Neste trabalho, é apresentada uma variação da técnica de espectroscopia por cavidade ressonante tipo ring-down CRDS (do acrônimo em inglês Cavity Ring-Down Spectroscopy) para a obtenção simultânea do espectro de absorção de multicomponentes numa faixa espectral larga do visível. Esta nova técnica se resume no uso do espectro supercontinuum (resultante da irradiação de meios não lineares através de lasers de femtossegundo, ou simplesmente gerada por fontes compactas) como fonte de luz para iluminar a cavidade. Neste contexto são descritas as características dos módulos para a montagem de um MC-SC-CRDS (Multicomponent Supercontinuum Cavity Ring-Down Spectroscopy): os pares de espelhos altamente refletivos, a cavidade ressonante e o sistema de detecção. Alguns problemas relacionados à excitação de multimodos, à luz difusa, ao uso efetivo do intervalo dinâmico de detecção, à baixa resolução do instrumento em resolver linhas estreitas de absorção são situados. Apresentamos os espectros de absorção de H2O (políades 4nu, 4nu + delta ) e O2 (transições proibidas de spin b-X) simultaneamente medidos por essa técnica na faixa do visível, e uma comparação com as linhas de absorção baseadas do banco de dados HITRAN é feita para demonstrar a funcionalidade deste método. / In this work, we present a variation of the technique CRDS (Cavity Ring-Down Spectroscopy) to obtain simultaneously a multicomponent absorption spectrum in a broad visible range. This new approach uses the Supercontinuum (SC) spectrum (resulting from irradiation of nonlinear media by femtosecond lasers, or simply generated by compact sources) as a light source to illuminate the cavity. In this context it is described the features of the modules assembling a MC-SC-CRDS (Multicomponent Supercontinuum Cavity Ring-Down Spectroscopy): a set of high refletivity mirrors, the resonant cavity and the detection system. Some problems related to the multimode excitation, stray light, effective use of the dynamic range of the detector, the poor resolution of the instrument to resolve narrow absorption lines are issued. We present the absorption spectra of H2O (polyads 4nu, 4nu + delta ) and O2 (spin-forbidden b-X branch) measured simultaneously by this technique in the visible range and a comparison with the absorption lines based on HITRAN database is made to demonstrate the functionality of this method.

Neste trabalho, é apresentada uma variação da técnica de espectroscopia por cavidade ressonante tipo ring-down CRDS (do acrônimo em inglês Cavity Ring-Down Spectroscopy) para a obtenção simultânea do espectro de absorção de multicomponentes numa faixa espectral larga do visível. Esta nova técnica se resume no uso do espectro supercontinuum (resultante da irradiação de meios não lineares através de lasers de femtossegundo, ou simplesmente gerada por fontes compactas) como fonte de luz para iluminar a cavidade. Neste contexto são descritas as características dos módulos para a montagem de um MC-SC-CRDS (Multicomponent Supercontinuum Cavity Ring-Down Spectroscopy): os pares de espelhos altamente refletivos, a cavidade ressonante e o sistema de detecção. Alguns problemas relacionados à excitação de multimodos, à luz difusa, ao uso efetivo do intervalo dinâmico de detecção, à baixa resolução do instrumento em resolver linhas estreitas de absorção são situados. Apresentamos os espectros de absorção de H2O (políades 4nu, 4nu + delta ) e O2 (transições proibidas de spin b-X) simultaneamente medidos por essa técnica na faixa do visível, e uma comparação com as linhas de absorção baseadas do banco de dados HITRAN é feita para demonstrar a funcionalidade deste método. / In this work, we present a variation of the technique CRDS (Cavity Ring-Down Spectroscopy) to obtain simultaneously a multicomponent absorption spectrum in a broad visible range. This new approach uses the Supercontinuum (SC) spectrum (resulting from irradiation of nonlinear media by femtosecond lasers, or simply generated by compact sources) as a light source to illuminate the cavity. In this context it is described the features of the modules assembling a MC-SC-CRDS (Multicomponent Supercontinuum Cavity Ring-Down Spectroscopy): a set of high refletivity mirrors, the resonant cavity and the detection system. Some problems related to the multimode excitation, stray light, effective use of the dynamic range of the detector, the poor resolution of the instrument to resolve narrow absorption lines are issued. We present the absorption spectra of H2O (polyads 4nu, 4nu + delta ) and O2 (spin-forbidden b-X branch) measured simultaneously by this technique in the visible range and a comparison with the absorption lines based on HITRAN database is made to demonstrate the functionality of this method.

[pt] Este trabalho mostra um estudo experimental realizado numa cavidade ressonante cilindra, dentro da qual, através de um tubo concêntrico à mesma, escoam fluídos. Dentro desta cavidade é inserida potência em microondas, que tem por objetivo aquecer o fluido escoante. Não é trivial prever-se a distribuição do campo elétrico dentro de uma cavidade ressonante, pois a forma geométrica da cavidade, conjuntamente com diversos parâmetros do material nela inserido, para absorver potência em microondas são variáveis que muito influenciam na intensidade e distribuição do campo eletromagnético interno à mesma. Por isso, ao se aquecer amostras cujas dimensões não permitem analisar-se o grau de absorção de energia através da teoria da perturbação em cavidades, faz-se necessário ema verificação experimental, além da teórica, no estudo do processo. O objetivo deste trabalho é analisar a influência de perturbações do interior da cavidade, visando-se a possibilidade de otimização prática do aquecimento de fluidos nesta. Tais alterações no interior da cavidade são três hastes metálicas localizadas numa seção transversal da mesma, além da variação do diâmetro externo do tubo pelo qual o fluido a ser aquecido escoará. O estudo das cavidades, em busca da otimização do aquecimento dentro das mesmas, traz, como retorno, menor desperdício de energia aplicada nestes sistemas de aquecimento. / [en] This work shows an experimental study accomplished on a cylindrical resonant cavity, inside of which, through a tube concentric to it, fluids flow. Inside the cavity is inserted microwave power, whose aim is to heat the flowing fluid. It s not trivial to foresee the electric field distribution inside a resonant cavity. Its geometric shape, together with several parameters, and the material in it inserted to absorb microwave power are variables that influence on the intensity and electromagnetic field distribution inside de cavity. Therefore, to heat samples whose dimensions don’t allow the absorption degree of energy through perturbation theory in cavities to be analyzed, it is necessary to verify both experimentally and theoretically all the process on study. The objective of this work is to analyze the influences of disturbances inside a cavity, seeking the practical possibility of heating optimization of the fluids inside of it. Such modification consists of three metallic stems placed on a transversal section of the cavity, besides the variation of the tubes external diameter where the fluid to be heated will flow. The cavitie s study, seeking for the optimization of the heating inside of it, has a result less waste of applied energy on these heating systems.

Neste trabalho, foi desenvolvido um laser pulsado utilizando um chaveador-Q passivo em uma cavidade com a tecnologia de controle de modo por duplo-passo. Utilizando um cristal de Nd:LiYF4 com 0,8 mol% de dopagem, foi possível gerar um pulso com duração de 5,5 ns (FWHM), com 1,2 mJ de energia e potência pico de 220 kW para utilização na técnica Cavity Ring-Down Spectroscopy (CRDS). A técnica (CRDS), que pode ser traduzida por espectroscopia de cavidade ressonante, é utilizada para medida de espectros de absorção de gases, líquidos e sólidos. Com a técnica CRDS é possível medir perdas com altíssimo grau de precisão, ressaltando sua sensibilidade que é confirmada pela utilização de espelhos com alta refletividade. Foram avaliadas, com essa técnica, as perdas por reflexão e espalhamento de materiais transparentes. Após a calibração da cavidade ressonante, foi possível medir as perdas nas amostras com resolução de até 0,045%, sendo o valor máximo alcançado de 1,73%. Essa calibração foi possível, pois obteve se um tempo de decaimento de aproximadamente 20 μs com a cavidade desobstruída. Também foi conseguido um método de determinação do índice de refração dos materiais transparentes com precisão de cinco casas decimais. / In this work, a pulsed and Q-switched laser resonator was developed using the double-beam mode-controlling technique. A Nd:LiYF4 crystal with 0,8mol% of doping concentration was used to generate a giant pulse with duration of 5,5 ns (FWHM), 1,2 mJ of energy and 220 kW peak power for the Cavity Ring-Down Spectroscopy (CRDS) technique. The CRDS technique is used to measure absorption spectra for gases, liquids and solids. With the CRDS technique it is possible to measure losses with high degree of accuracy, underscoring the sensitivity that is confirmed by the use of mirrors with high reflectivity. With this technique, the losses by reflection and scattering of transparent materials were evaluated. By calibrating the resonant cavity, it was possible to measure the losses in the samples with resolution of 0,045%, the maximum being reached by 1,73%. The calibration was possible because there was obtained to measure a decay time of approximately 20 μs with the empty cavity. Besides was obtained a method for determining the refractive index of transparent materials with accuracy of five decimals.

Dispositivos fotônicos têm estado continuamente no foco das pesquisas científicas, particularmente em aplicações para comunicações ópticas e sensoriamento. Por outro lado, as dimensões desses dispositivos são restringidas pelo limite de difração de Abbe. Esse limite tem se mostrado como o grande gargalo no desenvolvimento de novas tecnologias em microscopia óptica, litografia de projeção óptica, óptica integrada, e armazenamento óptico de dados, por limitar as dimensões e a capacidade de integração destes dispositivos. Felizmente, a \"plasmônica\" surgiu como um novo campo de estudo, possibilitando a superação dessa limitação por meio da propagação da luz em modos de plasmon-poláritons de superfície - SPP (Surface Plasmon Polariton). De maneira simplificada, SPPs são campos eletromagnéticos confinados em regiões menores que o comprimento de onda da luz. A geração de SPP ocorre por meio da excitação coletiva de elétrons na interface entre dois meios, metal-dielétrico, que se acoplam com a onda eletromagnética incidente. Pesquisadores logo perceberam que guias de onda baseados em SPP poderiam transportar a mesma banda de informação que um dispositivo fotônico convencional e serem tão localizados quanto dispositivos eletrônicos (elétrons têm maior capacidade de confinamento que fótons). Dessa maneira, alterando a estrutura da superfície de um metal, as propriedades dos SPPs - em particular sua interação com a luz - podem ser manipuladas, oferecendo potencial para o desenvolvimento de novos tipos de dispositivos fotônicos. Com isso, nanoestruturas capazes de guiar, dividir ou mesmo sintonizar a luz tornaram-se realidade. No presente trabalho, o fenômeno de geração de SPPs é estudado teoricamente e aplicado na modelagem de diversas estruturas de interesse científico e tecnológico, tais como filtros de cavidade ressonante e ressoadores em anel. O objetivo principal é a obtenção de estruturas capazes de filtrar ou sintonizar comprimentos de onda, minimizando as perdas ao máximo. Com isso, espera-se estender e explorar ainda mais o leque de possíveis aplicações. / Photonic devices have continuously been in the focus of scientific research, particularly for optical communications and sensing applications. On the other hand, the dimensions of these devices are well known to be limited by the Abbe\'s diffraction limit. This limit has been the major bottleneck in developing new technologies in optical microscopy, lithography projection optics, integrated optics, and optical data storage, as it limits the size and ability to integrate these devices. Fortunately, the field of \"Plasmonics\" has emerged and devices whose dimensions overcome the difraction limit have now become reality. This is possible with the propagation of light in the form of Surface Plasmon Polariton - SPP that, in a simplified way, is an electromagnetic field confined in regions smaller than the wavelength of light. SPP occurs via collective excitation of electrons at the interface between two media, metal-dielectric, as a result of the coupling with an incident electromagnetic wave. Researchers soon realized that waveguides based on SPP could carry the same band of information as that of a conventional photonic device and yet be as localized as electronic devices (electrons have a greater capacity for confinement than photons). Thus, changing the structure of the surface of a metal, the properties of SPPs - in particular its interaction with light - can be manipulated, offering potential for the development of new types of photonic devices. Thus, nanostructures capable of transferring, guiding, splitting, or even tuning the light have now become reality. In this work, the phenomenon of generation of SPPs is theoretically investigated and applied to various structures of scientific and technological interest, such as filters and cavity resonators. The main objective is to obtain structures that are able to filter or tune wavelengths, minimizing losses as much as possible. As a result, we expect to extend and explore even further the range of possible applications.

Neste trabalho, foi desenvolvido um laser pulsado utilizando um chaveador-Q passivo em uma cavidade com a tecnologia de controle de modo por duplo-passo. Utilizando um cristal de Nd:LiYF4 com 0,8 mol% de dopagem, foi possível gerar um pulso com duração de 5,5 ns (FWHM), com 1,2 mJ de energia e potência pico de 220 kW para utilização na técnica Cavity Ring-Down Spectroscopy (CRDS). A técnica (CRDS), que pode ser traduzida por espectroscopia de cavidade ressonante, é utilizada para medida de espectros de absorção de gases, líquidos e sólidos. Com a técnica CRDS é possível medir perdas com altíssimo grau de precisão, ressaltando sua sensibilidade que é confirmada pela utilização de espelhos com alta refletividade. Foram avaliadas, com essa técnica, as perdas por reflexão e espalhamento de materiais transparentes. Após a calibração da cavidade ressonante, foi possível medir as perdas nas amostras com resolução de até 0,045%, sendo o valor máximo alcançado de 1,73%. Essa calibração foi possível, pois obteve se um tempo de decaimento de aproximadamente 20 μs com a cavidade desobstruída. Também foi conseguido um método de determinação do índice de refração dos materiais transparentes com precisão de cinco casas decimais. / In this work, a pulsed and Q-switched laser resonator was developed using the double-beam mode-controlling technique. A Nd:LiYF4 crystal with 0,8mol% of doping concentration was used to generate a giant pulse with duration of 5,5 ns (FWHM), 1,2 mJ of energy and 220 kW peak power for the Cavity Ring-Down Spectroscopy (CRDS) technique. The CRDS technique is used to measure absorption spectra for gases, liquids and solids. With the CRDS technique it is possible to measure losses with high degree of accuracy, underscoring the sensitivity that is confirmed by the use of mirrors with high reflectivity. With this technique, the losses by reflection and scattering of transparent materials were evaluated. By calibrating the resonant cavity, it was possible to measure the losses in the samples with resolution of 0,045%, the maximum being reached by 1,73%. The calibration was possible because there was obtained to measure a decay time of approximately 20 μs with the empty cavity. Besides was obtained a method for determining the refractive index of transparent materials with accuracy of five decimals.

Dispositivos fotônicos têm estado continuamente no foco das pesquisas científicas, particularmente em aplicações para comunicações ópticas e sensoriamento. Por outro lado, as dimensões desses dispositivos são restringidas pelo limite de difração de Abbe. Esse limite tem se mostrado como o grande gargalo no desenvolvimento de novas tecnologias em microscopia óptica, litografia de projeção óptica, óptica integrada, e armazenamento óptico de dados, por limitar as dimensões e a capacidade de integração destes dispositivos. Felizmente, a \"plasmônica\" surgiu como um novo campo de estudo, possibilitando a superação dessa limitação por meio da propagação da luz em modos de plasmon-poláritons de superfície - SPP (Surface Plasmon Polariton). De maneira simplificada, SPPs são campos eletromagnéticos confinados em regiões menores que o comprimento de onda da luz. A geração de SPP ocorre por meio da excitação coletiva de elétrons na interface entre dois meios, metal-dielétrico, que se acoplam com a onda eletromagnética incidente. Pesquisadores logo perceberam que guias de onda baseados em SPP poderiam transportar a mesma banda de informação que um dispositivo fotônico convencional e serem tão localizados quanto dispositivos eletrônicos (elétrons têm maior capacidade de confinamento que fótons). Dessa maneira, alterando a estrutura da superfície de um metal, as propriedades dos SPPs - em particular sua interação com a luz - podem ser manipuladas, oferecendo potencial para o desenvolvimento de novos tipos de dispositivos fotônicos. Com isso, nanoestruturas capazes de guiar, dividir ou mesmo sintonizar a luz tornaram-se realidade. No presente trabalho, o fenômeno de geração de SPPs é estudado teoricamente e aplicado na modelagem de diversas estruturas de interesse científico e tecnológico, tais como filtros de cavidade ressonante e ressoadores em anel. O objetivo principal é a obtenção de estruturas capazes de filtrar ou sintonizar comprimentos de onda, minimizando as perdas ao máximo. Com isso, espera-se estender e explorar ainda mais o leque de possíveis aplicações. / Photonic devices have continuously been in the focus of scientific research, particularly for optical communications and sensing applications. On the other hand, the dimensions of these devices are well known to be limited by the Abbe\'s diffraction limit. This limit has been the major bottleneck in developing new technologies in optical microscopy, lithography projection optics, integrated optics, and optical data storage, as it limits the size and ability to integrate these devices. Fortunately, the field of \"Plasmonics\" has emerged and devices whose dimensions overcome the difraction limit have now become reality. This is possible with the propagation of light in the form of Surface Plasmon Polariton - SPP that, in a simplified way, is an electromagnetic field confined in regions smaller than the wavelength of light. SPP occurs via collective excitation of electrons at the interface between two media, metal-dielectric, as a result of the coupling with an incident electromagnetic wave. Researchers soon realized that waveguides based on SPP could carry the same band of information as that of a conventional photonic device and yet be as localized as electronic devices (electrons have a greater capacity for confinement than photons). Thus, changing the structure of the surface of a metal, the properties of SPPs - in particular its interaction with light - can be manipulated, offering potential for the development of new types of photonic devices. Thus, nanostructures capable of transferring, guiding, splitting, or even tuning the light have now become reality. In this work, the phenomenon of generation of SPPs is theoretically investigated and applied to various structures of scientific and technological interest, such as filters and cavity resonators. The main objective is to obtain structures that are able to filter or tune wavelengths, minimizing losses as much as possible. As a result, we expect to extend and explore even further the range of possible applications.