Tabela 5.3.1. Propriedades de pós nanocristalinos sintetizados.
Tabela 5.3.2. Propriedades ópticas, índice de refração do filme e substrato, índice de refração efetivo de cada modo, coeficiente de atenuação observados através de espectroscopia m-line para o filme de SnO2 dopados com Eu3+
Tabela 6.3.1. Diâmetro médio das nano partículas das suspensões coloidais de óxido de háfnio puro e dopado com diferentes concentrações de Eu3+ e Er3+.
Tabela 7.3.1. Principais modos vibracionais de absorção na região do infravermelho do alcóxido GPTS e atribuições às respectivas ligações Tabela 7.3.2. Deslocamentos químicos observados no espectro de 13C do
GPTS e respectivas atribuições.
Tabela 7.3.3.Deslocamentos químicos observados nos espectros de RMN de 13C do sistema GPTS-hafnia e respectivas atribuições.
Tabela 7.3.4. Parâmetros ópticos medidos em 543,5, 632,8 and 1550 nm (polarização Te) para os guias de onda planar HfO2-GPTS. Coeficiente
de atenuação é medido por excitação do modo TE0 .
Tabela 7.3.5 Parâmetros ópticos dos guias de onda hibridos contendo ZrO2 medidos em 543,5, 632,8 e 1550 nm para polarização TE e TM. O
coeficiente de atenuação foi medido por excitacao do modo TE0.
Encontra-se reportada a razão molar Si:Zr.
Tabela 8.3.1. Modos vibracionais observados no espectro Raman guiado do sistema silica-hafnia e respectivas atribuições.
Tabela 8.1.2. Índice de refração(n), espessura(t) e número de modos observados por espectroscopia m-line para os filmes do sistema SiO2-
HfO2 (razão molar 90:10). A espessura foi fixada em 600nm (medida por
perfilometria). Continuação 070 108 122 157 165 173 181 196 221 231 232
Continuação
Tabela 9.3.1 Parâmetros ópticos medidos em 543,5, 632,8 and 1550 nm (polarização Te) para os guias de onda planar GPTS-Ta2O5. Coeficiente
de atenuação é medido por excitação do modo TE0 .
Tabela II.1- dimensões e grandezas acessíveis pelas diferentes técnicas de espalhamento (Rg- raio de giro; ξ- distância de correlação; Df- dimensão fractal; Rh- raio hidrodinâmico)
233 259
Índice de Fórmulas
N
O
H
Caprolactama
C
O
CH2
C
O
C F3
Benzoyl-1,1,1,-trifluoroacetona
BFA
F3
C
O
C
H2
C
O
C
S
Apresentação
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Apresentação
Um dos principais problemas tecnológicos deste início de novo milênio certamente está relacionado com a transmissão de informações. Os volumes de dados a serem transportados e a demanda crescem vertiginosamente a cada dia e de fato nossa sociedade parece ter como base os sistemas de telecomunicações ópticas.
A solução para este problema tem sido encontrada com a utilização de fibras ópticas, cada vez mais baratas, para o transporte de sinais gerados por lasers de diodo cada vez mais possantes. Na verdade a "era das telecomunicações ópticas" teve seu início nos anos 80 e seu grande sucesso, que permite hoje a transmissão de sinais a taxas da ordem de 1 Tbit/s, pode ser atribuido a duas causas principais: -a preparação de fibras ópticas apresentando perdas da ordem de 0,2 dB/km e o desenvolvimento de amplificadores ópticos à base de Er3+.
Um dos inconvenientes ligados à utilização de fibras reside no volume de material utilizado. Um amplificador óptico de Er3+ utilizado hoje a cada 50 kms de cabos de telecomunicações utiliza 20 a 50 metros de fibra óptica dopada. A utilização dos mesmos princípios se faz necessária nas futuras rêdes locais e circuitos de óptica integrada que obviamente não comportam 50 metros de fibra.
O objetivo principal da óptica integrada é a miniaturização dos componentes ópticos do mesmo modo que os circuitos integrados miniaturizaram a eletrônica. O elemento básico é o guia de onda planar constituído de um filme de alto índice de refração, que vai servir para guiar a luz numa estrutura de sanduíche entre filmes de menor índice de refração.
A amplificação óptica é possível da mesma maneira que nas fibras, introduzindo-se um íon ativo no filme guia. Procura-se aliar a redução de dimensões do meio amplificador de luz (quer seja para a construção de amplificadores ópticos quer seja para a construção de microlasers) com o bombeamento por diodos emissores de luz.
Entre as metodologias existentes para a preparação destes dispositivos o chamado método sol-gel tem ganhado destaque. Como será demonstrado ao longo desta tese há uma versatilidade muito grande na
Apresentação
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composição do material que pode ser utilizado e o controle do processo pode ser otimizado de forma a se obter as propriedades desejadas. Além disso, a introdução de íons lantanídeos é feita facilmente o que abre um leque enorme de aplicações ópticas baseadas nas propriedades espectroscópicas destes elementos.
Esta tese apresenta os primeiros esforços do Laboratório de Materiais Fotônicos do Instituto de Química- UNESP na direção da preparação de novos materiais para óptica integrada. Guias de onda planares foram preparados e caracterizados por diversas técnicas incluindo acoplamento por prisma ("espectroscopia m-lines"), microscopia eletrônica de transmissão e espectroscopia eletrônica entre outras. Diferentes matrizes à base dos óxidos de háfnio, zircônio, estanho e tântalo foram estudadas individualmente. O processo foi desenvolvido desde a preparação de uma suspensão coloidal estável destes materiais até a otimização das condições de preparação de filmes para a obtenção de materiais com qualidades ópticas de guias de luz razoáveis e propriedades de emissão de íons lantanídeos favoráveis. Foram estudados principalmente os íons Eu3+ e Er3+. O primeiro foi utilizado principalmente como sonda estrutural no acompanhamento da evolução estrutural dos materiais ao longo da rota preparativa. Para as suspensões coloidais à base de óxido de estanho foi possível, além disso, se intensificar a emissão do Eu3+ em meio aquoso, com a preparação de novos materiais que poderão ser utilizados como filmes emissores de luz vermelha. O Er3+ foi utilizado pelo interesse nas suas propriedades de emissão na região de 1,5 µm.
Será mostrado que a qualidade óptica dos filmes pôde ser bastante melhorada com a introdução dos chamados híbridos orgânicos-inorgânicos na composição do sol. Filmes com excelentes qualidades ópticas foram obtidos com suspensões coloidais constituídas de híbridos orgânicos- inorgânicos e sistemas nanoparticulados dos óxidos mencionados anteriormente. Como nem tudo é perfeito mostraremos que as propriedades de emissão do Er3+ nestes materiais não são muito boas. Apesar da idéia inicial de introduzir o Er3+ na forma de nanocristais dos óxidos de metais pesados de forma a controlar a priori suas propriedades espectroscópicas,
Apresentação
3
não foi possível se evitar a interação do Er3+ com a parte orgânica da matriz. Esta interação como será visto é fatal para a propriedades de emissão em 1,5 µm.
A tese está organizada em duas partes principais. A primeira traz alguns fundamentos do trabalho. Uma visão geral do envolvimento do trabalho com área de fotônica é apresentada do capítulo 1. O método sol-gel e os híbridos orgânicos-inorgânicos são revisados no capítulo 2. Os princípios gerais da caracterização e definição de guias de onda são apresentados no capítulo 3 e uma breve revisão sobre as características espectroscópicas dos íons lantanídeos é dada no capítulo 4.
A segunda parte traz o trabalho experimental realizado com um capítulo dedicado a cada sistema individualmente com introdução, parte experimental, descrição dos resultados e conclusões parciais. Assim o capítulo 5 trata de materiais à base SnO2; o capítulo 6 de materiais à base
HfO2; o capítulo 7 de materiais híbridos HfO2-GPTS, onde GPTS é a
abreviatura utilizada para o glicidiloxipropiltrimetoxisilano; 0 capítulo 8 de materiais à base de SiO2-HfO2 e o capítulo 9 de materiais à base de Ta2O5 e
Ta2O5-GPTS. O décimo e último capítulo traz as conclusões gerais e
perspectivas de trabalhos futuros. Três apêndices trazem os fundamentos de três técnicas utilizadas no trabalho experimental: A espectroscopia de m-lines (Apêndice I), a espectroscopia de correlação de fótons (Apêndice II) e a Ressonância Magnética Nuclear (Apêndice III).
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