystyrene and glass). From the linear and quadratic terms of the transmittance time evolution, or, from the second Fourier component of curves obtained in two frequencies, one can extract thermal parameters like: the heat capacity per unit mass and the thermal diffusion coefficient. Thermal properties are of great interest in the manufacture of pieces, and in the study of structure strains and new materials. By the theory presented here, if thermal constants are given, one can distinguish between thermal and electronic effects in samples that present both.

Neste trabalho são estudadas algumas propriedades ópticas de tetrâmeros de anilina em solução, usando o dimetil sulfóxido (DMSO) como solvente. Os espectros de absorção e emissão permitiram uma determinação aproximada dos níveis de energia do tetrâmero. Para a caracterização das propriedades ópticas não lineares foram utilizadas as técnicas de varredura-Z resolvida em freqüência e com trem de pulsos. Com a primeira foram determinados os parâmetros térmicos relacionados ao solvente, enquanto que com a segunda foram caracterizadas as não linearidades eletrônicas associadas aos estados excitados das moléculas. Além disso, foi possível obter a dinâmica das não linearidades presentes nas soluções, que apresentam um processo acumulativo relacionado à formação de uma lente térmica induzida pelo perfil gaussiano do laser. / This work reports on the optical properties of aniline tetramers in dimethyl sulfoxide (DMSO) solutions. Absorption and emission spectra allowed a rough estimate of the energy levels of the aniline tetramers. Nonlinear optical properties were studied with the frequency resolved Z-scan technique and with the Z-scan technique with pulse trains. The former determined the thermal parameters of the solvent, while the latter characterized electronic nonlinearities associated to molecular excited states. Moreover, we could analyze the dynamics of the optical nonlinearities and verify the presence of an accumulative process related to thermal lensing.

Neste trabalho, apresentamos uma extensão da técnica de varredura-Z baseada na análise espectral da evolução temporal da transmitância, quando um feixe laser é modulado numa freqüência f. As componentes de Fourier da evolução temporal da transmitância em f e 2f estão respectivamente relacionadas com os efeitos lineares e não-lineares e sua razão pode ser usada na eliminação de efeitos lineares. Este método, denominado varredura-Z resolvida em frequência, permite um aumento significativo na sensibilidade da técnica de varredura-Z em medidas de absorvedores lentos. Tal método se combinado com \"EZ-scan\" permite medidas de modulação de fase correspondentes a distorções da frente de onda de λ/105. A aplicabilidade bem como a sensibilidade desta técnica foram demonstradas em medidas realizadas em absorvedores lentos, especificamente o rubi e o aluminato de gadolínio dopado com cromo. Tais materiais são convenientes para estes fins, pois já tiveram suas não-linearidades investigadas anteriormente por diversos métodos. Como aplicação da técnica fizemos medidas das propriedades ópticas lineares e não-lineares em uma amostra de vidro fluoroindato dopado com cromo. Observamos que os valores de n2 (λ) seguem a curva de absorção desse material, e propomos um modelo que relaciona a origem da não-linearidade com as transições eletrônicas que ocorrem na região do visível. / This work presents an extension of the Z-scan technique based on the spectral analysis of the transmittance time-evolution when the laser beam is modulated at a frequency f. The Fourier components of the transmittance time-evolution at f and 2f are respectively related to the linear and nonlinear effects and their ratio can be used to eliminate spurious linear effects. This method, known as frequency resolved Z-scan, allows a significative increase in the sensitivity of the Z-scan technique for measurements of slow absorbers. When combined with the EZ-scan technique, it can measure transmittance changes corresponding to wavefront distortions of λ/105. The demonstration of the technique was carried out for slow absorbers, ruby and chromium-doped gadolinium aluminate. Such materials were conveniently chosen for this purpose since their optical nonlinearities are well stablished. As an application, we present linear and nonlinear optical properties of a chromium-doped fluorindate glass sample. We found that the values of n2 (λ) follow the absorption curve in this material and we have proposed a model which relates the origin of the nonlinearity with the electronic transitions that occur in the visible region of the spectrum.