In this work, we have investigated experimentally and theoretically the process of
frequency upconversion at low temperatures in rare earth doped vitreous samples. A
sample of chalcogenide glass doped with erbium ions (Er3+) was pumped with a laser
source at 1.54 μm. We have observed, at room temperature, three different emission bands
around 530 nm, 555 nm and 670 nm, originating from the excited state erbium levels
2H11/2, 4S3/2 and 4F9/2 to the 4I15/2 ground-state, respectively. A cryogenic system cooled the
sample down to 4 K, and we have recorded many spectra in this range of temperature. We
have observed relative increase in the intensity of the green fluorescence, which comes
from the level 4S3/2, and also the vanishing emission of the 530 nm line around 210 K. For
all emission lines, the frequency upconversion process has been accounted for with three
photons absorbed from the pumping source, but saturation effects were observed above 10
mW of incident power. We have made a theoretical treatment of the experimental data and
a numeric simulation, which has revealed that the observed behaviors are related to
processes that involve step-wise photon absorption and phonon assisted nonradiative
decay, both dependent on the temperature and phonon energy of the sample.
We also present, in the third chapter, an analytic treatment of pulse propagation in
nonlinear media. We have used a variational approach to predict the behavior of an optical
pulse propagating in the vicinity of a two-photon resonance, where the third order
nonlinearities may be enhanced and limits optical devices development. A possible
solution for the problem is the propagation of a pulse with suitable profile and frequency
chirp resulting in a balancing of the nonlinear effects. / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Neste trabalho, investigamos experimental e teoricamente o processo de conversão
ascendente de freqüências, a baixas temperaturas, em matrizes vítreas dopadas com íons
terras raras. Uma fonte laser em 1,54 μm foi utilizada para bombear uma amostra de vidro
calcogeneto dopada com érbio (Er3+). O espectro de emissão à temperatura ambiente
apresentou três linhas bem distintas: 530 nm, 555 nm e 670 nm, correspondentes à
transições provenientes dos níveis 2H11/2, 4S3/2 e 4F9/2 para o estado fundamental 4I15/2,
respectivamente. Um sistema criogênico foi utilizado para resfriar a amostra até 4 K e o
espectro emitido pela mesma foi coletado em diversas temperaturas. Observamos um
aumento relativo na intensidade da fluorescência verde do nível 4S3/2 e o desaparecimento
da emissão da linha em 530 nm próximo de 210 K. Para todas as linhas emitidas, o
processo de conversão ascendente de freqüências pode ser descrito considerando-se
absorção de três fótons do bombeamento, entretanto efeitos de saturação foram observados
acima de 10 mW de potência incidente. Fizemos um tratamento teórico dos dados e uma
simulação numérica, a qual mostrou que os comportamentos observados estão relacionados
a processos que envolvem absorção seqüencial de fótons e decaimentos não radiativos
multifônons, ambos dependentes da temperatura e da energia de fônons do sistema.
Apresentamos, ainda, no terceiro capítulo dessa dissertação, um tratamento
analítico de propagação de pulsos em meios não lineares. Utilizamos a análise variacional
para prever o comportamento de um pulso óptico se propagando num meio não linear com
energia próxima à ressonância de dois fótons, onde o aumento dos efeitos não lineares
torna-se um fator limitante ao desenvolvimento de dispositivos ópticos. Uma possível
solução para o problema é a propagação de um pulso com um perfil apropriado e uma
varredura de fase dependente da intensidade, de modo que os efeitos não lineares sejam
balanceados e o mesmo se propague como uma onda solitária.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:www.repositorio.ufal.br:riufal/1002 |
| Date | 12 August 2002 |
| Creators | Oliveira, Jonathas Matias de |
| Contributors | Gouveia, Evandro José Tavares de Araujo, GOUVEIA, E. A., Fonseca, Eduardo Jorge da Silva, FONSECA, E. J. S. |
| Publisher | Universidade Federal de Alagoas, BR, Física geral; Física teórica e computacional; Mecânica estatística; Ótica; Ótica não linear; Proprie, Programa de Pós-Graduação em Física da Matéria Condensada, UFAL |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFAL, instname:Universidade Federal de Alagoas, instacron:UFAL |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | bitstream:http://www.repositorio.ufal.br:8080/bitstream/riufal/1002/1/Dissertacao_JonathasMatias_2002.pdf, bitstream:http://www.repositorio.ufal.br:8080/bitstream/riufal/1002/2/Dissertacao_JonathasMatias_2002.pdf.txt |
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