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Tesis Doctoral
DOI
10.11606/T.3.2012.tde-26072013-123748
Documento
Autor
Nombre completo
Davinson Mariano da Silva
Dirección Electrónica
Instituto/Escuela/Facultad
Área de Conocimiento
Fecha de Defensa
Publicación
São Paulo, 2012
Director
Tribunal
Kassab, Luciana Reyes Pires (Presidente)
Araújo, Cid Bartolomeu de
Chávez, Marco Isaías Alayo
Santos Filho, Sebastião Gomes dos
Wetter, Niklaus Ursus
Título en portugués
Fabricação e caracterização de guias de onda baseadas em filmes finos e vidros de óxido de metal pesado dopados com Er3+ e Yb3+ e contendo nanopartículas metálicas para aplicações em dispositivos fotônicos
Palabras clave en portugués
Érbio
Filmes finos
Fotônica
Guias de onda
Nanopartículas metálicas
Vidros
Resumen en portugués
O presente trabalho tem como objetivo estudar a produção e caracterização de filmes finos do tipo GeO2-PbO (GP) produzidos por sputtering-RF com e sem nanopartículas (INPS) metálicas e codopados com íons de Er³+/Yb³+ para a produção de amplificadores ópticos. A incorporação dos íons de terras-raras (TR) foi verificada a partir dos espectros de emissão. Estudos relacionados ao tempo de decaimento radiativo do Er³+ também foram conduzidos. A susceptibilidade óptica não-linear de terceira ordem é reportada em 532 e 800nm. Os valores de índice de refração e absorção não-linear na presença de NPs metálicas é mais do que uma ordem de grandeza superior aos mesmos filmes sem as NPs metálicas. A produção de guias de onda do tipo rib e do tipo pedestal baseados nos filmes GP foi realizada a partir de litografia óptica seguida por processo de corrosão por plasma. A influência dos parâmetros dos processos usados em função das características dos guias também é reportada. Os guias ópticos foram caracterizados por Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), Microscopia de Força Atômica (AFM) e por medidas de perdas de propagação e ganho óptico. As perdas por propagação mínimas observadas foram de ~1,0dB/cm nos guias rib e de ~1,5dB/cm para os guias pedestal em 1050 nm. O ganho óptico nos guias de onda amplificadores codopados com Er³+/Yb³+ também foram obtidos. Ganhos de até 3,0dB/cm em 1530nm, sob bombeamento em 980nm foi obtido para os guias rib e de 4,0dB/cm para os guias tipo pedestal. A influência de um filme nanoestruturado de ouro depositado sobre os guias de onda foi avaliada. Aumentos na luminescência dos íons de Er³+, sob bombeamento em 980nm, de 260% na região do visível e de ~30% na região do infravermelho foram observados. O ganho óptico apresentado pelos guias rib também sofreu um aumento máximo de ~100% na presença de NPs metálicas. Guias de onda fabricados a partir da escrita por laser de femtosegundos também são estudadas em um vidro de GeO2-PbO-Ga2O3 dopadas com Er2O3. A mudança permanente do índice de refração foi obtida após o processo de escrita e guias de onda foram obtidas sob diferentes energias de pulso do laser e velocidades de varredura. O valor mínimo de perda por propagação foi de 4,8dB/cm em 1535nm. O valor de ganho óptico máximo apresentado foi de 2,7 dB/cm em 1535nm. Os resultados apresentados demonstram que guias de onda baseadas em germanatos, com ou sem NPs metálicas, são promissoras para aplicações em dispositivos fotônicos.
Título en inglés
Fabrication and characterization of waveguides based in thin films and heavy metal oxide glasses doped with Er³+ and Yb³+ and containing metallic nanoparticles for applications in photonic devices.
Palabras clave en inglés
Erbium
Glasses
Metallic nanoparticles
Photonics
Thin films
Waveguides
Resumen en inglés
This work aims to study the production and characterization of GeO2-PbO (GP) thin films produced by RF-sputtering with and without metallic nanoparticles (NPs) and codoped with Er³+/Yb³+ ions for the production of optical amplifiers. The incorporation of the rare-earth ions was verified from the emission spectra. Studies related to the Er³+ radiative decay time were also performed. The third order optical nonlinear susceptibility at 532 and 800nm is reported. The nonlinear refractive index and absorption values in the presence of metallic NPs is more than one order of magnitude higher than in the films without metallic NPs. Rib and pedestal waveguides were obtained from GP thin films with optical lithography followed by reactive ion etching process. The influence of the process parameters on the waveguides characteristics is also reported. Waveguides were characterized with Scanning Electron Microscope, Atomic Force Microscope and by propagation loss and optical gain measurements. Minimum observed losses were ~1.0dB/cm for rib waveguides and ~1.5dB/cm for pedestal waveguides. Optical gain in the codoped Er³+/Yb³+ waveguide amplifiers was also obtained. The maximum optical gain in 1530nm, under 980nm pumping was 3.0dB/cm for rib waveguides and 4.0dB/cm for pedestal waveguides. The influence of a nanostructured gold thin film deposited over the waveguides was evaluated. Er³+ ions luminescence enhancement of 260% in the visible region and ~30% in the infrared region was observed, under 980 nm pumping. Optical gain was also ~100% higher in rib waveguides in the presence of gold thin film. Waveguides fabricated from direct fs laser writing are also studied, in an Er2O3 doped GeO2-PbO-Ga2O3 glass. Permanent refractive index change was obtained and waveguides were formed under different laser pulse energies and scan velocities. The minimum value of propagation loss was 4.8dB/cm at 1535nm. The sample showed a maximum optical amplification of 2.7dB/cm at 1535nm. The present results demonstrate that germanate waveguides, with or without metallic NPs are promising for applications in photonic devices.
 
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Fecha de Publicación
2013-07-31
 
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