In this work, the structural and optical properties of vitreous lead phosphate system were investigated Pb3(PO4)2 with high concentrations of Nd3+. These glasses were produced by melting/cooling method. The synthesis conditions such as the melting temperature of the components have been optimized in order to obtain good optical quality and chemical resistance for subsequent preparation of optical fibers, optical integrated circuits and other devices. Measures for the X-ray difiraction revealed amorphous structures across the track. The optical window determined by absorption spectroscopy is between 300 and 2750 nm. The analysis based on Judd-Ofelt theory were made based on the absorption spectra of the individual bands. The determination of the phenomenological parameters and allows the spectroscopic determination of relevant parameters such as radiative lifetime, quantum eficiency and luminescence branching ratio, showed little change in the crystalline structure of the glass network. However, it was observed changes was observed in the distribution of electron density in the rare earth ions to highest concentrations of these dopants. The Raman spectroscopy showed spectral shifts between regions 900-1100 cm -1 and 1150-1400 cm-1 suggesting changes in phosphate network connections (PO4)3- e (PO2)as, respectively. Spectroscopy measurements Fourier transform in the region 500- 4000 cm -1 showed an increase in content OH- with increasing concentration of Nd3+. This result was attributed to increased hygroscopic sample because it is in opposition to the results of analyzes of the Urbach energy that indicated reduction in clutter density of localized states. The measures relating to the lifetime in the arrays without treatment and with heat treatment showed no change in the structure. By comparing the experimental and radiative lifetimes was observed a change abrupt between these two parameters may be related to a possible level changes in the matrix. The results obtained in this study contribute to research on materials that may be used as active means for solid-state lasers in the near infrared region, pumped by high-power diode lasers available on the market at low cost. / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Neste trabalho foram investigadas as propriedades estruturais e ópticas do sistema vítreo fosfato de chumbo Pb3(PO4)2 com altas concentrações de Nd3+. Esses vidros foram produzidos pelo método de fusão/resfriamento. As condições de síntese como a temperatura de fusão dos componentes, foram otimizadas com o objetivo de obter boa qualidade óptica e resistência química para posterior preparação de fibras ópticas, circuitos ópticos integrados entre outros dispositivos. Medidas relativas á difração de raios X revelaram estruturas amorfas em toda a faixa. A janela óptica determinada por espectroscopia de absorção está compreendida entre 300 e 2750 nm. A análise baseada na teoria de Judd-Ofelt foram feitas baseadas nos espectros de absorção das bandas individualizadas. A determinação dos parâmetros fenomenológicos além de permitir a determinação de parâmetros espectroscópicos relevantes, tais como, tempo de vida radiativo, eficiência quântica de luminescência e razão de ramificação, evidenciou pouca alteração na estrutura cristalina da rede vítrea. Só foi observado alteração na distribuição da densidade eletrônica nos íons terras raras para altas concentrações destes dopantes. A espectroscopia Raman mostrou deslocamentos espectral nas regiões entre 900-1100 cm-1 e 1150-1400 cm-1 sugerindo alterações nas ligações da rede fosfato (PO4)3- e (PO2)as, respectivamente. Medidas de espectroscopia por transformada de Fourier, na região de 500 a 4000 cm-1, mostraram um aumento no teor de OH- com o aumento da concentração de Nd3+. Este resultado foi atribuído ao aumento da higroscopia da amostra e está em oposição aos resultados das análises relativas a energia de Urbach que indicaram redução na desordem da densidade de estados localizados. As medidas relativas ao tempo de vida nas matrizes sem tratamento e com tratamento térmico mostraram que não houve alteração na estrutura. Ao comparar os tempos de vida experimentais e radiativos foi observado uma mudança brusca entre esses dois parâmetros que pode estar relacionada a uma possível alteração na matriz. Os resultados obtidos neste trabalho contribuem com as pesquisas sobre materiais que podem ser utilizados como meios ativos para lasers de estado sólido na região do infravermelho próximo, bombeados por lasers de diodo de alta potência disponíveis no mercado a baixo custo.

SANTOS, Clenilton Costa dos. Propriedades ópticas dos vidros Er3+:PbPO4. 2010. 96 f. Tese (Doutorado em Física) - Programa de Pós-Graduação em Física, Departamento de Física, Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2010. / Submitted by Edvander Pires (edvanderpires@gmail.com) on 2014-11-03T18:38:41Z No. of bitstreams: 1 2010_tese_ccsantos.pdf: 4778732 bytes, checksum: e9324ded793c2e668aa603d0ce9ecc71 (MD5) / Approved for entry into archive by Edvander Pires(edvanderpires@gmail.com) on 2014-11-03T19:51:31Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2010_tese_ccsantos.pdf: 4778732 bytes, checksum: e9324ded793c2e668aa603d0ce9ecc71 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-11-03T19:51:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2010_tese_ccsantos.pdf: 4778732 bytes, checksum: e9324ded793c2e668aa603d0ce9ecc71 (MD5) Previous issue date: 2010 / In this work we employ several techniques to investigate the optical properties of moderately high Er3+-doped lead phosphate (EDLP) glasses. The third-order optical susceptibility, χ3, and dispersion of the linear refractive index, n0(λ), of Er3+:PbPO4 were measured in the wavelength range between 400 and 1940 nm by using the spectrally resolved femtosecond Maker fringes technique. The nonlinear refractive index, n2, obtained from the third-order susceptibility was found to be five times higher than that of silica. For comparison purposes, the Z-scan technique was also employed to obtain the values of n2 of EDLP at several wavelengths, and the values obtained using the two techniques agree to within 15%. From the data obtained by absorption measurements, the Judd-Ofelt theory was employed to calculate the intensity-dependent parameters Ωλ (λ = 2, 4, and 6). We observed that increasing Er3+ content, Ω4 and Ω6 remain constant, while Ω2 decreases. Green, red, and infrared emissions centered at 530, 550, 660, and 1530 nm were observed under excitation at 800 nm. The lifetime of the Er3+: 4I13/2 → 4I15/2 (1530 nm) transition decreases with increasing Er3+ content, reflecting how significant the non-radiative process associated with this transition is. The McCumber theory was used to calculate, from absorption cross-section, the stimulated emission cross-section of the Er3+: 4I13/2 → 4I15/2 transition. A strong re-absorption of the fluorescence at 1530 nm was also observed and analyzed. Finally, we discuss the potential use of Er3+:PbPO4 glasses in photonics devices. / Neste trabalho utilizamos várias técnicas para investigar as propriedades ópticas dos vidros fosfato de chumbo (PbPO4) com concentrações moderadamente altas de íons de érbio (Er3+), EDLP. Medimos a susceptibilidade de terceira ordem, χ3, e a dispersão do índice de refração linear, n0(λ), dos vidros EDLP na região de comprimento de onda entre 400 e 1940 nm, por meio da técnica de Franjas de Maker. A partir do valor de χ3, calculamos o índice de refração não-linear, n2, cujo valor é cerca de cinco vezes maior que o da sílica (SiO2). Também obtivemos os valores de n2 dos vidros EDLP, através da técnica de varredura Z para vários comprimentos de onda. A diferença entre os valores obtidos pelas duas técnicas foi de 15%. Realizamos medidas de absorção óptica, cujos dados foram utilizados para calcular os parâmetros fenomenológicos Ωλ da teoria de Judd-Ofelt. Observamos que Ω4 e Ω6 permanecem praticamente constante com o aumento da concentração de Er3+, ao passo que Ω2 diminui. Excitando as amostras em 800 nm foi possível verificar emissões no verde, vermelho e infravermelho, centradas em 530, 550, 660 e 1530 nm, respectivamente. O tempo de vida da transição 4I13/2 → 4I15/2 (em 1530 nm) do Er3+ diminui com o aumento da concentração de Er3+, refletindo o quão importante é o processo não-radiativo associado a esta transição. A teoria de McCumber foi usada para calcular, a partir da seção de choque de absorção, a seção de choque da emissão estimulada da transição 4I13/2 → 4I15/2 do Er3+. Observamos e analisamos uma forte reabsorção da fluorescência em 1530 nm. Finalmente, discutimos a aplicabilidade dos vidros EDLP em dispositivos fotônicos.

CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / Neste trabalho utilizamos vÃrias tÃcnicas para investigar as propriedades Ãpticas dos vidros fosfato de chumbo (PbPO4) com concentraÃÃes moderadamente altas de Ãons de Ãrbio (Er3+), EDLP. Medimos a susceptibilidade de terceira ordem, χ3, e a dispersÃo do Ãndice de refraÃÃo linear, n0(λ), dos vidros EDLP na regiÃo de comprimento de onda entre 400 e 1940 nm, por meio da tÃcnica de Franjas de Maker. A partir do valor de χ3, calculamos o Ãndice de refraÃÃo nÃo-linear, n2, cujo valor à cerca de cinco vezes maior que o da sÃlica (SiO2). TambÃm obtivemos os valores de n2 dos vidros EDLP, atravÃs da tÃcnica de varredura Z para vÃrios comprimentos de onda. A diferenÃa entre os valores obtidos pelas duas tÃcnicas foi de 15%. Realizamos medidas de absorÃÃo Ãptica, cujos dados foram utilizados para calcular os parÃmetros fenomenolÃgicos Ωλ da teoria de Judd-Ofelt. Observamos que Ω4 e Ω6 permanecem praticamente constante com o aumento da concentraÃÃo de Er3+, ao passo que Ω2 diminui. Excitando as amostras em 800 nm foi possÃvel verificar emissÃes no verde, vermelho e infravermelho, centradas em 530, 550, 660 e 1530 nm, respectivamente. O tempo de vida da transiÃÃo 4I13/2 → 4I15/2 (em 1530 nm) do Er3+ diminui com o aumento da concentraÃÃo de Er3+, refletindo o quÃo importante à o processo nÃo-radiativo associado a esta transiÃÃo. A teoria de McCumber foi usada para calcular, a partir da seÃÃo de choque de absorÃÃo, a seÃÃo de choque da emissÃo estimulada da transiÃÃo 4I13/2 → 4I15/2 do Er3+. Observamos e analisamos uma forte reabsorÃÃo da fluorescÃncia em 1530 nm. Finalmente, discutimos a aplicabilidade dos vidros EDLP em dispositivos fotÃnicos. / In this work we employ several techniques to investigate the optical properties of moderately high Er3+-doped lead phosphate (EDLP) glasses. The third-order optical susceptibility, χ3, and dispersion of the linear refractive index, n0(λ), of Er3+:PbPO4 were measured in the wavelength range between 400 and 1940 nm by using the spectrally resolved femtosecond Maker fringes technique. The nonlinear refractive index, n2, obtained from the third-order susceptibility was found to be five times higher than that of silica. For comparison purposes, the Z-scan technique was also employed to obtain the values of n2 of EDLP at several wavelengths, and the values obtained using the two techniques agree to within 15%. From the data obtained by absorption measurements, the Judd-Ofelt theory was employed to calculate the intensity-dependent parameters Ωλ (λ = 2, 4, and 6). We observed that increasing Er3+ content, Ω4 and Ω6 remain constant, while Ω2 decreases. Green, red, and infrared emissions centered at 530, 550, 660, and 1530 nm were observed under excitation at 800 nm. The lifetime of the Er3+: 4I13/2 → 4I15/2 (1530 nm) transition decreases with increasing Er3+ content, reflecting how significant the non-radiative process associated with this transition is. The McCumber theory was used to calculate, from absorption cross-section, the stimulated emission cross-section of the Er3+: 4I13/2 → 4I15/2 transition. A strong re-absorption of the fluorescence at 1530 nm was also observed and analyzed. Finally, we discuss the potential use of Er3+:PbPO4 glasses in photonics devices.

Observamos o comportamento espectral do efeito Kerr transversal, para filmes amorfos de terra rara - cobalto na região do espectro visível e ultravioleta próximo (comprimento de onda, , entre 325 nm e 670 nm), onde o sinal magnetoóptico apresentou um máximo na região azul do espectro. Concluímos que, para esta região espectral, a variação relativa de refletividade é proporcional à magnetização do cobalto e a constante de proporcionalidade depende da composição da liga e do comprimento de onda da luz. Desenvolvemos uma técnica de modulação de fase, própria para medir o efeito Kerr transversal e a comparamos com a técnica de modulação de amplitude. Montamos um magnetômetro a efeito Kerr que opera com a modulação de fase e utiliza um laser de He-Cd ( = 325 nm e 442 nm) ou um diodo laser vermelho ( = 670 nm). Fazendo uma analogia com a figura de mérito para os efeitos Kerr longitudinal e polar (Fe), nós propusemos uma figura de mérito para o efeito Kerr transversal (FJ. Mostramos que sua dependência do ângulo de incidência é semelhante à da variação relativa de refletividade e, comparando medidas da figura de mérito do efeito Kerr longitudinal com a figura de mérito para o efeito transversal, comprovamos que a grandeza proposta é um bom parâmetro para medida de qualidade magnetoóptica de materiais. Observamos os efeitos do sperimagnetismo de ligas com anisotropia local fraca (Gd-Co) e forte (Ho-Co), através do comportamento térmico dos ciclos de histerese magnética e magnetoóptica. Dentre os fenômenos observados estão os efeitos da compensação, o crescimento hiperbólico do campo coercivo e os efeitos da reorientação de spin. Para a liga de Gd20C080a, transição observada foi uma inversão de spin, cujo o campo magnético aplicado, no qual ocorre a transição, cresce exponencialmente com o aumento da temperatura da amostra. / We have observed the spectral behavior of the transverse magnetooptical Kerr effect (TMOKE) in thin films of rare earth - cobalt amorphous alloys for the visible and the near-ultraviolet ranges of spectrurn (wavelength fiom 325 nm up to 670 nm). The relative change of reflectivity has shown a maximum at the blue wavelength. We have concluded that this magneto-optical signal is proportional to the cobalt magnetization and the proportionality constant depends on the alloy composition and on the wavelength. Besides developing an apparatus and a new phase modulation technique for the TMOKE, we have compared it to the more usual amplitude modulation TMOKE technique. This apparatus operates using either a He-Cd laser ( = 325 nm and 442 nm) for a red diode laser ( = 670nm). We have proposed the figure of merit for the transverse Kerr effect (F,) by analogy with the figure of merit for the longitudinal and polar Kerr effect (Fe). We have measured F, as a function of the angle of incidence and we have shown that F, has the same behavior of the magneto-optical signal. A comparison between F, and Fe has shown that F, is as good parameter as well as Fe for the characterization of the materials magneto-optical quality. We have studied the sperimagnetism of thin films of amorphous alloys with weak (Gd-Co) and strong (Ho-Co) random local anisotropy by the thermal behavior of the magnetic and magneto-optical hysteresis loops. The phenomena of compensation, coercivity and spin-reorientation phase transitions were observed. The comparison between magnetic and magneto-optical hysteresis loops for Gd20C~8h0as shown that the transition occurs from a colinear phase to an opposite collinear phase. In this case, the transition magnetic field grows exponentially when the temperature increases.