Dissertação de Mestrado

Este estudo tem como finalidade produzir e caracterizar guias de onda duplos com nanopartícula de prata, usando irradiação com laser de femtosegundos (fs) em amostras vítreas baseadas em GeO2. O trabalho motiva-se em diversos resultados anteriores obtidos pelo grupo com a matriz GeO2 PbO, nos quais a irradiação com laser de fs foi bem sucedida. O trabalho tem como objetivo fabricar diferentes estruturas como, guias retilíneos, guias curvos e guias em Y (usando a configuração de guias duplos) para aplicações em fotônica: anéis ressonantes, divisores de feixes, dentre outros. Fusão, resfriamento brusco e tratamento térmico foram usados para a produção das amostras vítreas. Foi usado feixe de laser de Ti: safira operando em 808 nm com energia de 30 J por pulso, focalizado perpendicularmente à superfície polida da amostra, com sua polarização linear inclinada em 45° em relação à direção do movimento e com o ponto focal posicionado 0,75 mm abaixo da superfície do vidro usando velocidade de 0,5 mm/s. As amostras foram caracterizadas, em 632 nm, por medidas de perdas por propagação, mudança de índice de refração (n), identificação da polarização e fator de qualidade do feixe (M2), em 632 e 1064 nm. Foram produzidos guias duplos, cada um composto por 4 linhas superpostas, separados por uma distância de 10 e 25 m; a distância de 25 m não apresentou resultados satisfatórios e foi usada em poucas configurações. A melhor configuração obtida foi para o guia retilíneo (referência para determinar a perda dos outros guias) com valores de: Mx2 = 3,8 e My2 = 3,1. Para os guias curvos foram utilizados os raios de 5, 10, 20, 40 e 80 mm; para 5 e 10 mm não houve guiamento. Os melhores resultados para M2 e para as perdas por propagação relativas foram obtidos para o guia de 80 mm: Mx2 = 5,4, My2 = 5,2 e 0,84 dB/cm. Foram produzidos guias em Y utilizando ângulo de abertura de 5º e distância entre os braços de 300 e 620 m, com proporção de potência de 50,5/49,5 e de 53,9/46,1 entre eles, respectivamente. A configuração com o braço de 300 m apresentou os melhores resultados para as perdas por propagação relativas e para M2: Mx2 = 6,1, My2 = 4,1 e Mx2 = 5,6, My2 = 4,3 e 0,27 dB/cm. Todas as estruturas apresentaram o mesmo valor em torno de n= 10-3.

This study aims to produce and characterize double waveguides with silver nanoparticles, using femtosecond (fs) laser irradiation on GeO2-based glass samples. The work was motivated by several previous results obtained by the group with the GeO2 PbO matrix, in which irradiation with fs laser was successful. The work aims to manufacture different structures such as straight guides, curved guides, and Y guides (using the double guide configuration) for applications in photonics: resonant rings, beam splitters, among others. The melt quenching method was used to produce the glass samples. The irradiation process made use of a Ti: sapphire laser beam operating at 808 nm with an energy of 30 J per pulse, focused perpendicularly to the polished surface of the sample, with its linear polarization inclined at 45° concerning the direction of movement and with the focal point positioned 0.75 mm below the glass surface, using a speed of 0.5 mm/s. The samples were recorded, at 632 nm, by measuring propagation losses, refractive index change (n), polarization identification, and beam quality factor (M2). Double guides were produced, each consisting of 4 superimposed lines, separated by a distance of 10 and 25 m; the 25 m distance did not show overwhelming results and was used in a few settings. The best configuration obtained was for the straight guide (reference for the propagation loss of other guides) with values of: Mx2 = 3.8 and My2 = 3.1. For the curved guides, radii of 5, 10, 20, 40, and 80 mm were used; for 5 and 10 mm there was no guidance. The best results for M2 and relative propagation losses were obtained for the 80 mm guide: Mx2 = 5.4, My2 = 5.2, and 0.84 dB/cm. Y-shaped waveguides were produced with the aid of a 5º opening and a distance between the arms of 300 and 620 m, with a power ratio of 50.5/49.5 and 53.9/46 between them, respectively. The configuration with the 300 m arm presented the best results for M2 and relative propagation losses: Mx2 = 6.1, My2 = 4.1 and Mx2 = 5.6, My2 = 4.3 and 0.27 dB /cm. All structures considered the same value around n= 10-3.