Foram realizados estudos da síntese e do crescimento de cristais de BaY2F8:TR (TR= Nd3+; Pr3+; Er3+; Tb3+; Dy3+) simplesmente dopados e codopados (Nd3+:Dy3+ ; Nd3+:Pr3+) por meio do método de fusão por zona (FZ). Os cristais crescidos foram caracterizados quanto a sua estrutura por Difração de raios-x (DRX) e Difração de nêutrons (DN) com análise pelo método de Rietveld. Foi também estudado o comportamento na fusão deste material puro e dopado com elementos terras raras trivalentes através de: microscopia eletrônica de varredura (MEV) e espectroscopia dispersiva de raios-x (EDS). A concentração final de dopantes, bem como, sua distribuição nos cristais crescidos foi estimada e, quando possível, foi ainda calculado o coeficiente de segregação de cada dopante nesta matriz. Os cristais foram também analisados por espectroscopia de absorção e emissão no caso dos materiais duplamente dopados, sendo observada evidencias de transferência de energia Nd-Pr na região UV. Foram obtidos cristais com dimensões da ordem de 40 mm x 10mm com boa qualidade óptica e estrutural adequados para estudos espectroscópicos e testes de ação laser com bombeamento por laser de diodo. Experiências preliminares de crescimento de fibras monocristalinas desta matriz pura e dopada com Tb3+, pelo método de crescimento de micro-pulling down, foram também realizadas visando uma avaliação do método aplicado a este fluoreto. Foram obtidas apenas fibras translúcidas com diâmetro constante sendo necessária maior investigação sobre o crescimento de fibras deste material puro ou dopado. / Synthesis and Growth process of single crystals of BaY2F8:TR (TR= Nd3+; Pr3+; Er3+; Tb3+;Dy3+) single-doped and co-doped (Nd3+ :Dy3+ ; Nd3+:Pr3+) were performed by Zone Melting method (ZM). The grown crystals were characterized by X-ray diffraction (XRD) and Neutron Diffraction (ND) and analyzed by the Rietveld Method. The melting behavior of this pure and trivalent rare earth doped-fluoride was investigated also by scanning electron microscopy (MEV) and X-ray energy dispersive spectroscopy (EDS). The concentration and distribution of the dopants in the grown crystals were measured, and when feasible, the segregation coefficient was estimated. The single crystals were also analyzed by absorption spectroscopy and emission spectroscopy in the case of the co-doped crystals. Evidences of the occurrence of energy transfer process in the UV for Nd-Pr were detected. From the study of the growth process single crystals of 40mm x 10mm in size, with good optical and structural quality were obtained for spectroscopy studies and tests of laser emission. Initial experiments were also performed in the growth of single crystalline fibers of this host doped with Tb3+, by the micro-pulling down method aiming a preliminary evaluation of the use of this growth process. Only semi-transparent fibers were obtained. Additional studies are necessary to improve the growth of single crystalline fibers of this fluoride.

Foram realizados estudos da síntese e do crescimento de cristais de BaY2F8:TR (TR= Nd3+; Pr3+; Er3+; Tb3+; Dy3+) simplesmente dopados e codopados (Nd3+:Dy3+ ; Nd3+:Pr3+) por meio do método de fusão por zona (FZ). Os cristais crescidos foram caracterizados quanto a sua estrutura por Difração de raios-x (DRX) e Difração de nêutrons (DN) com análise pelo método de Rietveld. Foi também estudado o comportamento na fusão deste material puro e dopado com elementos terras raras trivalentes através de: microscopia eletrônica de varredura (MEV) e espectroscopia dispersiva de raios-x (EDS). A concentração final de dopantes, bem como, sua distribuição nos cristais crescidos foi estimada e, quando possível, foi ainda calculado o coeficiente de segregação de cada dopante nesta matriz. Os cristais foram também analisados por espectroscopia de absorção e emissão no caso dos materiais duplamente dopados, sendo observada evidencias de transferência de energia Nd-Pr na região UV. Foram obtidos cristais com dimensões da ordem de 40 mm x 10mm com boa qualidade óptica e estrutural adequados para estudos espectroscópicos e testes de ação laser com bombeamento por laser de diodo. Experiências preliminares de crescimento de fibras monocristalinas desta matriz pura e dopada com Tb3+, pelo método de crescimento de micro-pulling down, foram também realizadas visando uma avaliação do método aplicado a este fluoreto. Foram obtidas apenas fibras translúcidas com diâmetro constante sendo necessária maior investigação sobre o crescimento de fibras deste material puro ou dopado. / Synthesis and Growth process of single crystals of BaY2F8:TR (TR= Nd3+; Pr3+; Er3+; Tb3+;Dy3+) single-doped and co-doped (Nd3+ :Dy3+ ; Nd3+:Pr3+) were performed by Zone Melting method (ZM). The grown crystals were characterized by X-ray diffraction (XRD) and Neutron Diffraction (ND) and analyzed by the Rietveld Method. The melting behavior of this pure and trivalent rare earth doped-fluoride was investigated also by scanning electron microscopy (MEV) and X-ray energy dispersive spectroscopy (EDS). The concentration and distribution of the dopants in the grown crystals were measured, and when feasible, the segregation coefficient was estimated. The single crystals were also analyzed by absorption spectroscopy and emission spectroscopy in the case of the co-doped crystals. Evidences of the occurrence of energy transfer process in the UV for Nd-Pr were detected. From the study of the growth process single crystals of 40mm x 10mm in size, with good optical and structural quality were obtained for spectroscopy studies and tests of laser emission. Initial experiments were also performed in the growth of single crystalline fibers of this host doped with Tb3+, by the micro-pulling down method aiming a preliminary evaluation of the use of this growth process. Only semi-transparent fibers were obtained. Additional studies are necessary to improve the growth of single crystalline fibers of this fluoride.

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:38:21Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:05:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 05678.pdf: 6012797 bytes, checksum: fe9d7fe0fee771d558f91a7bffb7cfa3 (MD5) / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP

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Submitted by Marco Antonio Oliveira da Silva (maosilva@ipen.br) on 2017-11-09T11:26:50Z No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2017-11-09T11:26:50Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Os lasers Raman permitem a exploração de novos comprimentos de onda, não comumente acessíveis, graças ao Espalhamento Raman Estimulado. Unidos a processos de conversão não linear, abrem-se campos para emissão de comprimentos de onda na região do visível no espectro eletromagnético. Com uma mesma configuração, diversas combinações de cristais possibilitam a geração de múltiplas frequências, transformando esse tipo de laser em um dispositivo compacto e barato quando comparado com outras tecnologias existentes. Este trabalho apresenta a busca da conversão intracavidade em frequências de lasers Raman, em uma configuração linear. Com dois comprimentos de onda de bombeamento de energia (797 nm e 872 nm), diodos semicondutores foram utilizados para acessar dois picos de absorção do cristal Nd:YLF. O bombeamento em 797 nm levou a emissão fundamental em 908 nm. E através do cristal KGW, com linhas de emissão Stokes, um novo comprimento de onda foi alcançado, em 990 nm. Com o cristal dobrador, BiBO, soma de frequência e segundo harmônico foram gerados, permitindo as emissões em uma região espectral azul bastante larga (450 500 nm). Com o bombeamento em 872 nm, uma emissão de três níveis no cristal Nd:YLF não foi possível, conseguindo apenas a emissão em 1064 nm, linha comum para cristais de neodímio. Uma outra cavidade foi estudada, porém com bombeamento em 880 nm e cristal de Nd:YVO4, conhecido por ser self-Raman. Com uma configuração linear semelhante à anteriormente citada, somente sua linha de emissão fundamental em 914 nm foi obtida, não sendo possível com as condições trabalhadas a emissão Stokes, que permitisse dar continuidade ao estudo. / Dissertação (Mestrado em Tecnologia Nuclear) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

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Luminescence measurements have been applied to three different structures namely, sulphate, fluorides and YAG. In all cases the RE doping suppresses the intrinsic emission and results in intense luminescence characteristic of the RE dopant. Additionally, in double doped samples, or contaminated ones, the TL data show that each dopant defines a glow peak, which is displaced in temperature relative to the others. Examples of this were discussed for CaS04:Ce,Mn; YAG:Nd,Tb,Cr,Mn; BaF2:Ho,Ce and BaF2:Tm,Ce. The data are discussed in terms of an energy transfer model between different parts of extended defect complexes which encompass the RE ion and the lattice defects. Calcium sulphate doped with Dy define a TL peak near 200°C suitable for radiation measurements, but when co-doped with Ag the TL peak move to higher temperatures with minor effects on the peak sensitivity. In Ce,Mn double doped samples, the peak temperatures differ by -7°C between the Ce and Mn sites. The TL glow curves from alkaline earth fluorides are complex and contain several overlapping peaks. Curve fitting show that the peak maxima below room temperature are insensitive to the RE dopant. Additionally the host material has a modest effect on the peak positions. Above room temperature each dopant provides a TL curve specific to the added RE ion and do not show common peaks. Concentration has many effects on the resultant glow curve, and even at the lowest concentration used here (0.01%) there is evidence of cluster formation. Samples with high RE content show low values of the frequency factor consistent with the energy transfer model in that the emission from RE-RE cluster dominates over the emission from direct charge recombination within the defect complex. The effect of concentration and the TL mechanism operating below room temperature are also discussed. Luminescence signals from the near surface of YAG:Nd (via CL) were contrasted with those from the bulk material via RL. Results indicate that the outer few micron layers differ significantly in luminescence response from the bulk crystal. The differences were ascribed to result from solvents that enter the YAG lattice during the growth stage or subsequently from cleaning treatments via the dislocations caused by cutting and polishing. Additionally, the growth stage may include gases from the residual air in the growth furnace trapped into the YAG lattice. In each case there is a discontinuity in luminescence intensity and/or emission wavelengths at temperatures which mach the phase transitions of the contaminants. At the transition temperature there will be a sudden pressure change and this will induce surface expansion or bulk compression. The differences between the two cases were detected by the alternatives of CL and RL excitation, where the Nd or Er lines have moved in opposite directions. The detection of such low concentrations of solvents/trapped gases by luminescence is extremely difficult due to experimental limitations. Hence their role in luminescence generation is normally ignored.