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metadata.dc.type: Dissertação
metadata.dc.rights: Acesso Aberto
Title: Estudo de sistemas vítreos dopados com Er3+ visando aplicações em fibras e amplificadores ópticos
metadata.dc.creator: Caetano, Marlon
metadata.dc.contributor.advisor1: Dantas, Noelio Oliveira
metadata.dc.contributor.referee1: Xavier, Jose Candido
metadata.dc.contributor.referee2: Vermelho, Marcos Vinicius Dias
metadata.dc.description.resumo: Neste trabalho estudou-se as propriedades térmicas e ópticas dos Sistemas Vítreos PAN (P205 - Al2O3 - Na2O), PANK (P2O5 - Al2O3 - Na2O - K2O), PANB (P2O5 - Al2O3 - Na2O - BaO), e SNAB (SiO2 - Na2O - Al2O3 - B2O3) [mol%], não dopados e dopados com concentrações crescentes de xEr2O3 (wt%), onde x = 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 1,0; 1,2; 1,4; 1,6; 1,8; 2,0; 4,0; 6,0; 8,0 e 10,0, visando aplicações em fibras ópticas e amplificadores ópticos. A escolha do meio hospedeiro é fundamental, pois este tem influência nos parâmetros espectroscópicos dos íons terra rara (TR) inseridos no material. Este trabalho foi dividido em duas etapas. Na primeira foram determinadas as propriedades térmicas por Análise Térmica Diferencial (DTA), ópticas por Absorção Óptica (AO) e Espectroscopia Raman (ER), bem como o Índice de Refração (n) das Matrizes Vítreas não dopadas. Na segunda etapa, as Matrizes Vítreas foram dopadas com concentrações crescentes de Er2O3 (peso %) visando amplificação óptica em torno de 1534 nm que corresponde à terceira janela óptica (região espectral onde as fibras ópticas apresentam menor atenuação). Essas Matrizes Vítreas dopadas foram caracterizadas por Absorção Óptica (AO), Fotoluminescência (PL) e Fotoluminescência de Resolução Temporal (PLRT), bem como a determinação do Índice de Refração (n), da densidade (ρA em g/cm³) e da concentração (N). A partir desses resultados, utilizou-se a teoria de Judd-Ofelt para determinar os parâmetros espectroscópicos dos íons Er3+ inseridos nesses sistemas vítreos. Os resultados obtidos na primeira etapa mostraram que a Matriz Vítrea PANK apresentou boas propriedades térmicas, índice de refração relativamente alto, bem como boas propriedades ópticas, como menor densidade de hidroxila (OH-), em relação às outras Matrizes Vítreas e transparência na região espectral correspondente às janelas ópticas. Na segunda etapa, observou-se a partir dos espectros de PL, um aumento na largura à meia altura da banda de emissão referente à transição 4I13/2 → 4I15/2 do íon Er3+ em função da concentração de íons de Er2O3. Os tempos de vida do estado 4I13/2 do Er3+ para todas as Matrizes diminuíram com o aumento da concentração de íons Er3+, dando indícios da presença de processos não-radiativos como: (i) relaxação cruzada (RC), (ii) migração de energia (ME) e (iii) alta energia de fônons da rede. Os espectros de AO das Matrizes Vítreas mostraram que a densidade de hidroxila não alterou significativamente com o aumento da concentração de íons Er3+. Os espectros Raman comprovaram que o processo de relaxação multifônons é favorável para todas as Matrizes Vítreas, pois a diferença de energia relativa à transição 4I13/2 → 4I15/2 (6519 cm -1) do íon Er3+ corresponde a um múltiplo inteiro dos seus modos vibracionais, uma vez que para os vidros à base de P2O5 são necessários 5 fônons para ocorrer o processo de relaxação multifônons e para a Matriz Vítrea SNAB, são necessários 6 fônons. A partir do modelo de STOKOWSKI (1993) verificou-se que o processo de Relaxação Cruzada (RC) não é um processo dominante. Além deste, os processos de migração de energia (ME) e energia de fônons da rede são, também, responsáveis pelo decréscimo do tempo de vida do estado excitado 4I13/2 do íon Er3+. O maior tempo de vida desse estado foi de 8,75 ms e eficiência quântica de emissão η = 88 %, referente à Matriz Vítrea PANK + 0,2Er2O3 (peso%). Essa Matriz Vítrea além de apresentar boas propriedades térmicas e ópticas, apresentou os maiores tempos de vida experimental (ζexp) e eficiência quântica (η) em relação às outras Matrizes. Portanto, a Matriz Vítrea PANK mostrou-se promissora para aplicação em amplificadores ópticos.
Abstract: In this work we have studied the thermal and optical properties of glassy systems PAN (P205 - Al2O3 - Na2O), PANK (P2O5 - Al2O3 - Na2O - K2O), PANB (P2O5 - Al2O3 - Na2O - BaO), e SNAB (SiO2 - Na2O - Al2O3 - B2O3) [mol%], undoped and doped with increasing concentrations of xEr2O3, aimed at applications in optical fibers and optical amplifiers. The choice of the host medium is critical, as this influences the spectroscopic parameters of rare earth ions (TR) inserted in the material. This study was divided into two stages. The first thermal properties were determined by Differential Thermal Analysis (DTA), optical optical absorption (OA) and Raman spectroscopy (RE), and the refractive index (n) of undoped glass matrix. In the second step, the glass matrices were doped with Er2O3 increasing concentrations (wt%) in order optical amplification around 1534 nm which corresponds to the third optical window (spectral region where optical fibers present the lowest attenuation). These doped glass matrices were characterized by Optical Absorption (OA), photoluminescence (PL) and photoluminescence of Temporal Resolution (PLRT) as well as the determination of the refractive index (n), density (ρA) and concentration (N). From these results, we used the Judd-Ofelt theory to determine the spectroscopic parameters of Er3+ in these systems glassy inserted. The results obtained in the first step showed that the glass matrix PANK had good thermal properties, relatively high refractive index, and good optical properties, such as lower density hydroxyl (OH-) in relation to the other glass matrices and transparency in the spectral region corresponding to the optical windows. In the second stage, it was observed from the PL spectra, an increase in width at half maximum of the emission band related to the transition 4I13/2 → 4I15/2 of Er3+ ions as a function of ion concentration Er2O3. The lifetimes of the state 4I13/2 of Er3+ to all of the arrays decreased with increasing concentration of Er3+, giving evidence of the presence of cases non-radioactive as: (i) cross relaxation (CR) (ii) migration energy (ME) and (iii) high energy phonons network. The spectra of the glass matrices showed that the hydroxyl group density did not change significantly with increasing concentration of Er3+. Raman spectra proved that the relaxation process is favorable for multifônons all glass matrix as the energy difference on the transition 4I13/2 → 4I15/2 (6519 cm -1) Er3+ ion corresponds to a multiple of their modes vibrational, since the glass to the base of P2O5 5 phonons are required for the relaxation process occurs multifônons and the glass matrix SNAB, 6 phonons are required. From the model STOKOWSKI (1993) found that the process of cross relaxation (CR) is not a dominant process. In addition to this, the processes of energy migration (EM) and phonon energy of the network is also responsible for the decrease in the lifetime of the excited state 4I13/2 of Er3+ ion. The longer lifetime of this state was 8.75 ms and quantum efficiency η = 88%, related to the vitreous matrix PANK Er2O3 + 0.2(wt%). This vitreous matrix and presents good thermal and optical properties, showed the highest experimental lifetimes (ζexp) and quantum efficiency (η) compared to other Matrices. Therefore, the glass matrix is PANK great promise for use in optical amplifiers.
Keywords: Fibra óptica
Amplificador óptico
Eficiência quântica
Íons de Er3+
Janela óptica
Meio hospedeiro
Optical fiber
Optical amplifier
Quantum efficiency
Er3+ ions
Optical window host medium
metadata.dc.subject.cnpq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA
metadata.dc.language: por
metadata.dc.publisher.country: BR
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
metadata.dc.publisher.initials: UFU
metadata.dc.publisher.department: Ciências Exatas e da Terra
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-graduação em Física
Citation: CAETANO, Marlon. Estudo de sistemas vítreos dopados com Er3+ visando aplicações em fibras e amplificadores ópticos. 2013. 157 f. Dissertação (Mestrado em Ciências Exatas e da Terra) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2013.
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/15663
Issue Date: 30-Jul-2013
Appears in Collections:DISSERTAÇÃO - Física

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