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Disertación de Maestría
DOI
https://doi.org/10.11606/D.3.2020.tde-07012020-151258
Documento
Autor
Nombre completo
Camila Dias da Silva Bordon
Dirección Electrónica
Instituto/Escuela/Facultad
Área de Conocimiento
Fecha de Defensa
Publicación
São Paulo, 2019
Director
Tribunal
Kassab, Luciana Reyes Pires (Presidente)
Barbosa, Eduardo Acedo
Silva, Ana Neilde Rodrigues da
Título en portugués
Compósitos metal-dielétrico, a partir de vidros óxidos de germânio e telúrio dopados com íons Nd3+ e nanopartículas metálicas para aplicações em amplificadores ópticos que atuem na região infravermelho.
Palabras clave en portugués
Amplificadores ópticos
Fotônica
Ganho relativo
Nanopartículas
Neodímio
NP's metálicas
Óxido de alumínio
Terras raras
Vidro
Resumen en portugués
Neste trabalho foram produzidas amostras vítreas (teluritos e germanatos) na forma bulk, com composições GeO2-PbO e TeO2-ZnO dopadas com íons de neodímio (Nd3+) e nanopatículas metálicas para aplicação em amplificadores ópticos. Medidas de emissão e absorção foram realizadas a fim de comprovar as propriedades luminescentes do material bem como a incorporação dos íons Nd3+, respectivamente. Medida de AFM (Microscopia de Força Atômica) foi realizada a fim de identificar a camada fina de ouro depositada na superfície da amostra. Para analisar nanopartículas de prata foi realizada a microscopia eletrônica de transmissão. Posteriormente montou-se um arranjo com objetivo de medir o ganho relativo das amostras produzidas. A influência da concentração de íons de Nd3+, da adição de fina camada de ouro, de nanopartículas de prata e de Al2O3 na matriz TeO2-ZnO e GeO2-PbO no ganho relativo em 1064 nm foi investigada. Por fim, a análise de DSC (calorimetria exploratória diferencial) comprovou o aumento das temperaturas de cristalização (Tx) e de transição vítrea (Tg) com inclusão de Al2O3 nas matrizes. Destaca-se a amostra TeO2-ZnO dopada com 1% (em porcentagem de peso) de Nd2O3 que exibiu o maior ganho relativo (4,5dB/cm) em 1064 nm, dentre todas as amostras produzidas, e apresentou aumento de 130% em relação a amostra com 0,5% de Nd2O3. Ressalta-se ainda que a introdução de camada fina de ouro e das nanopartículas de prata causaram aumento de aproximadamente 100% no ganho relativo da amostra GeO2-PbO dopada com 1% e 0,5% de Nd2O3 respectivamente. A introdução de Al2O3 nas matrizes GeO2-PbO e TeO2-ZnO também conduziu ao aumento do ganho relativo em 1064 nm, sendo de 116% e 60%, respectivamente. O procedimento apresentado neste trabalho, que faz uso das amostras na forma de bulk produzidas pelo método da fusão seguido de resfriamento rápido, é mais simples e menos dispendioso do que o utilizado para a fabricação dos dispositivos (guias de ondas, que utilizem os processos convencionais da microeletrônica) e permite investigar, antecipadamente o potencial do material para aplicações em amplificadores ópticos. Os resultados apresentados mostram o potencial dos vários materiais estudados para aplicações que demandem amplificação óptica em 1064 nm.
Título en inglés
Metallic-dielectric composites of germanium and tellurium oxides doped with Nd3+ ions and metal nanoparticles for applications in optical infrared amplifiers.
Palabras clave en inglés
Aluminum oxide
Amplifier devices
Germanate glasses
Metallic NP's
Neodymium
Relative gain
Tellurite glasses
Resumen en inglés
In this work, vitreous samples were produced in bulk form, with GeO2-PbO and TeO2-ZnO compositions, doped with neodymium ions (Nd3+) and metallic nanoparticles for applications on optical amplifiers. Emission and absorption measurements were performed to verify the luminescent properties of the material and to verify the incorporation of Nd3+ ions respectively. The AFM (Atomic Force Microscopy) measurement was performed in order to identify the thin gold layer deposited on the surface of the sample surface. To analyze the silver nanoparticles, transmission electron microscopy was performed. Posteriorly, an arrangement was set up to measure the relative gain of the samples produced. The influence of Nd3+ ion concentration, the addition of a gold thin layer, silver nanoparticles and Al2O3 on the TeO2-ZnO and GeO2-PbO matrix on relative gain at 1064 nm is investigated of gold and silver nanoparticles and Al2O3 on the TeO2-ZnO and GeO2-PbO glasses on the relative gain was investigated. Finally, the DSC (Differential Scanning Calorimetry) analysis proved the enhancement of crystallization (Tx) and glass transition (Tg) temperatures with the addition of Al2O3 in the matrices. We stand out the TeO2 - ZnO sample doped with 1% (in weight %) of Nd2O3 that showed the highest relative gain (4.5dB / cm) at 1064 nm, among all the samples produced, and presented 130% increase with respect to the sample with 0.5% of Nd2O3. It is noteworthy that the introduction of the gold thin layer and of the silver nanoparticles provided around 100% relative gain increase on the GeO2 - PbO samples doped with 1% and 0.5% of Nd2O3, respectively. The introduction of Al2O3 in the GeO2-PbO and TeO2-ZnO matrices also led to an increase of the relative gain at 1064 nm, of 116% and 60% respectively. The procedure presented in this paper, which makes use of bulk samples produced by the melt quenching method is simpler and less expensive than the one used to manufacture the devices (waveguides, using conventional microelectronics processes) and allows the investigation, in advance, of the material potential for applications in optical amplifiers. The results presented show the potential of the various materials studied for applications requiring optical amplification at 1064 nm.
 
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Fecha de Publicación
2020-01-08
 
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