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Tese de Doutorado
DOI
10.11606/T.76.2006.tde-15092008-112434
Documento
Autor
Nome completo
Lauro June Queiroz Maia
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Carlos, 2006
Orientador
Banca examinadora
Mastelaro, Valmor Roberto (Presidente)
Bernardez, Andrea Simone Stucchi de Camargo Alvarez
Fick, Jochen
Ibanez, Alain
Ribeiro, Sidney José Lima
Título em português
Síntese e caracterização de filmes finos do sistema Y2O3-Er2O3-Al2O3-B2O3 para aplicação como amplificadores ópticos planares.
Palavras-chave em português
Alumínio-boratos
Filmes
finos
Guias de ondas
Método dos precursores poliméricos
Processo sol-gel
Propriedades estruturais
Propriedades Ópticas
Sistema Y2O3-Er2O3-Al2O3-B2
Resumo em português
Esse trabalho de tese descreve a síntese e a caracterização de materiais amorfos e cristalinos na forma de pó e de filmes finos pertencentes ao sistema Er2O3-Y2O3-Al2O3-B2O3. O principal objetivo do trabalho foi o de obter filmes finos amorfos contendo íons Er3+ próximo à composição YAI3(BO3)4 (YAB), visando sua aplicação como amplificador em dispositivos ópticos integrados. Na síntese das amostras foi empregado o método dos precursores poliméricos e o método sol-gel. Uma vez estabelecida às condições de síntese das resinas e de sóis estáveis, diferentes parâmetros foram otimizados visando à deposição de filmes relativamente espessos e amorfos. As propriedades térmicas, estruturais e ópticas de amostras cristalinas ou amorfas, na forma de pó e na forma de filmes finos, foram caracterizadas através das técnicas de análise termogravimétrica, calorimetria exploratória diferencial, difração de raios X, espectroscopia vibracional na região do infravermelho com transformada de Fourier, espectroscopia Raman e microscopia eletrônica de varredura de alta resolução, microscopia de força atômica, espectroscopia "m-line", medidas de espectros de luminescência. Baseado na análise térmica e estrutural das amostras na forma de pó, foi possível realizar a síntese de amostras na forma de filmes finos de composição Y1-xErxAl3(BO3)4 que apresentaram características estruturais, microestruturais e ópticas adequadas à aplicação desejada. Através do estudo das propriedades térmicas e estruturais, foi observado que as amostras preparadas através do método dos precursores poliméricos e do método sol-gel apresentam respectivamente uma temperatura de transição vítrea (Tg) à 723 °C e à 746 °C e uma temperatura de cristalização (Tc) à 814 °C e à 830°C. O tratamento térmico à aproximadamente 1150 °C da amostra amorfa na forma de pó de composição Y0,9Er0,1Al3(BO3)4 contendo boro em excesso levou a obtenção de uma solução sólida cristalina de composição Y0,9Er0,1Al3(BO3)4. No que se refere às propriedades dos filmes finos, as melhores condições de densificação, homogeneidade, eficiência de guiamento, emissão luminescente e tempo de vida foram observadas quando os filmes de composição Y0,9Er0,1Al3(BO3)4 foram tratados entre as temperaturas de Tg e Tc. Os filmes amorfos de composição Y0,9Er0,1Al3(BO3)4 se comportam como guias monomodos, apresentando alta emissão luminescente e um tempo de vida comparável a outros sistemas amorfos a base de boro. Esse comportamento mostra a viabilidade de aplicação desses filmes amorfos como amplificadores ópticos planares.
Título em inglês
Thin films preparation and characterization of the Y2O3-Er2O3-Al2O3-B2O3.
Palavras-chave em inglês
Aluminoborates
Optical properties
Polymeric precursor method
Sol-gel process
Structural properties
Waveguide
Y2O3-Er2O3-Al2O3-B2O Th
Resumo em inglês
This work specifies the synthesis and the characterization of amorphous and crystalline powder and thin films materials belonging to the Er2O3-Y2O3-Al2O3-B2O3 system. The main objective of this work was to develop amorphous thin film samples near the YAI3(BO3)4 composition with yttrium partially substituted by erbium Y1-xErxAl3(BO3)4 with the aim of applying these thin films as waveguide amplifiers in integrated optical systems. The polymeric precursor and the sol-gel methods were applied in order to produce such thin films. After the first step where the conditions to obtain very stable resins and sols was established, different parameters were adjusted aiming the deposition of thick and stable thin films. To well define the best conditions to obtain amorphous and dense thin films, the powder samples of the same compositions were first characterized by thermal analysis techniques, X-ray diffraction, IR and Raman spectroscopies, high resolution electron microscopy and atomic force microscopy. From thermal analysis and structural results, it was observed that the samples prepared from the polymeric precursor and sol-gel methods exhibit glass transition temperatures, Tg, at 723 and 746 °C and cristallisation temperatures, Tc, at 814 and 830 °C, respectively. The heat treatment at around 1150 °C of Y0,9Er0,1Al3(BO3)44 powder sample containing a smaller amount of boron in excess produced by both methods lead to the formation of a crystalline solid solution of the same composition without the presence of secondary phases. These results show that dense, free of cracks, thick and homogeneous thin films could be obtained when they were submitted at a heat treatment in temperatures between Tg and Tc. From the "m-line" spectroscopy technique and luminescence measurements we observed that the Y0,9Er0,1Al3(BO3)4 amorphous thin films can be considered as monomode waveguides showing a high luminescence intensities and a lifetime similar to other amorphous borate systems. These results show the potentiality to apply such amorphous thin films as optical planar amplifiers.
 
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LauroMaiaD.pdf (5.81 Mbytes)
Data de Publicação
2008-09-30
 
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