4. Materials and methods
4.5 Statistical analysis
As fibras estudadas foram crescidas pelos doutores Diógenes Reyes Ardila e Marcello Rubens Barsa Andreeta, utilizando dois sistemas de LHPG equivalentes, nos Laboratórios do Grupo de Crescimento de Cristais no IFSC/USP. Para preparar as preformas, partiu-se de misturas estequiométricas dos óxidos Y2O3 (99,999%, Johnson Mattey), Gd2O3 (99,99%,
Aldrich), La2O3 (99,99%, Aldrich), V2O5 (99,5% Reagen-Brazil), Nd2O3 (99,99% Optipur,
Merck) e Tm2O3 (99,9%, Aldrich). Às misturas homogêneas de óxidos foi adicionado um
ligante polimérico (polivinil álcool) para que pastas cerâmicas fossem obtidas. Estas pastas foram então moldadas em pedestais com diâmetros entre 1,0 e 1,5 mm e comprimentos de 3,0 a 5,0 cm, através de um processo de extrusão a frio. Após secarem em ar por 3 a 4 h, as preformas foram utilizadas como sementes e nutrientes nos crescimentos. As fibras foram puxadas na velocidade média de 0,5 mm/min, em atmosfera de oxigênio (5 atm) e em alguns casos receberam tratamento térmico a 1000 °C por 12h, após o crescimento. As caracterizações estruturais e espectroscópicas das fibras dopadas com Nd3+ foram feitas em comparação a um cristal laser de YVO4:Nd3+ (1,0 atm%), crescido por Czochralski.
Os difratogramas de raios X foram obtidos em um difratômetro horizontal Rigaku Rotaflex RU200B na faixa de 20 a 80° com passo 0,02° e taxa de aquisição de 3,0°/s, utilizando a radiação kα do Cu em 1,5406 Å. Os espectros de micro Raman foram obtidos em T = 300K, excitando-se as amostras em 514,5 nm com um laser de argônio Innova 400 CR. O foco de luz foi monitorado por uma câmera CCD e controlado variando-se a posição de uma
lente objetiva. Os sinais Raman foram filtrados por um monocromador triplo SPEX 1877 de 0,6 m, e coletados por um detector CCD modelo Spectrum 1 da Jobin Yvon.
Os espectros de absorção no infravermelho próximo foram obtidos em T = 300K, em um espectrofotômetro Nicolet Magna IR 850, utilizando-se detector de Si e divisor de feixes de quartzo. As medidas de luminescência, na região do infravermelho foram obtidas em T = 300K ou T = 5K utilizando-se como fontes de excitação um laser de Ti:Safira Mira 900 da Coherent (para excitar o Nd3+), ou um laser de corante com o corante DCM (para excitar o Tm3+). Ambos os lasers, de Ti:Safira, e de corante, foram bombeado por um laser de Ar+ Innova 400 CR em 488 nm. Os sinais luminescentes foram modulados por um chopper SR540 da Stanford Research System Inc. e filtrados por um monocromador simples Thermo Jarrel Ash 82497 (de 0,3 m), ou por um monocromador duplo SPEX 1403 (0,85 m). Os sinais foram então coletados por um detector de InGaAs HTE-2642 da EG&G (amostras com Nd3+), ou por um detector de InAs J12D da EG&G Judson (amostras com Tm3+), e amplificados por um sistema lock-in PAR 128. Os espectros a baixa temperatura foram obtidos mantendo-se as amostras sob vácuo em um criostato Janis Research Co. Inc. modelo ST100.
Os valores de tempo de vida dos estados excitados das amostras dopadas com Nd3+ foram medidos a partir das curvas de decaimento da luminescência, utilizando-se para excitação em 800 nm um sistema oscilador óptico paramétrico (OPO) Surelite SLII-10 da Continuum (bombeado por laser de YAG:Nd3+). Os sinais foram filtrados pelo monocromador simples e coletados por uma fotomultiplicadora RCA31034 ou o detector de InGaAs. As curvas de intensidade foram registradas por um osciloscópio digital 54501 A-100 MHz da HP.
Espectros de excitação foram obtidos para amostras dopadas com Nd3+ fixando-se a detecção nas linhas de emissão em torno de 1,064 µm e variando-se o comprimento de onda de bombeio do laser de Ti:Safira, com auxílio de um motor de passo. Os sinais luminescentes
foram filtrados pelo monocromador duplo e detectados como descrito anteriormente. Medidas de upconversion no íon Nd3+ foram obtidas com excitação pelo laser de corante com corante Rodamina 590 (bombeado pelo laser de Ar+) e os sinais luminescentes no visível foram filtrados pelo monocromador duplo e coletados pela fotomultiplicadora.
Os espectros de absorção de estado excitado foram medidos utilizando-se a técnica
pump-probe como descrito em detalhes no apêndice A. As amostras foram bombeadas pelo
laser de Ti:Safira em 808 nm, modulado em 14 Hz, e a radiação de prova foi entregue por uma lâmpada de tungstênio modulada em 600 Hz. Filtros espectrais foram utilizados para prevenir efeitos de segunda ordem, e o sinal foi coletado por detectores de Ge ou de Si.
Os experimentos laser realizados em uma fibra de YVO4:Nd3+ (1,0 atm%), com 1 mm
de comprimento e 500 µm de diâmetro, polida opticamente em ambas as extremidades, foram realizados utilizando-se uma cavidade do tipo “end-pump”, esquematizada na Figura 3.5.
Figura 3.5: Cavidade laser end-pump utilizada nos experimentos: (a) diagrama esquemático; (b) fotografia.
(b) recobrimento R = 99,99% (1,064 µm) T = 85% (808 nm) 1,064 µm FMC 1,0 mm bulk 2,0 mm Espelho de saída Raio = 50 mm R = 95% em λsaída YVO4:Nd3+ 1,0 atm% 35 mm lente Laser Ti:Safira λinc.= 808 nm Pinc.< 500 mW (a) (b)(b) recobrimento R = 99,99% (1,064 µm) T = 85% (808 nm) 1,064 µm FMC 1,0 mm bulk 2,0 mm Espelho de saída Raio = 50 mm R = 95% em λsaída YVO4:Nd3+ 1,0 atm% 35 mm lente Laser Ti:Safira λinc.= 808 nm Pinc.< 500 mW (a) recobrimento R = 99,99% (1,064 µm) T = 85% (808 nm) 1,064 µm FMC 1,0 mm bulk 2,0 mm FMC 1,0 mm bulk 2,0 mm Espelho de saída Raio = 50 mm R = 95% em λsaída YVO4:Nd3+ 1,0 atm% 35 mm lente Laser Ti:Safira λinc.= 808 nm Pinc.< 500 mW (a)
A configuração end-pump utilizada consiste da fibra e de um espelho de saída com 50 mm de raio de curvatura e 5% de transmissão em 1,064 µm. A cavidade é fechada por um recobrimento altamente refletivo em 1,064 µm (R = 99,99%) e com T = 85% em 808 nm, evaporado sobre a superfície da fibra no lado do bombeio. Este recobrimento foi feito na Oficina de Óptica do IFSC-USP. Devido à facilidade de sintonização e controle da forma do feixe, utilizou-se como fonte de bombeio o laser de Ti:Safira, mas o laser de diodo em 808 nm também poderia ter sido utilizado. A Fig. 3.5 também apresenta uma fotografia do arranjo.