Nesta tese são apresentados resultados inovadores de puxamento e caracterização de fibras cristalinas de compostos presentes no diagrama de fases de equilíbrio La2O3 - Ta2O5. Os compostos La3TaO7 (Ponto de Fusão: 2020 ºC), LaTaO4 (1930 ºC), LaTa3O9 (1850 ºC), La2Ta12O33 (1890 ºC), LaTa5O14 e LaTa7O19 mais os óxidos precursores Ta2O5 (1872 ºC) e La2O3 (2315 ºC) foram crescidos pela técnica Laser-heated pedestal growth (LHPG). Cristais no formato de fibras, com diâmetros que variaram de 250 a 2200 μm e comprimentos de até 60 mm, foram obtidos em atmosfera aberta a partir da fusão de pedestais preparados por extrusão a frio e na composição estequiométrica desejada. Diagramas de velocidade de puxamento em função do diâmetro da fibra foram construídos para se definir as condições experimentais ideais para o crescimento de cristais transparentes e livres de defeitos, como microtrincas. Um estudo térmico na interface sólido-líquido foi realizado para o composto Ta2O5 de modo a determinar o diâmetro do cristal máximo que é possível de se obter sem a ocorrência de trincas associadas ao stress térmico. A estrutura cristalina das fibras de Ta2O5 foi determinada como monoclínica, quando dopada com íons terras-raras em concentração nominal superior a 1 mol% apresentaram a estrutura como triclínica. Cristais de La2O3 também foram obtidos. Porém o La2O3 é altamente higroscópico, transformaram-se em La(OH)3. Os cristais La3TaO7, LaTaO4, LaTa3O9, La2Ta12O33, LaTa5O14 e LaTa7O19 puros e, quando possível dopados com íons terras-raras (Nd+3, Tm+3 e Eu+3, foram caracterizados estruturalmente, por difração de raios X e em alguns casos, por espectroscopia micro-Raman, e opticamente, usando as técnicas de absorção óptica e fotoluminescência. / Innovative results related to the pulling and characterization of crystalline fibers of compounds in the La2O3 - Ta2O5 phase diagram. Structural and optical characterizations were carried out to evaluate the quality of the crystals grown. Compounds such as La3TaO7 (Melting point: 2020 ºC), LaTaO4 (1930 ºC), LaTa3O9 (1850 ºC), La2Ta12O33 (1890 ºC), LaTa5O14 e LaTa7O19 and the end member Ta2O5 (1872 ºC) and La2O3 (2315 ºC) precursors were grown by laser-heated pedestal growth (LHPG). Fibers of lengths of up to 60 mm and with diameters ranging from 250 to 2200 μm were obtained in open atmosphere from the melting of pedestals with stoichiometric compositions that are prepared by the cold extrusion process. Diagrams of pulling rate on the fiber diameter were built to define experimental conditions for the growth of transparent crystals and free defect, such as microcracks. A study on thermal solid-liquid interface was performed for the Ta2O5 compound to determine the maximum diameter of the crystal it is possible to obtain without the occurrence of cracks associated with thermal stress. The crystal structure of the fibers of Ta2O5 was monoclinic, with the exception of as-doped rare-earth ions in nominal concentration more than 1 mol% which was determined as triclinic. Transparent La2O3 crystals were grown and verified which its absorbed water from the environment and transformed into La(OH)3. The crystals La3TaO7, LaTaO4, LaTa3O9, La2Ta12O33, LaTa5O14 and LaTa7O19 pure and, when possible doped rare-earth ions (Nd+3, Tm+3, Eu+3), were characterized by X-ray diffraction, and in some cases, by micro-Raman spectroscopy, and optically, using the techniques of optical absorption and photoluminescence.

O presente trabalho apresenta um amplo estudo das propriedades espectroscópicas de fibras cristalinas de CMO:NdNbO4 e CVO:Nd3+, visando aplicações como novos meios ativos excitados por laser de diodo. As fibras em estudo, foram crescidas pela técnica de LHPG (Laser Heated Pedestal Growth) a qual permitem uma rápida obtenção de fibras, em dimensões já apropriadas para a confecção de mini lasers, sem a utilização de cadinhos, com excelente qualidade cristalina e baixa perda de material. Para uma completa caracterização, foram realizados os cálculos de Judd Ofelt, baseando-se nos espectros de absorção óptica, como ferramenta para a calibração e interpretação dos experimentos de luminescência, emissão estimulada (SE), absorção do estado excitado (ESA) obtido por duas técnicas: (a) pela técnica de bombeio e feixe de prova contínuos em um esquema de dupla modulação e (b) pela técnica de excitação do estado excitado (ESE). Estes resultados mostraram que ambos os materiais possuem baixos valores de seção de choque ESA na principal região de emissão laser de materiais dopados com Nd3+ 4F3/2 → 4I11/2 (~1070nm). A presença de bandas largas observadas nos espectros de luminescência e absorção óptica e um número de transições maior do que esperado observado nos espectros de absorção óptica a baixa temperatura, indicaram a provável existência de multisítios em ambos cristais de CVO:Nd3+ e CMO:NdNbO4. Para quantificar e caracterizar os multisítios de Nd3+ nas amostras, foram realizados experimentos de excitação óptica, seleção de sítios por excitação laser e luminescência seletiva, demonstrando que a amostra de CVO:Nd3+ possui um grande numero de sítios e a amostra de CMO:NdNbO4 possui sete sítios diferentes, justificando o comportamento de bandas largas observado nos espetros de absorção óptica e luminescência. Os valores das seções de choque de absorção óptica (σGSA=4,1x\'10-20cm2 para o CVO e σGSA=5,5x10-20cm2 para o CMO:NdNbO4) e de emissão estimulada, para ambos os materiais (σe=5,5x10-20cm2 para o CMO:NdNbO4 e 13,3x10-20cm2 para o CVO:Nd3+), estão na faixa de importantes meios ativos laser que exibem propriedades multisítios e uma largura de linha de absorção óptica em 810nm (ΔλGSA=11nm para o CVO e ΔλGSA=11,5nm para o CMO) maior que muitos importantes meios ativos como YAG:Nd3+ ou GGG:Nd3+ colocando-os em vantagem em relação a estes e muitos outros materiais, para excitação com laser de diodo, justificando a importância do trabalho apresentado e o estudo desses materiais. / The present work release an extensive study of spectroscopic properties on CMO:NdNbO4 and CVO:Nd3+ single crystal fibers, in searching for new laser materials activated with diode laser. The fibers were grown by LHPG (laser Heated Pedestal Growth) technique that permits a fast production of fibers with appropriate dimension for mini laser construction, without the use of crucible, with excellent crystalline quality and low waste of material. For a full optical characterization, it was performed the Judd Ofelt analysis based on the measured absorption spectra as a tool for calibration and interpretation of the experiments of luminescence, stimulated emission (SE), excited-state absorption (ESA) using two different techniques: (a) by the double modulate pump and probe continuous wave technique and (b) by the excited-state excitation (ESE) technique. These results show that both materials have low ESA cross-section values in the main expected laser region 4F3/2 → 4I11/2 of Nd3+ - doped materials (-1070nm). The existence of broad bands in the luminescence and optical absorption spectra and a number of transitions more than expected as observed in the low temperature absorption spectra suggest the existence of multisites in both crystals of CVO:Nd3+ e CMO:NdNbO4. In order to quantify and characterize the multisites of Nd3+ in the samples, experiments were realized of optical excitation, site selective laser excitation and selective luminescence. These experiments shown that CVO:Nd3+ has a large number of different sites and the CMO:NdNbO4 has seven different sites, justifying the broad band behavior observed on the luminescence and optical absorption experiments. The values of absorption cross-sections (σGSA=4,1x\'10-20cm2 for CVO and σGSA=5,5x10-20cm2 for CMO:NdNbO4) and emission cross-sections (σe=5,5x10-20cm2 for the CMO:NdNbO4 and 13,3x10-20cm2 for CVO:Nd3+) among important laser materials that have multisites properties and a FWHM of absorption at 810nm (ΔλGSA=11nm for CVO and ΔλGSA\'=11,5nm for CMO) broader than many other active laser medium like YAG:Nd3+ or GGG:Nd3+ suggesting these materials to be on advantage from many others lasers materials using diode laser excitation, justifj4ng the important of the present work and the study of these material.

Nesta tese são apresentados resultados inovadores de puxamento e caracterização de fibras cristalinas de compostos presentes no diagrama de fases de equilíbrio La2O3 - Ta2O5. Os compostos La3TaO7 (Ponto de Fusão: 2020 ºC), LaTaO4 (1930 ºC), LaTa3O9 (1850 ºC), La2Ta12O33 (1890 ºC), LaTa5O14 e LaTa7O19 mais os óxidos precursores Ta2O5 (1872 ºC) e La2O3 (2315 ºC) foram crescidos pela técnica Laser-heated pedestal growth (LHPG). Cristais no formato de fibras, com diâmetros que variaram de 250 a 2200 μm e comprimentos de até 60 mm, foram obtidos em atmosfera aberta a partir da fusão de pedestais preparados por extrusão a frio e na composição estequiométrica desejada. Diagramas de velocidade de puxamento em função do diâmetro da fibra foram construídos para se definir as condições experimentais ideais para o crescimento de cristais transparentes e livres de defeitos, como microtrincas. Um estudo térmico na interface sólido-líquido foi realizado para o composto Ta2O5 de modo a determinar o diâmetro do cristal máximo que é possível de se obter sem a ocorrência de trincas associadas ao stress térmico. A estrutura cristalina das fibras de Ta2O5 foi determinada como monoclínica, quando dopada com íons terras-raras em concentração nominal superior a 1 mol% apresentaram a estrutura como triclínica. Cristais de La2O3 também foram obtidos. Porém o La2O3 é altamente higroscópico, transformaram-se em La(OH)3. Os cristais La3TaO7, LaTaO4, LaTa3O9, La2Ta12O33, LaTa5O14 e LaTa7O19 puros e, quando possível dopados com íons terras-raras (Nd+3, Tm+3 e Eu+3, foram caracterizados estruturalmente, por difração de raios X e em alguns casos, por espectroscopia micro-Raman, e opticamente, usando as técnicas de absorção óptica e fotoluminescência. / Innovative results related to the pulling and characterization of crystalline fibers of compounds in the La2O3 - Ta2O5 phase diagram. Structural and optical characterizations were carried out to evaluate the quality of the crystals grown. Compounds such as La3TaO7 (Melting point: 2020 ºC), LaTaO4 (1930 ºC), LaTa3O9 (1850 ºC), La2Ta12O33 (1890 ºC), LaTa5O14 e LaTa7O19 and the end member Ta2O5 (1872 ºC) and La2O3 (2315 ºC) precursors were grown by laser-heated pedestal growth (LHPG). Fibers of lengths of up to 60 mm and with diameters ranging from 250 to 2200 μm were obtained in open atmosphere from the melting of pedestals with stoichiometric compositions that are prepared by the cold extrusion process. Diagrams of pulling rate on the fiber diameter were built to define experimental conditions for the growth of transparent crystals and free defect, such as microcracks. A study on thermal solid-liquid interface was performed for the Ta2O5 compound to determine the maximum diameter of the crystal it is possible to obtain without the occurrence of cracks associated with thermal stress. The crystal structure of the fibers of Ta2O5 was monoclinic, with the exception of as-doped rare-earth ions in nominal concentration more than 1 mol% which was determined as triclinic. Transparent La2O3 crystals were grown and verified which its absorbed water from the environment and transformed into La(OH)3. The crystals La3TaO7, LaTaO4, LaTa3O9, La2Ta12O33, LaTa5O14 and LaTa7O19 pure and, when possible doped rare-earth ions (Nd+3, Tm+3, Eu+3), were characterized by X-ray diffraction, and in some cases, by micro-Raman spectroscopy, and optically, using the techniques of optical absorption and photoluminescence.

O presente trabalho apresenta um amplo estudo das propriedades espectroscópicas de fibras cristalinas de CMO:NdNbO4 e CVO:Nd3+, visando aplicações como novos meios ativos excitados por laser de diodo. As fibras em estudo, foram crescidas pela técnica de LHPG (Laser Heated Pedestal Growth) a qual permitem uma rápida obtenção de fibras, em dimensões já apropriadas para a confecção de mini lasers, sem a utilização de cadinhos, com excelente qualidade cristalina e baixa perda de material. Para uma completa caracterização, foram realizados os cálculos de Judd Ofelt, baseando-se nos espectros de absorção óptica, como ferramenta para a calibração e interpretação dos experimentos de luminescência, emissão estimulada (SE), absorção do estado excitado (ESA) obtido por duas técnicas: (a) pela técnica de bombeio e feixe de prova contínuos em um esquema de dupla modulação e (b) pela técnica de excitação do estado excitado (ESE). Estes resultados mostraram que ambos os materiais possuem baixos valores de seção de choque ESA na principal região de emissão laser de materiais dopados com Nd3+ 4F3/2 → 4I11/2 (~1070nm). A presença de bandas largas observadas nos espectros de luminescência e absorção óptica e um número de transições maior do que esperado observado nos espectros de absorção óptica a baixa temperatura, indicaram a provável existência de multisítios em ambos cristais de CVO:Nd3+ e CMO:NdNbO4. Para quantificar e caracterizar os multisítios de Nd3+ nas amostras, foram realizados experimentos de excitação óptica, seleção de sítios por excitação laser e luminescência seletiva, demonstrando que a amostra de CVO:Nd3+ possui um grande numero de sítios e a amostra de CMO:NdNbO4 possui sete sítios diferentes, justificando o comportamento de bandas largas observado nos espetros de absorção óptica e luminescência. Os valores das seções de choque de absorção óptica (σGSA=4,1x\'10-20cm2 para o CVO e σGSA=5,5x10-20cm2 para o CMO:NdNbO4) e de emissão estimulada, para ambos os materiais (σe=5,5x10-20cm2 para o CMO:NdNbO4 e 13,3x10-20cm2 para o CVO:Nd3+), estão na faixa de importantes meios ativos laser que exibem propriedades multisítios e uma largura de linha de absorção óptica em 810nm (ΔλGSA=11nm para o CVO e ΔλGSA=11,5nm para o CMO) maior que muitos importantes meios ativos como YAG:Nd3+ ou GGG:Nd3+ colocando-os em vantagem em relação a estes e muitos outros materiais, para excitação com laser de diodo, justificando a importância do trabalho apresentado e o estudo desses materiais. / The present work release an extensive study of spectroscopic properties on CMO:NdNbO4 and CVO:Nd3+ single crystal fibers, in searching for new laser materials activated with diode laser. The fibers were grown by LHPG (laser Heated Pedestal Growth) technique that permits a fast production of fibers with appropriate dimension for mini laser construction, without the use of crucible, with excellent crystalline quality and low waste of material. For a full optical characterization, it was performed the Judd Ofelt analysis based on the measured absorption spectra as a tool for calibration and interpretation of the experiments of luminescence, stimulated emission (SE), excited-state absorption (ESA) using two different techniques: (a) by the double modulate pump and probe continuous wave technique and (b) by the excited-state excitation (ESE) technique. These results show that both materials have low ESA cross-section values in the main expected laser region 4F3/2 → 4I11/2 of Nd3+ - doped materials (-1070nm). The existence of broad bands in the luminescence and optical absorption spectra and a number of transitions more than expected as observed in the low temperature absorption spectra suggest the existence of multisites in both crystals of CVO:Nd3+ e CMO:NdNbO4. In order to quantify and characterize the multisites of Nd3+ in the samples, experiments were realized of optical excitation, site selective laser excitation and selective luminescence. These experiments shown that CVO:Nd3+ has a large number of different sites and the CMO:NdNbO4 has seven different sites, justifying the broad band behavior observed on the luminescence and optical absorption experiments. The values of absorption cross-sections (σGSA=4,1x\'10-20cm2 for CVO and σGSA=5,5x10-20cm2 for CMO:NdNbO4) and emission cross-sections (σe=5,5x10-20cm2 for the CMO:NdNbO4 and 13,3x10-20cm2 for CVO:Nd3+) among important laser materials that have multisites properties and a FWHM of absorption at 810nm (ΔλGSA=11nm for CVO and ΔλGSA\'=11,5nm for CMO) broader than many other active laser medium like YAG:Nd3+ or GGG:Nd3+ suggesting these materials to be on advantage from many others lasers materials using diode laser excitation, justifj4ng the important of the present work and the study of these material.