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Tese de Doutorado
DOI
10.11606/T.76.2005.tde-15032007-145012
Documento
Autor
Nome completo
Gláucia Grüninger Gomes Costa
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Carlos, 2005
Orientador
Banca examinadora
Catunda, Tomaz (Presidente)
Baesso, Mauro Luciano
Terrile, Maria Cristina
Wetter, Niklaus Ursus
Zanatta, Antonio Ricardo
Título em português
Espectrometria de lente térmica em sólidos: teoria e aplicações
Palavras-chave em português
Difração
Difração de Fraunhofer
Difração de Fresnel
Espectrometria
Lente Térmica
Resumo em português
Neste trabalho propomos o estudo da Espectrometria de Lente Térmica, sua teoria e aplicações, visto ser uma técnica de alta sensibilidade e que permite a medida das propriedades termo-ópticas dos materiais, como a difusividade térmica (D), a condutividade térmica (k), desvio do caminho óptico pela temperatura (ds/dT) - para materiais sólidos - ou a variação do índice de refração em relação à temperatura (dn/dT) - para líquidos e gases. Para isso inicialmente fizemos um estudo da teoria da difração. Valendo-se da Integral de Difração de Fresnel Kirchhoff obtivemos a expressão analítica da intensidade de um feixe de laser, difratado por diversos elementos ópticos (aberturas e obstáculos circular e retangular, por exemplo), tanto para o regime da difração de Fresnel, quanto da difração de Fraunhofer. Ainda no estudo da difração propusemos um arranjo experimental muito simples, utilizando-se um laser pointer sem a lente colimadora, permitindo que se obtenha, com grande facilidade, os padrões de difração no campo próximo, o que é difícil nas montagens tradicionais. Na seqüência fizemos uma revisão dos modelos de Lente Térmica tradicionalmente utilizados, modelos parabólico e aberrante. E, na comparação que realizamos entre eles, verificamos que pelos resultados obtidos através de simulações, com o modelo parabólico se apresenta em grande desacordo (>50%) com os obtidos com o modelo aberrante. Desta forma, concluímos que os dados da literatura obtidos na década de 70 e que ainda são utilizados, merecem ser revistos. Por fim, notamos na literatura um crescente interesse em lasers de alta potência, principalmente pelos bombeados por lasers de diodo. Desta forma fizemos um estudo valendo-se do modelo aberrante de Lente Térmica sob o regime de q grande, no qual procuramos verificar o limite de validade dos modelos de L.T. utilizados, observando o surgimento de fenômeno da aberração esférica, juntamente com as estruturas de anéis.
Título em inglês
Thermal Lens Spectrometry in solids:theory and applications
Palavras-chave em inglês
Diffraction
Fraunhofer diffraction
Fresnel diffraction
Spectrometry
Thermal Lens
Resumo em inglês
In this work we have proposed the study of Thermal Lens Spectrometry, its theory and applications, because it is a highly sensitive technique that allows the measure of the thermo-optical properties of the materials, as the thermal diffusivity (D), the thermal conductivity (k), the change of optical path length with temperature (ds/dT), for solid materials or the change of refractive index with temperature (dn/dT), for liquids and gases. Initially we studied the diffraction theory. We utilized the Fresnel Kirchhoff Diffraction Integral to obtain the analytic expression of the beam laser intensity, whose was diffracted for several optical elements, so much for the regime of the Fresnel diffraction as the regime of the Fraunhofer diffraction. Continuing in the study of the diffraction we proposed a very simple experimental apparatus where we used a laser pointer without the collimator lens, allowing that it was obtained with great facility the Fresnel diffraction patterns, which are difficult to observe in the common experimental apparatus. In the sequence, we made a revision of the models of Thermal Lens traditionally used, parabolic and aberrant models. And, in the comparison that we accomplished among them, we verified that for the results obtained through simulations, with the parabolic model it comes in great disagreement (>50%) with obtained them with the aberrant model. This way, we concluded that literature’s data obtained in the 70ths and they are still used, they must be reviewed. Finally, we noticed in the literature a growing interest in high power lasers. This way we made a study where we used the aberrant model of Thermal Lens under the regime of great q, in which we look for to verify the limit of validity of the used models, observing the appearance of the spherical aberration together with the rings structure.
 
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tesegggc.pdf (5.02 Mbytes)
Data de Publicação
2007-03-23
 
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