A novel detection technique to estimate the amount of chirp in fiber Bragg gratings (FBGs) is proposed. This method is based on the fact that reflectivity at central wavelength of FBG reflection changes with strain/temperature gradient (linear chirp) applied to the same. Transfer matrix approach was used to vary different grating parameters (length, strength and apodization) to optimize variation of reflectivity with linear chirp. Analysis is done for different sets of ‘FBG length-refractive index strength’ combinations for which reflectivity vary linearly with linear chirp over a decent measurement range. This work acts as a guideline to choose appropriate grating parameters in designing sensing apparatus based on change in reflectivity at central wavelength of FBG reflection. A novel high sensitive FBG strain sensing technique using lasers locked to relative frequency reference is proposed and analyzed theoretically. Static strain on FBG independent of temperature can be measured by locking frequency of diode laser to the mid reflection frequency of matched reference FBG, which responds to temperature similar to that of the sensor FBG, but is immune to strain applied to the same. Difference between light intensities reflected from the sensor and reference FBGs (proportional to the difference between respective pass band gains at the diode laser frequency) is not only proportional to the relative strain between the sensor and reference FBGs but also independent of servo residual frequency errors. Usage of relative frequency reference avoids all complexities involved in the usage of absolute frequency reference, hence, making the system simple and economical. Theoretical limit for dynamic and static strain sensitivities considering all major noise contributions are respectively of the order of 25 pε/ Hz and 1.2nε /

Accurate knowledge of stopping powers is essential for these for quantitative analysis and surface characterization of thin films using ion beam analysis (IBA). These values are also of interest in radiobiology and radiotherapy, and in ion- implantation technology where shrinking feature sizes puts high demands on the accuracy of range calculations. A theory that predicts stopping powers and ranges for all projectile-target combinations is needed. The most important database used to report the stopping powers is the SRIM/TRIM program developed by Ziegler and coworkers. However, other researchers report that at times, these values differ significantly from experimental values. In this study the stopping powers of Si, P and S ions have been measured in Ni, Cu, Ge and GaAs absorbers in the energy range ~ 2-10 MeV. For elemental films of Ni, Cu and Ge, the stopping of heavy ions was measured using a novel ERD (Elastic Recoil Detection) based technique. In which an elastically recoiled lighter atom is used to indirectly measure the energy of the incoming heavy ion using a surface barrier detector. In this way it was possible to reduce the damage and to improve the FWHM of the detector. The results were compared to SRIM-2000 predictions and other experimental measurements. A new technique derived from Molecular Beam Epitaxy (MBE) was developed to prepare stoichiometric GaAs films on thin carbon films for use in transmission ion beam experiments. The GaAs films were characterized using X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) and Particle Induced X-ray Emission (PIXE). These films were used to investigate the stopping powers of energetic heavy ions in GaAs and to provide data for the calculation of Bethe-Bloch parameters in the framework of the Modified Bethe-Bloch theory. As a result of this study, stopping power data are available for the first time for Si and P ions in the energy range 2-10 MeV stopping in GaAs absorbers.

O objetivo do presente trabalho foi o estudo e análise da resposta óptica de dispositivos de cristal fotônico uni-dimensional (1D) fabricados através do uso da tecnologia de silício poroso. Os resultados obtidos neste trabalho apresentam contribuições significativas no desenvolvimento de uma tecnologia para a fabricação de dispositivos ópticos em silício. As principais contribuições deste trabalho estão direcionadas ao aprimoramento dos processos de fabricação de cristais fotônicos 1D e processos de tratamento térmico. Os resultados da análise estrutural através de microscopia óptica de varredura (MEV) e da resposta óptica (refletância ou absorbância) mostraram que dispositivos de cristal fotônico fabricados em soluções altamente diluídas de HF apresentam melhor desempenho, tendo sido otimizado o processo de fabricação utilizando-se uma célula de duplo compartimento (célula dupla). A otimização da resposta óptica dos dispositivos foi atribuída ao efeito de minimização das rugosidades de interface e minimização de efeitos de anisotropia na taxa de corrosão durante o processo de anodização eletroquímica. O processo eletroquímico utilizado para a fabricação de cristais fotônicos 1D apresentou limitação quanto ao número máximo de camadas, sendo observado que dispositivos com número de camadas acima de 60 apresentavam degradação das suas camadas superficiais, comprometendo a resposta óptica do dispositivo. Este resultado foi atribuído a efeitos de diluição química das camadas expostas à solução por longos períodos de processo. Os dispositivos fotônicos 1D mostraram-se sensíveis a processos de recozimento térmico, deslocando suas bandas fotônicas proibidas para regiões de menor comprimento de onda devido à mudança do índice de refração das camadas e aos efeitos de expansão e compressão das camadas constitutivas do dispositivo. Os dispositivos de micocavidade Fabry-Perot mostraram-se mais sensíveis aos processos de recozimento térmico. Os resultados obtidos no presente trabalho vislumbram grandes possibilidades de aplicação dos cristais fotônicos de PS na fabricação de dispositivos ópticos na tecnologia de silício como filtros, lentes, cavidades ressonantes, guias de ondas, grades de difração e dispositivos sensores. / The aim of the present work was to study and analyze the optical response of one- dimensional (1D) photonic crystal devices obtained by using the porous silicon technology. The experimental results obtained from this work showed the significant contribution to the development of a technological process for optical device fabrication in the silicon substrate. The most important contributions of the work are pointed out to improve the electrochemical process for device fabrication and thermal annealing process in order to improve the optical response of the devices. The results obtained from Scanning electronic microscopy (SEM) and from the optical response of the devices, showed that devices fabricated in the double cell and diluted HF solution improved their optical response due to minimization of the anisotropy of corrosion rate and decreasing of the surface roughness between layers. The electrochemical process used for device fabrication showed the existence of limitation on the numbers of layers because of the existence of chemical dissolution effect that became important for long time process. The 1D photonic crystal devices in PS technology showed high sensibility to thermal annealing process, due to the refraction index change after thermal annealing the photonic band gap position shift down to low wavelength region. The Fabry-Perot devices showed higher sensibility to thermal annealing process improving their optical response after annealing process. The results obtained from the present work showed that the PS 1D photonic device could be applied to optical devices fabrication in silicon technology such as optical filters, lenses, resonant cavities, wave-guide devices, diffraction grade and optical sensor device.

O objetivo do presente trabalho foi o estudo e análise da resposta óptica de dispositivos de cristal fotônico uni-dimensional (1D) fabricados através do uso da tecnologia de silício poroso. Os resultados obtidos neste trabalho apresentam contribuições significativas no desenvolvimento de uma tecnologia para a fabricação de dispositivos ópticos em silício. As principais contribuições deste trabalho estão direcionadas ao aprimoramento dos processos de fabricação de cristais fotônicos 1D e processos de tratamento térmico. Os resultados da análise estrutural através de microscopia óptica de varredura (MEV) e da resposta óptica (refletância ou absorbância) mostraram que dispositivos de cristal fotônico fabricados em soluções altamente diluídas de HF apresentam melhor desempenho, tendo sido otimizado o processo de fabricação utilizando-se uma célula de duplo compartimento (célula dupla). A otimização da resposta óptica dos dispositivos foi atribuída ao efeito de minimização das rugosidades de interface e minimização de efeitos de anisotropia na taxa de corrosão durante o processo de anodização eletroquímica. O processo eletroquímico utilizado para a fabricação de cristais fotônicos 1D apresentou limitação quanto ao número máximo de camadas, sendo observado que dispositivos com número de camadas acima de 60 apresentavam degradação das suas camadas superficiais, comprometendo a resposta óptica do dispositivo. Este resultado foi atribuído a efeitos de diluição química das camadas expostas à solução por longos períodos de processo. Os dispositivos fotônicos 1D mostraram-se sensíveis a processos de recozimento térmico, deslocando suas bandas fotônicas proibidas para regiões de menor comprimento de onda devido à mudança do índice de refração das camadas e aos efeitos de expansão e compressão das camadas constitutivas do dispositivo. Os dispositivos de micocavidade Fabry-Perot mostraram-se mais sensíveis aos processos de recozimento térmico. Os resultados obtidos no presente trabalho vislumbram grandes possibilidades de aplicação dos cristais fotônicos de PS na fabricação de dispositivos ópticos na tecnologia de silício como filtros, lentes, cavidades ressonantes, guias de ondas, grades de difração e dispositivos sensores. / The aim of the present work was to study and analyze the optical response of one- dimensional (1D) photonic crystal devices obtained by using the porous silicon technology. The experimental results obtained from this work showed the significant contribution to the development of a technological process for optical device fabrication in the silicon substrate. The most important contributions of the work are pointed out to improve the electrochemical process for device fabrication and thermal annealing process in order to improve the optical response of the devices. The results obtained from Scanning electronic microscopy (SEM) and from the optical response of the devices, showed that devices fabricated in the double cell and diluted HF solution improved their optical response due to minimization of the anisotropy of corrosion rate and decreasing of the surface roughness between layers. The electrochemical process used for device fabrication showed the existence of limitation on the numbers of layers because of the existence of chemical dissolution effect that became important for long time process. The 1D photonic crystal devices in PS technology showed high sensibility to thermal annealing process, due to the refraction index change after thermal annealing the photonic band gap position shift down to low wavelength region. The Fabry-Perot devices showed higher sensibility to thermal annealing process improving their optical response after annealing process. The results obtained from the present work showed that the PS 1D photonic device could be applied to optical devices fabrication in silicon technology such as optical filters, lenses, resonant cavities, wave-guide devices, diffraction grade and optical sensor device.