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Disertación de Maestría
DOI
https://doi.org/10.11606/D.3.2021.tde-12042021-144328
Documento
Autor
Nombre completo
Daniel Kendji Kumada
Dirección Electrónica
Instituto/Escuela/Facultad
Área de Conocimiento
Fecha de Defensa
Publicación
São Paulo, 2021
Director
Tribunal
Kassab, Luciana Reyes Pires (Presidente)
Cacho, Vanessa Duarte Del
Silva, Ana Neilde Rodrigues da
Título en portugués
Compósitos metal-dielétrico a partir de sistemas vítreos de germanato codopados com íons de Yb3+/Er3+ com nanopartículas metálicas para produção de dispositivos fotônicos.
Palabras clave en portugués
Amplificadores ópticos
Fotônica
Nanopartículas
Terras raras
Vidro
Resumen en portugués
O presente projeto tem como objetivo a produção e caracterização de compósitos metal dielétrico, a partir de sistemas vítreos de germanato codopados com íons de Yb3+/Er3+ para produção de amplificador óptico que opere nas regiões do visível e do infravermelho. O procedimento apresentado neste trabalho faz uso das amostras na forma de bulk produzidas pelo método da fusão seguido de resfriamento rápido, e permite avaliar o potencial do material antecipadamente, com método mais simples, sem que sejam produzidas guias de onda que normalmente necessitam de métodos mais dispendiosos (escrita com laser de fs, processos convencionais da microeletrônica que necessitam de sala limpa, dentre outros). Tal procedimentofoi usado anteriormente com sucesso pelo grupo motivando assim a presente pesquisa.A matriz vítrea estudada é composta por 60,0 GeO2- 40,0 PbO (% em peso) na forma bulk dopada com íons de Er3+ e Yb3+ e uma camada de filme fino de ouro depositada por sputtering. As amostras foram caracterizadas através de medidas de absorção óptica e de emissão óptica nas regiões do espectro visível e infravermelho que comprovaram a incorporação dos íons de Er3+ e Yb3+. Através das medidas de emissão óptica, para a amostra dopada com 1,0% Er2O3 e 1,0% Yb2O3, observou-se um aumento de ~250% na emissão do espectro do infravermelho, quando comparado com a amostra dopada com apenas 1,0% Er2O3. Para o visível este aumento foi de ~ 1000%.Medida de Microscopia de Força Atômica (AFM) foi utilizada para comprovar a camada de filme fino formada por ilhas de ouro com altura de ~11,5 nm. No caso da medida de ganho relativo em 1545 nm a introdução do itérbio proporcionou um de aumento de 300% em relação à amostra somente com 1% Er2O3. Entretanto, o filme fino de ouro depositado não apresentou influência no ganho relativo em 1545 nm. Para as medidas de ganho em 545 nm, a inclusão de 1% Yb2O3 propiciou um aumento de 50% em relação à amostra somente com 1% Er2O3 e a deposição de filme fino de ouro gerou um aumento de ~100% no ganho relativo em relação à amostra somente com 1% Er2O3 e 1% Yb2O3, em ambos os casos de camada mais fina e mais espessa de ouro. A camada de ouro formada por ilhas atuou como um espelho rugoso que contribuiu para aumentar a emissão estimulada fazendo o ganho relativo crescer em 545 nm.
Título en inglés
Metal-dielectric composites from Germanate glassy systems coded with Yb3 + / Er3 + ions with metallic nanoparticles for the production of photonic devices.
Palabras clave en inglés
Erbium
Gain
Germanate
Nanoparticles
Photonic
Ytterbium
Resumen en inglés
The present project aims at the production and characterization of metal-dielectric composites, from germanate glass systems doped with Yb3+ / Er3+ ions for the production of optical amplifiers that operates in the visible and infrared regions. The procedure presented in this work makes use of samples in the form of bulk produced by the melting quenching technique followed by rapid cooling, and allows to evaluate the potential of the material in advance, without producing waveguides that normally require more expensive methods (fs laser written, conventional microelectronic processes that require a clean room, among others). This procedure was successfully used in the past by the group, thus motivating the present research.The glass matrix studied is composed of 60.0 GeO2- 40.0 PbO (% by weight) in bulk form, doped with ions of Er3+ and Yb3+ and a thin film layer of gold deposited by sputtering.The samples were characterized by optical absorption and optical emission measurements in the regions of the visible and infrared spectrum that proved the incorporation of Er3+ and Yb3+ ions. Through the optical emission measurements, for the sample doped with 1.0% Er2O3 and 1.0% Yb2O3, an increase of ~ 250% in the emission of the infrared spectrum was observed, when compared with the sample doped with only 1, 0% Er2O3. For the visible, this increase was of ~ 1000%. Atomic force microscopy (AFM) measurement was used to prove the thin film layer made of gold islands of~ 11.5 nm height.For the relative gain measurement in 1545 nm, the introduction of yterbium provided an increase of 300% in relation to the sample with only 1% Er2O3. However, the thin film of gold deposited had no influence on the relative gain at 1545 nm. For the gain measurements at 545nm, the inclusion of 1% Yb2O3 provided an increase of 50% in relation to the sample with only 1% Er2O3 and the deposition of the thin gold film, generated relative gain increase of ~100%, in relation to the sample with only 1% Er2O3 and 1% Yb2O3, in both cases, for the thinner and the thicker layer of gold. The gold layer formed by islands acts as a rugged mirror that contributes to the stimulated emission increase making the relative gain grow at 545 nm.
 
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Fecha de Publicación
2021-04-13
 
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