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Este trabalho apresenta o desenvolvimento de ressonadores de Nd:YLF emitindo no comprimento de onda de 1053 nm. Inicialmente, foram construídos ressonadores simples e compactos que, com a utilização de um diodo de bombeio equipado com VBG, alcançaram valores recordes de eficiências ópticas e de inclinação, com o bombeio na banda de 800 nm. As configurações subsequentes tiveram como objetivo melhorar a qualidade do feixe a fim de obter um feixe limitado por difração. Bombeio direto do cristal Nd:YLF foi apresentado, com o comprimento de onda de 863 nm, em uma cavidade simétrica plano-plano com lentes cilíndricas. Nesta, foram alcançados valores expressivos em termos de eficiência de inclinação, para lasers de neodímio bombeados por diodos, enquanto mantendo uma operação monomodo para o regime QCW. Por fim, foram apresentados configurações de chaveamento passivo que alcançaram altas energias por pulso e o maior valor de potencia pico para um cristal Nd:YLF chaveado passivamente por um cristal de Cr:YAG. This work presents the development of several Nd:YLF resonators emitting at a wavelength of 1053 nm. Simple and compacted resonators were initially built and, using a pump diode equipped with VBG, reached record optical and slope efficiencies values, with the traditional pump at 800 nm. The following cavities aimed to improve the beam quality value. Direct pumping of the Nd:YY crystal was shown, with the wavelength 863 nm, in a plane-plane symmetrical resonator with intracavity cylindrical lenses. In this, the laser operation produced great values in terms of slope efficiency, for neodymium lasers pumped by diodes, while maintaining a monomode operation during QCW regime. Finally, passive Q-switching configurations were presented, with the Cr:YAG crystal, which reached high energies per pulse and the highest peak power value for a Nd:YLF crystal passively Q-switched by a Cr:YAG crystal.

Este trabalho tem por objetivo o desenvolvimento e otimização de uma cavidade laser self-Raman de aplicações oftalmológicas. A cavidade laser é do tipo estado sólido bombeada longitudinalmente por um diodo laser infravermelho. A cavidade é dita self-Raman pois um cristal Raman intracavidade faz o papel de meio ativo e deslocador Raman. Esse tipo de configuração é extremamente vantajoso uma vez que promove uma redução dimensional, de custos e de perdas intracavidade. Outro elemento não linear intracavidade é responsável pela geração do segundo harmônico da primeira linha Stokes gerada pelo cristal Raman. Dessa maneira obtém-se radiação em 586.5 nm da cavidade laser, o que corresponde a porção amarela do espectro eletromagnético. Essa região amarelo-alaranjada do espectro é de muita importância e aplicabilidade na indústria, ciências e na medicina. Na oftalmologia, em particular, é de enorme interesse que se construa um laser amarelo para fotocoagulação da retina uma vez que há muito tempo sabe-se que essa porção do espectro possui uma absorção desprezível pela Xantofila, cromóforo abundantemente presente na mácula. A mácula é a porção da retina responsável pela visão central e não deve absorver radiação laser pois isso seria desastroso para o paciente. The objective of this work is the development and optimization of a self-Raman laser cavity with ophthalmological applications. The laser cavity is a longitudinally diode pumped solid state laser. The laser cavity is so-called self-Raman because an intracavity Raman crystal plays a role as an active media and Raman shifter. This type of configuration is extremely advantageous because it promotes a reduction in costs, dimensions and intracavity losses. Another non linear intracavity element is responsible for the second harmonic generation of the first Stokes line generated by the Raman crystal. Thereby one obtains 586.5 nm radiation coming out of the laser cavity, a wavelength in the yellow portion of the electromagnetic spectra. This yellow-orange range of the spectra is of great importance because and has many and increasingly applications in science, industry and medicine. Particularly in ophthalmology, a yellow laser for retina photocoagulation is of great interest once it is well known that this portion of the spectra is negligibly absorbed by the Xanthophylls, pigment strongly present at the macula. The macula is the portion of the retina responsible for the central vision and because of this laser absorption would be disastrous for the patients eye.

Neste trabalho são apresentadas a preparação, a metodologia adotada para a nucleação de nanopartículas (NPs) de prata e a investigação das propriedades luminescentes do sistema vítreo GeO2-PbO dopado com íons de túlio e codopado com íons de túlio e itérbio, na presença de NPs de prata, visando aplicação em dispositivos fotônicos. Este sistema vítreo apresenta uma larga janela de transmissão (400 4500 nm) quando comparado aos silicatos, boratos e fosfatos, alto índice de refração (2,0), baixas energia de fônon (700 cm-1), alta resistência mecânica e durabilidade química. Com a finalidade de se obter maior controle sobre o processo de nucleação das NPs, realizaram-se tratamentos térmicos de várias formas, variando-se principalmente as grandezas tempo e temperatura. A partir da Microscopia Eletrônica de Transmissão (MET), a presença das NPs no material vítreo pôde ser confirmada, e pelas análises de Espectroscopia de Energia Dispersiva (EDS Energy Dispersive Spectroscopy), determinamos que as NPs possuem em sua composição prata, podendo elas serem puramente metálicas, e em alguns casos, compostas de prata e elementos da matriz. As medidas de absorção evidenciaram a incorporação dos íons Tm3+ e Yb3+ na forma trivalente, e a presença das bandas de absorção associadas à Ressonância dos Plasmons Superficiais (RPS) da prata, localizadas no intervalo de 420 a 550 nm. Foram medidas as bandas associadas à conversão ascendente (CA) do Tm3+ em 480, 650 e 800 nm, devidas às transições 1G4 3H6, 1G4 3F4, 3H4 3H6, respectivamente. Nas amostras contendo NPs de prata, tratadas a 420 °C, não foi observada a banda de RPS da prata. Entretanto, um aumento na luminescência foi verificado, assim como a presença das NPs por MET. No caso das amostras tratadas por intervalos de tempo contínuos e não-contínuos, observamos a tendência de formação de NPs menores, maiores e agregados, e maior tendência de aumento da luminescência para o segundo caso; no caso da variação da temperatura, observamos a formação da banda de RPS da prata para tratamentos superiores a 500 °C realizados em curto intervalo de tempo, e um aumento considerável da luminescência. As variações no processo de nucleação das NPs foram relacionadas às formas de tratamento adotadas. O estudo da variação da intensidade de luminescência em função da potência do laser de excitação mostrou que as NPs não interferem nos processos de CA dos íons Tm3+. Desta forma, o aumento da luminescência foi atribuído ao aumento do campo local nas proximidades dos íons de terras-raras (TRs). Portanto, o desenvolvimento de um método adequado de tratamento térmico desempenha um papel fundamental no processo de nucleação das NPs, e pode permitir um aumento considerável da luminescência proveniente dos íons de TRs, e conferir novas propriedades aos materiais e aplicações em dispositivos fotônicos. This work presents the preparation and the methodology used for the nucleation of silver nanoparticles (NPs), and the investigation of the luminescent properties of PbO-GeO2 glass system doped with thulium ions and codoped with thulium and ytterbium ions, in the presence of NPs silver, for application in photonic devices. This glass system presents a large transmission window (400 4500 nm) when compared to silicates, borates and phosphates, high refractive index (2.0), low phonon energy (700 cm-1), high mechanical strength and chemical durability. In order to obtain greater control over the process of nucleation of NPs, different processes were used for the heat-treatment, varying mainly the time and the temperature. From the transmission electron microscopy (TEM), the presence of NPs in the glassy material could be confirmed, and from Energy Dispersive Spectroscopy (EDS) analysis, it was determined that the NPs have silver in their composition. The NPs may be purely metallic and, in some cases, composed by silver and elements of the matrix glass. Optical Absorption measurements showed the incorporation of Tm3+ and Yb3+ ions in the trivalent form, and the presence of absorption bands related to the Surface Plasmon Resonance (SPR) of silver, located in the range of 420 to 550 nm. Bands associated to Tm3+ upconversion (UPC) frequency centered around 480, 650 and 800 nm were observed due to transitions 1G4 3H6, 1G4 3F4, 3H4 3H6, respectively. The SPR of silver NPs were not observed for the samples heat-treated at 420 °C, which contained silver NPs in their composition. However, an increase in the luminescence was observed and the presence of NPs was confirmed by TEM analyses. For the samples heat-treated by continuous and non-continuous time intervals, we observed the tendency of the formation of smaller, larger and aggregated NPs, and a higher tendency of enhancement of the luminescence for the second case. For the samples heat-treated at different temperatures in short time interval, we observed the formation of the SPR band for temperatures higher than 500 °C, and a considerable increase in the luminescence. Variations in the process of NPs nucleation were related to the different heat-treatments adopted. The study of the luminescence intensity variation as function of the laser power excitation showed that the NPs do not interfere in the Tm3+ UPC luminescence processes. Thus, the enhancement in the luminescence was attributed to local field enhancement in the proximities of rare-earth ions (REIs). Therefore, the development of an appropriate method of heat-treatment plays an important role in the process of NPs nucleation, and enables a considerable increase in the luminescence from the REIs, and gives new properties to materials which are of great interest for applications in photonic devices.

Neste trabalho estudamos uma nova classe de materiais ópticos não-lineares, os cristais orgânicos, que possuem potencial para muitas aplicação em dispositivos. Determinamos diferentes propriedades ópticas lineares e não-lineares de três cristais orgânicos: a l-alanina, a l-treonina e a l-lisina. Esses cristais de aminoácido foram escolhidos por apresentarem propriedades de geração de segundo harmônico (GSH) e por serem materiais nunca estudados sob o ponto de vista da óptica não-linear. Estudamos algumas das propriedades ópticas lineares fundamentais desses cristais biaxiais transparentes, pois deles dependem os fenômenos não-lineares sobre os quais são feitas intensas pesquisas. Determinamos as propriedades lineares como os espectros de absorção, os índices de refração, os eixo ópticos, velocidade de propagação da luz num meio anisotrópico e os limiares de dano por radiação. Posteriormente, determinamos as condições de casamento de fase, a eficiência de GSH, e a auto-modulação de fase. A GSH e a auto-modulação de fase pertencem, respectivamente, a processos não-lineares de segunda e de terceira-ordem. Para o estudo de muitas dessas propriedades foram desenvolvidas novas técnicas experimentais. Uma dessas novas técnicas, a varredura-Z oscilante, teve sensibilidade para determinar, pela primeira vez, o índice de refração não oscilante, vez, o índice de refração não linear desses cristais orgânicos. Além disso, como a todos os processos de caracterização envolveram a preparação de amostras, tivemos a oportunidade de criar procedimentos padrões para manipulação e utilização desses novos materiais. In this work we studied a new class of nonlinear organic crystals that are potential candidates for devices application. We determined several linear and nonlinear optical properties of three organic crystals: l-alanine, l-threonine and l-lysine. These aminoacid. These aminoacid because their nonlinearities were never studied before. We characterized some of the fundamental linear optical properties of these biaxial transparent crystals, because they have influence on nonlinear phenomena that attracted a lot of research. We determined linear properties like absorption spectra, indices of refraction, optical axes, the light speed propagation in anisotropy media and the optical damage threshold. Subsequently, we determined the phase-matching condition for SHG, efficiency of the SHG and self-phase modulation. The SHG and self-phase modulation belongs, respectively, to the second-order and third-order nonlinear processes. To study several of these properties we had to develop some new experimental techniques. One of them, the oscillatory Z-scan, allows enough sensibility to determine, for the first time, the nonlinear refraction index of these organic crystals. Besides, as all these optical characterization involve the preparation of the samples, we had the opportunity to establishing standard procedures for manipulation of these new materials.

O projeto de doutorado tem como objetivo estudo e montagem de um sistema laser que gere feixe laser de comprimento de onda sintonizável continuamente, com intervalo espectral na região infravermelho (IV) próximo e médio. O trabalho foi dividido em três partes: (i) laser de Nd:YAG @1064nm, (ii) aplicação deste sobre uma cavidade ressonante OPO e (iii) simulação de cavidades laser em anel. O laser de Nd:YAG foi montado e aprimorado a partir de outro laser desenvolvido anteriormente, o qual foi transformado em fonte polarizada pela inserção de um elemento óptico no seu interior. Em comparação com o laser não polarizado, ele apresentou potência de saída com valores relativamente altos, com um máximo de 30W, e melhora do fator de qualidade do feixe de M2

A Microscopia Holográfica Digital (MHD) é uma poderosa ferramenta para análise não destrutiva de superfícies e caracterização morfológica e estrutural de materiais. Várias técnicas microscópicas têm sido utilizadas com esses objetivos, mas, em todas elas, a visualização de campo completo não é permitida em uma única aquisição da informação do sistema analisado, além disso, a necessidade de uso de corantes, o processo de varredura, entre outros fatores, dificulta a aquisição das imagens. A Microscopia Holográfica Digital permite contornar essas dificuldades através de um método simples e rápido. Com uma modificação em seu arranjo original, é possível revelar as diferenças na absorção e nos índices de refração experimentados por um campo transmitido por um material anisotrópico. Este método, neste trabalho, foi nomeado como Microscopia Holográfica de Polarização, o qual permite medir as diferenças de fase e de intensidade relacionadas com a birrefringência e com o dicroísmo do material, respectivamente. Dessa forma, A MHD se mostra uma ferramenta promissora na análise de problemas em diversas áreas, pois possibilita, através de uma única captura, obter informações sobre as propriedades ópticas e estruturais dos sistemas de interesse. O objetivo desse trabalho foi, além do desenvolvimento instrumental, analisar variações nas propriedades ópticas e morfológicas de eritrócitos através da quantificação dos índices de refração e perfis topográficos destes quando submetidos aos principais agentes de fixação de amostras. Essas variações são determinantes na escolha do método de análise, já que estes podem alterar significativamente os resultados, assim como a sua interpretação. Também foi descrito um novo método, baseado na técnica holográfica, de análise do dicroísmo linear através de uma varredura executada sobre os padrões de difração das componentes ortogonais do campo transmitido pela amostra. A aplicação da MHD ao estudo de processos dinâmicos também foi realizada, utilizando células cardíacas vivas e proteínas em solução. Somados, estes resultados demonstraram a possibilidade de se utilizar as técnicas holográficas como métodos de estudo amplo de microssistemas biológicos. The Digital Holographic Microscopy (DHM) is a powerful tool for nondestructive analysis of surfaces and for morphological and structural characterization of materials. Several microscopic techniques have been used with these purposes, but in all cases, the complete field reconstruction is not allowed in a single acquisition of information of the analyzed system, moreover, the requirements of staining and scanning procedures, among other factors, difficult the image acquisition. Digital Holographic Microscopy allows to overcome these difficulties through a simple and quick method. With a modification in its original setup, is possible to reveal the differences in absorption and refractive index experienced by a wavefield transmitted by an anisotropic material. This method, in this thesis, is named Polarization Holographic Microscopy, which allows to measure differences in phase and intensity related to the birefringence and the dichroism of the material, respectively. Thereby, the DHM is shown as a promising tool for the study of problems in several fields, because it allows, through a single capture, to obtain information related to optical and morphological properties of the systems of interest. The objective of this work was, besides instrumental development, to evaluate changes in optical and morphological properties of erythrocytes through quantification of their refractive index and topographic profiles when submitted to the main fixating agents. These changes are crucial once the method of analysis is chosen, as they can significantly alter the results, as well as their interpretation. A new method was also described based on the holographic technique, for analysis of linear dichroism, through scans performed on the diffraction patterns of the orthogonal components of the field transmitted by the sample. The application of the DHM to the study of dynamic processes was also performed, using live cardiac cells and proteins in solution. Together, these results demonstrate the possibility of using holographic techniques such as extensive methods for studying biological microsystems.

Lasers Raman são dispositivos que proporcionam uma maneira prática de transformar comprimentos de onda fundamentais em novas linhas espectrais via Espalhamento Raman Estimulado (Stimulated Raman Scattering - SRS). Quando combinados com outros processos de conversão não lineares, os lasers Raman fornecem acesso a comprimentos de onda na região do visível no espectro eletromagnético, que de outra maneira seriam de difícil acesso, como o laranja-amarelo, verde-limão e diversas linhas no azul. A grande vantagem dos lasers Raman é a possibilidade de geração de múltiplas frequências a partir de uma mesma combinação de cristais, tornando esse tipo de laser dispositivos baratos e compactos quando comparados a tecnologias como OPO. Neste trabalho um cristal de Nd:YVO4 foi bombeado por diodo, em configuração transversal, sendo o cristal o responsável pela emissão laser e pelo espalhamento Raman. Na primeira parte do trabalho, a cavidade utilizada apresentava alto fator de qualidade para o comprimento de onda fundamental (1064 nm) e foi estudada a operação laser do 1º Stokes (1176 nm) em regimes de operação quase contínua (q-cw) e contínua (cw). Foi explorada a configuração com uma dobra do feixe laser em ângulo rasante na superfície de bombeamento, bem como a configuração com duas dobras nesta mesma superfície (double beam mode controlling - DBMC). Na segunda parte do trabalho, um cristal LBO foi utilizado para a geração do segundo harmônico (SHG) em 588 nm, o que corresponde a um laser laranja-amarelo. Foi utilizada a configuração com uma dobra e operação cw,com a qual a cavidade apresentava alto fator de qualidade tanto para o 1064 nm quanto 1176 nm. Com a configuração de uma dobra, foi demonstrado que o laser Raman opera em multimodo, com uma variedade de modos de Hermite-Gauss que puderam ser selecionados através apenas do alinhamento da cavidade, incluindo o modo TEM00. Com configuração DBMC, o laser apresentou operação estável oscilando o modo TEM00. Em 1176 nm em regime q-cw, foi obtida a potência máxima de 8,2 W por pulso (multimodo) e 11,7% de eficiência óptica de conversão (diodo para o 1º Stokes), e operando em modo TEM00 a potência máxima de 3,7 W por pulso e eficiência de 5,4% foi obtida com a configuração de duas dobras, de maneira que a tecnologia DBMC se mostrou eficiente para geração de um laser robusto e estável operando com o modo TEM00. Em regime cw o melhor resultado em termos de potência e eficiência foi obtido com a configuração de uma dobra, correspondendo a 1,8 W e 7,3% de eficiência com o laser operando em multimodo. Com o laser laranja, foi demonstrada a operação do modo TEM00 para potências de bombeamento abaixo de 14,5 W. A potência máxima obtida em multimodo foi 820 mW correspondendo a 4% de eficiência óptica de conversão. Raman lasers are devices that provide practical means to shift fundamental laser wavelengths into new spectral lines via Stimulated Raman Scattering (SRS). When combined with other nonlinear conversion processes, Raman lasers permit access to hard-to-reach regions of the visible electromagnetic spectrum, for example, orange-yellow, lime-green and several blue lines. The great advantage of Raman lasers is the possibility of generating multiple wavelengths using the same set of crystals, which make these devices compact and practical when compared to other technologies as OPOs. In this work, the Nd:YVO4 crystal was laterally pumped by a diode laser and this crystal was responsible for laser generation as well as SRS. In the first part of this work, the laser cavity presented a high Q factor for the fundamental laser wavelength (1064 nm) and the laser operation at the first Stokes (1176 nm) was characterized under quasi-continuous wave operation (q-cw) and in continuous wave (cw) operation. The grazing incidence geometry of the cavity with a single bounce of the laser beam at the pumped facet of the crystal was exploited, as well as with the double bounce (double beam mode controlling - DBMC) of the laser beam at this same crystal facet. In the second part of this work, a LBO crystal was utilized for the second harmonic generation (SHG) at 588 nm, which corresponds to an orange-yellow laser. The single bounce cavity configuration was utilized under cw operation, which presented high Q factor at 1176 nm and at 1064 nm. With the single bounce configuration, the laser operated in a variety of Hermite- Gaussian transversal modes that could be selected simply by cavity alignment, including the TEM00 mode. With the DBMC technology, the laser presented stable operation of the TEM00 mode. At 1176 nm, under q-cw regime, the maximum output peak power of 8.2 W (multimode) was achieved, corresponding to an optical conversion efficiency (diode to 1st Stokes) of 11.7%, and operation of the TEM00 mode yielded a maximum output peak power of 3.7 W and 5.4% efficiency with the double bounce configuration, hence the DBMC technology showed to be an efficient method for the generation of a stable and robust laser operating with TEM00 mode. Under cw regime, the best result in terms of power and efficiency was obtained with the single bounce geometry, yielding 1.8 W (multimode) corresponding to 7.3% efficiency. For the orange-yellow laser, operation of the TEM00 laser mode was demonstrated for low pump powers up to 14.5 W. The maximum output power achieved in multimode operation was 820 mW and 4% optical conversion efficiency.

Realizamos neste trabalho a construção de um Oscilador Paramétrico Ótico triplamente ressonante bombeado por um laser de Titânio Safira sintonizável na faixa entre 730 nm e 800 nm com potencial de extensão. Os feixes emitidos possuem comprimento de onda em torno de 1560 nm que estão na janela de transmissão das fibras óticas, com potência de saída máxima em torno de 420 mW e um limiar de oscilação mínimo de 53(3) mW quando bombeado por 780.126(0.03) nm. Para os feixes gêmeos a finesse da cavidade vale F=155 e as perdas intracavidade 0.05(0.1)%, permitindo, em tese, uma compressão de ruído próxima a 97(6)%. Esse OPO foi construído com o propósito de que o utilizemos como fonte geradora de estados triplamente emaranhados em um sistema de armazenamento e transferência de informação quântica quando em interação com um sistema atômico de rubídio. Medimos a potência de limiar e a eficiência de conversão para cada comprimento de onda do feixe de bombeio utilizado para caracterizar o sistema. At the present work we conducted the construction of a triply resonant Optical Parametric Oscillator pumped by a Titanium-Sapphire laser, which is tunable between 730 nm to 800 nm. The emitted beams have wavelength around 1560 nm, in the optical fibers transmission window, maximum output of 420 mW and minimum oscillation threshold of 53(3) mW. For the twin beams, the cavity finesse is F=155 mW and the intracavity losses are 0.05(0.10)%, allowing, in principle, a noise compression close to 97(5)%. The present OPO was built having the purpose of being used as source of triply entangled states in a system for quantum information storage and transfer, while interacting with an atomic rubidium system. We measured the power threshold and conversion efficiency for each pump beam wavelength that we used to characterize the system.

Este trabalho utilizou pulsos laser ultracurtos para modificar, de forma controlada, as características dimensionais de nanopartículas de prata em solução aquosa. Para atingir este objetivo foram empregados algoritmos genéticos e circuitos microfluídicos. Utilizou-se um conformador temporal de pulsos ultracurtos para criar diversos perfis temporais de pulsos que irradiaram soluções de nanopartículas de prata. Estes perfis temporais foram ajustados em tempo real, visando otimizar o resultado do experimento, quantificada pela diminuição do diâmetro médio das nanopartículas nas soluções irradiadas. Uma vez que cada experimento de minimização do diâmetro das nanopartículas exigiu centenas de medidas, sua realização foi possível em decorrência da utilização de um circuito microfluídico construído especialmente para este trabalho. Neste circuito é possível utilizar pequenas quantidades de amostra, levando a curtos tempos de irradiação e medição, além da evidente economia de amostras. Para a realização deste trabalho foi elaborado e testado um algoritmo genético interfaceado a diversos equipamentos, incluindo um filtro acustóptico dispersivo programável que modifica as características temporais dos pulsos ultracurtos, através da introdução de componentes de fases espectrais nestes pulsos. Utilizando o algoritmo genético e o filtro acustóptico dispersivo programável foram realizados experimentos de encurtamento da duração temporal dos pulsos ultracurtos provenientes do sistema laser, resultando na obtenção de pulsos com durações próximas às limitadas por transformada de Fourier. Além disso, foram realizados experimentos para a otimização do processo evolutivo do algoritmo genético escrito em Labview. Os experimentos de irradiação de soluções de nanopartículas de prata mostraram que, ao conformar a duração dos pulsos utilizados nas irradiações, pôde-se controlar as dimensões destas nanopartículas, diminuindo seu tamanho médio por um fator 2. Esses experimentos caracterizam a irradiação de nanopartículas por lasers de pulsos ultracurtos como uma importante técnica de controle de características de nanopartículas. This work used ultrashort laser pulses to modify, in a controlled way, the dimensional characteristics of silver nanoparticles in aqueous solution. To reach this goal, genetic algorithm and microfluidic circuits were used. A pulse shaper was used to create different temporal profiles for the ultrashort pulses used to irradiate the silver nanoparticle solutions. These temporal profiles were conformed in real time, aiming to optimize the experiment result, quantified by the decrease of the average diameter of the nanoparticles in the irradiated solutions. Since each nanoparticle diameter minimization experiment demanded hundreds of measurements, its achievement was possible by the use of a microfluidic circuit specially built for this work. This circuit enables the use of small sample quantities, leading to short irradiation and measurement intervals, besides evident sample savings. To make this work possible, a genetic algorithm was created and tested. This genetic algorithm was interfaced to several equipments, including an acustooptic programmable dispersive filter that modifies the ultrashort pulses temporal characteristics by the introduction of spectral phases in the pulses. The genetic algorithm and the acustooptic programmable dispersive filter were used in conjunction in experiments to temporally shorten the ultrashort pulses from the laser system, generating pulses durations close to the Fourier transform limited ones. Besides, experiments were performed with the Labview coded genetic algorithm to optimize its evolutionary process. The silver nanoparticles irradiation experiments showed that the ultrashort pulses temporal conformation allowed the control of these particles dimensions, decreasing its mean size by a factor of 2. These experiments characterize the nanoparticles irradiation by ultrashort pulses as an important technique to control the nanoparticles characteristics.

Este trabalho teve como objetivo a aplicação do Microscópio Holográfico Digital para análise de amostras biológicas, por meio de imagens de parâmetros físicos e informação quantitativa de uma amostra, gerados através de hologramas digitais, o que não ocorre na holografia clássica. O processamento e análise dos hologramas digitais foi efetuada por um programa escrito por meio do software MatLab, empregando o método de Dupla Propagação. São explicados outros métodos para tratamento de hologramas digitais, presentes no programa. O método de Dupla Propagação foi discutido, destacando suas vantagens frente aos outros métodos. Foi aplicado o método de Volkov para a retirada de ambiguidade de fase. O processo de montagem do Microscópio Holográfico Digital foi descrito, por apresentar modificações em relação ao protótipo inicial adotado. Sete amostras foram analisadas no Microscópio Holográfico Digital, três de calibração e quatro para análise - sangue e solução concentrada de proteína denominada Beta2 Glicoproteína tipo I, ou Beta2-GPI. Para calibração, foram realizados testes de formação de imagem, realizando comparação em quatro microscópios descritos e explicados em funcionamento e princípio envolvidos na formação de imagens, utilizando a mesma amostra; e verificação das dimensões de uma amostra, por meio de medição usando ferramentas disponíveis no programa. Uma amostra de sangue de um indivíduo heterozigoto para Hemoglobina S (anemia falciforme) e uma amostra de sangue de um indivíduo homozigoto para hemoglobina A1 (controle normal) foram empregadas na forma de filmes líquidos secos sobre lâminas de vidro (extensão sanguínea). O uso de fixação foi avaliado com a amostra controle. Foram geradas imagens em duas e três dimensões para as amostras biológicas, reproduzindo as estruturas morfológicas de cada. Para a proteína Beta2-GPI, a análise envolveu somente imagens, sem extração de valores; apesar disso, os resultados mostraram possibilidades de aplicações em estudos futuros. Grandezas físicas foram calculadas para dois dos componentes sanguíneos (Plasma e Eritrócito), mostrando valores próximos daqueles conhecidos anteriormente. Entretanto, alguns valores foram considerados estimativas novas, por não se conhecer, até o momento, nenhum cálculo efetuado anteriormente. A análise comprovou a formação de imagens e a capacidade de mensuração oferecida pelo aparelho. Devido ao parâmetro da fase, foi possível extrair informações em três dimensões. This work aimed the implementation of the Digital Holographic Microscope for the analysis of biological samples, using physical parameters images and quantitative data from a sample, both generated through digital holograms, which does not occur in Classical holography. Processing and analysis of holograms were performed by a program written using the MatLab software, applying the Double Propagation method. Other methods for the treatment of digital holograms were explained. The Double Propagation method was discussed, highlighting their advantages over other methods. The method of Volkov was applied for removing phase ambiguity. The Digital Holographic Microscope assembly process was described, because of the modifications made to the initial prototype adopted. Seven samples were analyzed in the digital holographic microscope, three of them for calibration and the other to the analysis - blood and a concentrated solution of a protein called type I Beta2 Glycoprotein, or Beta2-GPI. Calibration tests were made by observing and comparing four image microscopes, described and explained in operation and principles involved in the formation of images, using the same testing sample; and checking the dimensions of another sample through measurement, using digital tools available in the program. Hb S heterozygous (Sickle Cell disease) and Hb A1 homozygous (Control) blood samples were prepared in microscope slide glasses. Images were acquired in two and three dimensions for biological samples, reproducing their morphological structures. For Beta2-GPI, the analysis involved only images, and no values were extracted; nevertheless, the results showed potential applications in future studies. Physical quantities were calculated for two blood components (Plasma and Erythrocyte), showing values closer to those previously known. However, some values were considered new estimates, because there is no knowledge of any calculation made previously, until now, using Digital Holographic Microscopy. The analysis proved the formation of images and the measurement capacity offered by the apparatus. Due to the phase parameter, we were able to extract information in three dimensions.

O presente trabalho tem como objetivo estudar a produção e caracterização de filmes finos do tipo GeO2-PbO (GP) produzidos por sputtering-RF com e sem nanopartículas (INPS) metálicas e codopados com íons de Er³+/Yb³+ para a produção de amplificadores ópticos. A incorporação dos íons de terras-raras (TR) foi verificada a partir dos espectros de emissão. Estudos relacionados ao tempo de decaimento radiativo do Er³+ também foram conduzidos. A susceptibilidade óptica não-linear de terceira ordem é reportada em 532 e 800nm. Os valores de índice de refração e absorção não-linear na presença de NPs metálicas é mais do que uma ordem de grandeza superior aos mesmos filmes sem as NPs metálicas. A produção de guias de onda do tipo rib e do tipo pedestal baseados nos filmes GP foi realizada a partir de litografia óptica seguida por processo de corrosão por plasma. A influência dos parâmetros dos processos usados em função das características dos guias também é reportada. Os guias ópticos foram caracterizados por Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), Microscopia de Força Atômica (AFM) e por medidas de perdas de propagação e ganho óptico. As perdas por propagação mínimas observadas foram de ~1,0dB/cm nos guias rib e de ~1,5dB/cm para os guias pedestal em 1050 nm. O ganho óptico nos guias de onda amplificadores codopados com Er³+/Yb³+ também foram obtidos. Ganhos de até 3,0dB/cm em 1530nm, sob bombeamento em 980nm foi obtido para os guias rib e de 4,0dB/cm para os guias tipo pedestal. A influência de um filme nanoestruturado de ouro depositado sobre os guias de onda foi avaliada. Aumentos na luminescência dos íons de Er³+, sob bombeamento em 980nm, de 260% na região do visível e de ~30% na região do infravermelho foram observados. O ganho óptico apresentado pelos guias rib também sofreu um aumento máximo de ~100% na presença de NPs metálicas. Guias de onda fabricados a partir da escrita por laser de femtosegundos também são estudadas em um vidro de GeO2-PbO-Ga2O3 dopadas com Er2O3. A mudança permanente do índice de refração foi obtida após o processo de escrita e guias de onda foram obtidas sob diferentes energias de pulso do laser e velocidades de varredura. O valor mínimo de perda por propagação foi de 4,8dB/cm em 1535nm. O valor de ganho óptico máximo apresentado foi de 2,7 dB/cm em 1535nm. Os resultados apresentados demonstram que guias de onda baseadas em germanatos, com ou sem NPs metálicas, são promissoras para aplicações em dispositivos fotônicos. This work aims to study the production and characterization of GeO2-PbO (GP) thin films produced by RF-sputtering with and without metallic nanoparticles (NPs) and codoped with Er³+/Yb³+ ions for the production of optical amplifiers. The incorporation of the rare-earth ions was verified from the emission spectra. Studies related to the Er³+ radiative decay time were also performed. The third order optical nonlinear susceptibility at 532 and 800nm is reported. The nonlinear refractive index and absorption values in the presence of metallic NPs is more than one order of magnitude higher than in the films without metallic NPs. Rib and pedestal waveguides were obtained from GP thin films with optical lithography followed by reactive ion etching process. The influence of the process parameters on the waveguides characteristics is also reported. Waveguides were characterized with Scanning Electron Microscope, Atomic Force Microscope and by propagation loss and optical gain measurements. Minimum observed losses were ~1.0dB/cm for rib waveguides and ~1.5dB/cm for pedestal waveguides. Optical gain in the codoped Er³+/Yb³+ waveguide amplifiers was also obtained. The maximum optical gain in 1530nm, under 980nm pumping was 3.0dB/cm for rib waveguides and 4.0dB/cm for pedestal waveguides. The influence of a nanostructured gold thin film deposited over the waveguides was evaluated. Er³+ ions luminescence enhancement of 260% in the visible region and ~30% in the infrared region was observed, under 980 nm pumping. Optical gain was also ~100% higher in rib waveguides in the presence of gold thin film. Waveguides fabricated from direct fs laser writing are also studied, in an Er2O3 doped GeO2-PbO-Ga2O3 glass. Permanent refractive index change was obtained and waveguides were formed under different laser pulse energies and scan velocities. The minimum value of propagation loss was 4.8dB/cm at 1535nm. The sample showed a maximum optical amplification of 2.7dB/cm at 1535nm. The present results demonstrate that germanate waveguides, with or without metallic NPs are promising for applications in photonic devices.

Os objetivos desta tese são: o estudo e aprimoramento dos diferentes parâmetros geométricos e de processo de fabricação de guias de onda ARROW (Anti-Resonant Reflecting Optical Waveguides), visando reduzir as perdas por propagação; e o projeto, fabricação e caracterização de sensores óptico integrados utilizando os processos aprimorados. Os parâmetros estudados foram: os materiais utilizados nas camadas antirresonantes, as espessuras destas camadas, a profundidade de corrosão para definição do rib e a rugosidade nas paredes laterais, que considera-se o parâmetro mais crítico no que diz respeito às perdas por propagação obtidas com o processo de fabricação utilizado neste trabalho. Os materiais utilizados na fabricação dos guias de onda ARROW sobre substrato de silício foram filmes de oxinitreto de silício (SiOxNy) depositados por PECVD à temperatura de 320°C, filmes de SiO2 crescidos em forno de oxidação em ambiente úmido a 1200°C e filmes de TiOxNy depositados pela técnica de Magnetron Sputtering Reativo. A definição das paredes laterais dessas estruturas foi feita através da Corrosão por Plasma Reativo (RIE) e técnicas fotolitográficas convencionais. Para o aprimoramento dos processos, as técnicas de caracterização utilizadas foram: medidas de perdas por propagação, utilizando a técnica de vista superior e a análise modal dos guias de onda. A principal contribuição deste trabalho foi a proposição de um processo de fabricação alternativo, onde pedestais são utilizados para a definição das paredes laterais antes da deposição do núcleo dos guias de onda. Este processo permitiu a redução significativa das perdas e o corte dos modos superiores para guias com larguras menores ou iguais a 6 µm. Finalmente, com os guias e os processos aperfeiçoados foram fabricados dois diferentes tipos de sensores ópticos: sensores refratométricos baseados em interferômetro de Mach-Zehnder (IMZ) e sensores de umidade baseados em absorção utilizando o polímero polipirrol (PPy). A caracterização dos sensores baseados em IMZ permitiu concluir que, embora se tenha observado uma resposta do sensor em termos de variação da potência na saída do dispositivo com a variação do índice de refração, esta variação possivelmente está sendo influenciada pela interferência multimodo resultante de limitações do processo de fabricação, o que reduz significativamente a sensibilidade com relação a valores projetados. Os sensores de umidade apresentaram uma variação significativa da potência de saída para umidades relativas ao redor de 70%, permitindo sua utilização em diferentes aplicações, como na indústria alimentícia e no monitoramento da qualidade do ar. The main goals of this thesis are: the study and improvement of different geometrical and fabrication process parameters of Anti-Resonant Reflecting Optical Waveguides (ARROWs), aiming at reducing the propagation losses; and the design, fabrication and characterization of integrated optics sensors using the improved processes. The studied parameters were: the materials used as anti-resonant layers, the thickness of these layers, the rib height and the sidewall roughness (SWR), which is considered the most critical parameter with respect to propagation losses in the fabrication process used in this work. The materials used in the fabrication of ARROW waveguides over silicon substrate were silicon oxynitride (SiOxNy) films deposited by PECVD at 320°C, SiO2 films, thermally grown at 1200°C and TiOxNy films deposited by the reactive magnetron sputtering technique. The definition of the sidewalls of these waveguides was performed by Reactive Ion Etching (RIE) and conventional photolithographic techniques. The characterization techniques used were: propagation loss measurements, using the top view technique and modal analysis. The main contribution of this work was the proposition of an alternative fabrication process where pedestals are used in order to define the sidewalls before deposition of the core of the ARROW waveguides. This process allowed significant reduction of losses and cutoff of higher modes at widths of 6 µm. Finally, with the waveguides and improved processes two different types of optical sensors were fabricated: refractometric sensors based on Mach-Zehnder interferometer (IMZ) and humidity sensors based on evanescent field absorption using polypyrrole polymer (PPy). The characterization results of IMZ based sensors showed that, although a sensor response has been observed in terms of change of output power with variation of the external medium\'s refractive index, this variation is possibly being influenced by multimode interference resulting from limitations in the fabrication process. This significantly reduces the sensitivity with respect to designed values. The humidity sensors show a significant variation in output power for relative humidity values around 70%, allowing its use in different applications, such as in food industry and in air quality monitoring.

Neste trabalho foi utilizado o método de regressão do diâmetro para a medida do limiar de ablação nos materiais Suprasil, BK7, Safira e Ti:Safira por pulsos de femtossegundos. Através de medidas dos limiares de ablação para pulsos únicos e pulsos sobrepostos, quantificou-se o parâmetro de incubação para cada dielétrico. Essas medidas preliminares serviram para validação do método denominado Diagonal Scan ou D-scan. Para tanto, o método D-scan teve seu formalismo expandido o que possibilitou a quantificação da sobreposição de pulsos durante o seu uso. A simplicidade e rapidez do método D-scan permitiram que o limiar de ablação no BK7 fosse medido para diferentes larguras temporais e sobreposições. O limiar de ablação para pulsos únicos em função da largura temporal dos pulsos foi comparado com uma simulação teórica. A partir do conhecimento do parâmetro de incubação desenvolveu-se uma metodologia de usinagem em dielétricos que considera a sobreposição de pulsos durante a ablação. Isso permitiu a fabricação de microcanais para uso em microfluídica em BK7. In this study, the diameter regression method was used to measure the ablation threshold of Suprasil, BK7, Sapphire and Ti: Sapphire by femtosecond pulses. Through measurements of the ablation thresholds for single and overlapping pulses, the incubation parameter for each dielectric was quantified. These preliminary steps were used to validate the method called Diagonal Scan or D-scan. This was made possible by expanding the D-scan formalism, which allowed the quantification of overlapping pulses during its use. The simplicity of the D-scan method allowed the ablation threshold measurement in BK7 for different temporal widths and overlaps. The ablation threshold for single pulse for different temporal width was compared with a theoretical simulation. From the knowledge of the parameter of incubation, a methodology that considers dielectric machining overlapping pulses during ablation was developed. This allowed the manufacture of microchannels on BK7 for microfluidics.

Este trabalho tem como objetivo a produção e caracterização elétrica de filmes finos de telureto com nanopartículas de ouro para aplicações em microeletrônica. Filmes finos foram produzidos por magnetron sputtering a partir de alvos de telureto cerâmico e de ouro metálico. Foi desenvolvida metodologia adequada para a nucleação das nanopartículas de ouro por meio de tratamento térmico. Foram nucleadas nanopartículas de ouro a fim de que fossem observadas as influências nas propriedades elétricas. Os filmes foram depositados sobre substrato de silício e, para as medidas elétricas, ilhas de alumínio foram depositadas sobre o filme, utilizando-se os processos convencionais de microeletrônica: limpeza química, deposição por sputtering e evaporação. Com a finalidade de verificar a nucleação das nanopartículas metálicas, foram realizadas análises por Microscopia Eletrônica de Transmissão que indicaram a presença de nanopartículas metálicas, cristalinas, aproximadamente esféricas e com tamanho médio aproximado entre 1,5 e 5 nm. Outras técnicas de caracterização usadas foram microscopia de força atômica, perfilometria e extração de curvas da capacitância e condutância em função da tensão. Foram produzidos filmes com diversas espessuras com e sem nanopartículas de ouro. Por meio das medidas de capacitância em função da tensão foi possível determinar a influência das nanopartículas metálicas na constante dielétrica (k). Os resultados obtidos mostram aumento do valor de k de aproximadamente 70%, na presença de nanopartículas de ouro. Cabe ressaltar o resultado obtido para os filmes com espessura de 32,8 nm, para os quais o valor da constante dielétrica varia de 9,4 para 12,2, para tratamentos de 10 e 20 h, respectivamente. O material estudado tem possíveis aplicações em microeletrônica como dielétrico em capacitores e transistores MOS, e como camada de passivação em dispositivos de potência. This work has the objective of production and electrical characterization f tellurite thin films containing gold nanoparticles for microelectronic applications. Thin films have been produced by magnetron sputtering from ceramic tellurite and metallic gold targets. It was developed an appropriate methodology for the gold nanoparticles nucleation by means of heat treatment. Gold nanoparticles were nucleated in order to be observed the influence on the electrical properties. The films were deposited on silicon substrate and, to the electrical measurements, aluminium islands were deposited on the film, using the conventional processes of microelectronics: chemical cleaning, deposition by sputtering and evaporation. With purpose to check the metallic nanoparticles nucleation, transmission electron microscopy measurements were performed and indicated the presence of crystalline metallic nanoparticles, with spherical shape and with average size between 1.5 and 5 nm. Other characterization techniques were used as atomic force microscopy, profilometry and electrical measurements to obtain the capacitance and conductance curves. Films have been produced with different thicknesses with and without gold nanoparticles. From capacitance measurement, it was possible to determine the metallic nanoparticles influence on the dielectric constant (k). The results obtained showed the increase of k of about 70% with the presence of gold nanoparticles. We have to remark the results obtained for thin films with 32.8 nm thickness with k varying from 9.4 to 12.2, for heat treatments during 10 and 20 h, respectively. The material studied has possible applications in microelectronics as high-k dielectrics for capacitors and transistors MOS, and as passivation layer for power devices.

Neste trabalho são apresentados estudos de produção e caracterização de amostras vítreas de TeO2-PbO-GeO2 dopadas com íons de érbio, túlio e itérbio preparadas com diferentes nanopartículas metálicas para aplicações em dispositivos como displays coloridos. Este sistema vítreo apresenta uma larga janela de transmissão no visível e no infravermelho (350 6500 nm), alta solubilidade para os íons de terras raras, baixa energia de fônon (em torno de 700 cm-1) e considerável estabilidade química, mecânica e térmica, que são fatores indispensáveis para produção de displays ou dispositivos utilizados para iluminação. Este trabalho pode ser dividido em três partes, sendo iniciado com o estudo da fotoluminescência de vidros de telureto com dopante érbio, seguido do estudo da codopagem com érbio e itérbio. Na segunda parte é estudada a interferência das nanopartículas metálicas na luminescência das amostras codopadas com érbio e itérbio e, finalmente, na terceira parte, são estudadas amostras tridopadas com érbio, túlio e itérbio com e sem nanopartículas metálicas. Através das medidas de absorção óptica e medidas de emissão, foi observada a incorporação dos íons de terras raras na forma trivalente e por meio das medidas de microscopia eletrônica de transmissão de elétrons foi analisada a nucleação das nanopartículas metálicas. Dentre as amostras codopadas, produzidas com diferentes nanopartículas metálicas, destaca-se a amostra com nucleação de prata para a qual foi observado aumento da luminescência de conversão ascendente do érbio de aproximadamente 50%. As amostras tridopadas mostraram-se promissoras para aplicações com displays coloridos. This works presents studies of the production and the characterization of TeO2 -PbO-GeO2 doped with erbium, thulium and ytterbium ions and also prepared with different metallic nanoparticles for applications in displays. This glass system presents a broad transmission window in the visible and infrared (350 - 6500 nm), high solubility for rare earth ions, low phonon energy (about 700 cm-1) and considerable chemical, mechanical and thermal, stabilities which are important factors for the production of displays or devices used for illumination. This work can be divided in three parts, and starts with the study of the photoluminescence of teluritte glasses doped with erbium followed by the study of erbium and ytterbium codoped glasses. The second part presents the influence of metallic nanoparticles on the luminescence of samples codoped with erbium and ytterbium and, finally, in the third part, the study of samples doped with erbium, thulium and ytterbium with and without metallic nanoparticles. The incorporation of rare earth ions in the trivalent form was determined by means of optical absorption and emission measurements and, by using the transmission electron microscopy technique to the nucleation of metallic nanoparticles. Among the codoped samples, produced with different metallic nanoparticles, we remark the sample produced with silver nanoparticles that presented enhancement of erbium upconversion luminescence of approximately 50%. Samples doped with erbium, thulium and ytterbium showed possible applications for full color displays.

Neste trabalho foi estudado o crescimento de fibras monocristalinas de LiYF4 (YLF) dopadas com Er3+ ou Nd3+ pelo método de micro-pulling-down (-PD) no modo resistivo. Para otimização do processo de crescimento foi, desenvolvida nova metodologia de confecção de cadinhos, de forma a torná-los mais rígidos permitindo sua utilização em mais de uma experiência, aumentando a reprodutibilidade do processo. A câmara de crescimento também foi modificada para obtenção de vácuo da ordem de 10-7 torr. Devido ao tratamento térmico do sistema sob alto vácuo, antes da fusão do material, não foram observados transientes iniciais no processo de puxamento das fibras de YLF dopadas. Foram crescidas fibras de YLF:Nd com concentrações de 0,5, 1 e 1,5 mol% e fibras de YLF:Er com 1, 10, 20 mol %, com diâmetros da ordem de 0,7 mm e comprimentos de até 120mm. Devido a problemas mecânicos do sistema, o ancoramento das fibras, ou seja, o equilíbrio na interface sólidoliquido, mostrou-se muito difícil, sendo necessárias várias correções nos parâmetros de crescimento para estabilização da interface sólido-líquido resultando na formação de defeitos, principalmente na superfície, em regiões ao longo das fibras. Nas condições do presente estudo, o uso de uma atmosfera estática mostrou-se desfavorável. Testes de ganho efetuados com a fibra de YLF:Nd dopada com 1,5mol%, mostraram um ganho superior às perdas comprovando seu potencial para ação laser. In the present work, we studied the growth of single crystal fibers of LiYF4 (YLF) doped with Er3+ or Nd3+ by the resistive micro-pulling-down (-PD) tecnhique. A new method for crucible preparation was developed to improve the growth process. The use of better-built crucibles allows their use in more than one experiment, increasing the process reproducibility. The growth chamber was also modified to achieve vacuum of approximately 10-7 torr. The previous thermal treatment under high vacuum before charge melting eliminate the initial transient reported in previous works of YLF doped fibers growth. Single crystal fibers of YLF:Nd (0.5, 1 e 1.5 mol%) and YLF:Er (1, 10 and 20 mol %), with 0.7 mm diameters and up to 120mm of length were grown. Mechanical problems in the micro-PD system equipment made difficult the control of the solid-liquid interface, and several corrections on the experimental parameters were necessary during the growth process, resulting in defects formation, mainly on the fibers surface. In the experimental conditions of this work, the use of a static atmosphere showed not appropriate for elimination of spurious contamination from ambient atmosphere. The Nd:YLF (1.5mol%) fiber demonstrated a gain higher that the losses, demonstrating the viability for laser action.

Lasers bombeados por diodo semicondutor emitindo em 1mm têm diversas aplicações. Para muitas destas aplicações é desejado um feixe laser com uma boa qualidade e alta potência. Um dos maiores problemas encontrado quando se utiliza altas potências de bombeamento é a forte lente térmica gerada no meio ativo. Neste trabalho estuda-se um laser de Nd:YVO4 bombeado transversalmente por diodo laser em regime contínuo. Este tipo de bombeamento possibilita aproveitar o alto coeficiente de absorção do cristal tornando possível a obtenção de altas eficiências. Duas configurações de ressonadores foram estudadas. A primeira com uma dobra em ângulo rasante na superfície de bombeamento do cristal e a segunda com duas dobras nesta mesma face. Um laser de 22 watts de potência de saída e eficiência angular de 74% foi obtido com a primeira configuração sob um bombeamento de 35 watts. A qualidade do modo era de M2 = 26 ´ 11, na horizontal e na vertical, respectivamente. Uma melhora significativa na qualidade do feixe foi demonstrada quando feita a segunda dobra dentro do cristal. Uma potência de 17 watts foi atingida com essa configuração com qualidade de feixe de M2 = 3,4 ´ 3,7, na horizontal e na vertical, respectivamente. Within the existing variety of laser cavity geometries and gain materials there is one combination that is particularly interesting because of its reduced complexity and high efficiency: the edge-pumped slab-laser using grazing-incidence geometry and a gain media with a very high pump absorption cross-section. In this work we studied a diode side-pumped Nd:YVO4 cw laser. We describe a single and a multiple bounce laser configurations. We demonstrate 22 W of multimode output power for 35 watts of pump power with a single pass through the gain media. A high optical-to-optical conversion efficiency of 63% and a slope efficiency of 74% with a very compact and simple Nd:YVO4 cavity that uses joint stability zones was achieved. The beam quality was M2 = 26 ´ 11 in the horizontal and vertical direction, respectively. With a double pass configuration we achieved 17 watts with a better beam quality of M2 = 3,4 ´ 3,7, in the horizontal and vertical direction, respectively.

Este trabalho apresenta a implementação de um sistema de velocimetria de imagens de partícula (VIP) para estudo do escoamento do sangue em um dispositivo de assistência ventricular para uso pediátrico (DAVP). O sistema VIP implementado é constituído por uma fonte de iluminação composta por um par de lasers de Nd:YAG (pulso de aproximadamente 18mJ de energia e duração de 5ns), um sistema óptico contendo duas lentes convergentes, uma câmera CCD e uma câmara para visualização. O DAVP estudado foi construído em acrílico transparente e é constituído de uma câmara de sangue e uma câmara pneumática, divididas por uma membrana flexível. A câmara sanguínea possui dois orifícios dotados de válvulas de tecido biológico para a entrada e saída de sangue. A câmara pneumática é conectada a um gerador de pulsos de pressão positiva. O fluido foi semeado com esferas de poliestireno (10 \"mu\" de diâmetro). Foram determinadas as distribuições de velocidades instantâneas nas freqüências de batimento de 80, 100 e 120 bpm em três campos (65 mm x 65mm) da câmara paralelos à membrana e um campo situado no canal de entrada do DAVP, usando correlação cruzada com base na transformada rápida de Fourier. Um gerador de pulsos foi utilizado para sincronizar a detecção das imagens pelo sistema VIP com as fases de interesse no ciclo de bombeamento. Na freqüência de batimentos de 80 bpm as velocidades máximas foram de 1,94 m/s no canal de entrada durante o período de enchimento e 1,66 m/s nas regiões próximas à membrana durante o período de ejeção. Em 100 bpm, as velocidades máximas foram de 1,68 m/s no canal de entrada e 1,15 m/s nas regiões próximas a membrana. As distribuições de velocidades instantâneas mostram a ocorrência de pequenos vórtices, principalmente durante a fase de enchimento. Estes vórtices apresentam grande variabilidade ciclo-a-ciclo produzindo turbulências no fluxo e tensões de Reynolds elevadas. No ciclo a 80 bpm, ) parte da energia cinética turbulenta é dissipada devido à desaceleração do fluxo na câmara sanguínea antes do inicio da fase de ejeção. Isto ocorre para as freqüências de 100 e 120 bpm. A máxima tensão de Reynolds foi observada no canal de entrada do DAVP no valor de 222 N/m2 durante o enchimento, persistindo por 25 ms. No plano da membrana a maior tensão encontrada foi igual a 250 N/m2 durante o enchimento, persistindo por 25 ms. O campo de velocidades media contém vórtices permanentes durante a fase de enchimento que influenciam significativamente o fluxo na câmara e cujo numero aumenta com a freqüência de batimentos, provocando aumento de turbulências. Estes resultados indicam que existe maior possibilidade de ocorrer o processo de hemólise durante o enchimento do que durante a ejeção. Vetores com baixas velocidades foram observados na região compreendida entre os canais de entrada e saída do fluxo na câmara sanguínea no período de ejeção, sugerindo a possibilidade de ocorrer à formação de trombos nesta.