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Resumo da aula passada

• Complementação de outros acopladores ópticos, tipos de lentes de acoplamento com fibras.

• Amplificadores ópticos, motivação pelo seu desenvolvimento e diferentes tipos,

• Processo de amplificação óptica na fibra dopada com Er , diagrama de energia do Er3+.

• Problemas com a emissão espontânea amplificada (ASE).• Diversas configurações de montagem com amplificador óptico

de fibra dopada com Er• Amplificador óptico de estado sólido (SOA)

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Antes de entrar sobre redes de Bragg, um pequeno

parêntese sobre os materiais e o índice de

refração.

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Índice de refração negativo

3

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Índice de refração: Valor positivo – Valor negativo?

• Positivo ........ Conforme nos ensinaram (regra da mão direita)

• Negativo ....... Nos dias de hoje (regra da mão esquerda)

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Lembrando conforme nos ensinaram

• Lei de refração

v

cn

meio no luz da velocidade

vácuono luz da velocidade refraçao de índice

Para n1 = 1

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Outras relações

• Lei de Snell

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Índice de refração negativo

Termos usados

• Meio Veselago

• Material duplamente negativo

• Metamaterial (Meta = Além)

• Meio de mão esquerda

• Meio reverso

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O que é?

• Em geral todo material possui dois parâmetros físicos que o

caracterizam:

- permitividade e

- permeabilidade m

• Esses dois parâmetros determinam como o material irá interagir

com a radiação eletromagnética.

• Normalmente ambos são positivos, no entanto no caso de índice

de refração negativo, ambos são negativos (por isso material

duplamente negativo).

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Amfoterismo? - Amfotérico?

• Feito de/ou que possui dois componentes• Óxidos amfotéricos de Zn, Sn, Al, Be entre outros.• E.g. O ZnO reage conforme o pH da solução:

ZnO + 2H+ --> Zn2+ + H2O em solução ácida

ZnO + H2O + 2OH- --> [Zn(OH)4]2- em solução básica

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nmaterial > 1 nmaterial = 1

1 > nmaterial > 0 nmaterial < 0

Refração do ar para o material

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Metamaterial

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http://physicsworld.com/cws/article/print/17398

Physics in ActionMay 1, 2003

Negative-index materials are now a reality, as a

recent experiment at MIT has shown. (a) Light

travelling upwards is refracted in the positive

direction (right) when it leaves a Teflon wedge. (b) A

metamaterial consisting of wires and rings causes

light to be refracted in the opposite direction (left)

when it exits, thereby demonstrating that it has a

negative index of refraction.

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Propagação no meio

Mão direita Mão esquerda

Outros modelos:

A) Pendrys_P_L_xy.wmv

B) Pendrys_Perfect_Lens_3D.wmv

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Metamaterial para microondas

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Outros sistemas ressonantes na geração de metamateriais para microondas

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Principio de Fermat

http://www.phy.ntnu.edu.tw/java/Fermat/Fermat.html

• Principio de Fermat: “A trajetória da luz, ao passar de um

ponto para outro, é tal que o tempo do percurso é

estacionário em relação a variações na trajetória.”

• Como abordar o principio de Fermat para o caso de índice

de refração negativo?

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Aplicação

                                                                                                                                       

Forma clássica, n>0 Forma não-convencional, n<0

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Refração negativa - imagem

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Aplicações

Normal

n1 n2

Metamaterial

n1 n2

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Lentes?

• Limites de observação com luz visível

• Superlentes

• Hiperlentes

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Superlente - Hiperlente

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Defeitos em sólidos, centros de cor e

Redes de Bragg

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Redes de Bragg - Introdução

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Rede de Bragg em fibras ópticas

• Materiais fotosensitivos

• Fundamentos. Ref.: Fiber Bragg grating technology

fundamentals and overview,

JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, VOL. 15, NO. 8, A

UGUST 1997

• Características e propriedades fundamentais

• Fabricação de redes

• Aplicações

• Fiber Bragg Gratings, Raman Kashyap, Academic Press 1999

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Materiais fotosensitivos

São materiais que mudam suas características físicas induzidas pela luz:

– Mudam de cor, podem ficar dicroicos ou não

– Mudam seu índice de refração, podem ficar birrefringentes ou não

– Podem expandir

– Podem contrair

– Podem ter características reversíveis ou irreversíveis

– Dependência com campos externos

– Dependência com temperatura

– Dependência com tempo de exposição

– Dependência com concentração de impurezas ou centros de defeitos

– Dependência com a intensidade da fonte causadora do efeito

– Diferentes tipos de materiais: xstalinos e amorfos

– Associação com efeitos não-lineares

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Principais usos do material fotosensitivo

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Variação de índice de refração fotoinduzida: refratividade fotoinduzida

l

n1n2

n1 > ou < n2

• Efeito da luz sobre o material: memória óptica, holografia

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O que pode ocorrer com o meio ao ser iluminado?

Além daqueles fenômenos vistos na interação da radiação com a

matéria (ef. Compton, fotoelétrico, etc): Criação de defeitos

pontuais

• Criação de centros de cor

• Mudanças estruturais fotoinduzidas: reversíveis e permanentes

• Fotoexpansão

• Fotocontração

• Materiais fotorefrativos

• Materiais fotocrômicos

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Defeitos pontuais, centros

• A presença de impurezas ou desarranjo estrutural local,

constituem defeitos pontuais ou centros que no conjunto

da matriz alteram propriedades físicas (ópticas,

mecânicas, elétricas, magnéticas, etc) do material

considerado puro.

• A dopagem de impurezas são consideradas como

formadoras de defeitos pontuais ou centros

• Formação de centros ou defeitos também ocorrem da

forma fotoinduzida

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Alguns exemplos de defeitos pontuais

Naturais: existem nas pedras preciosas e semi-preciosas. Os defeitos pontuais são as impurezas

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Gema Cor Cristal Hospedeiro Impureza Cor s/impureza

Rubi vermelho oxido de alumínio (Corundum) (Alumina) cromo transparente

Esmeralda verde aluminosilicato de berílio cromo transparente

Granada vermelho aluminosilicato de cálcio ferro transparente

Topázio amarelo fluorosilicato de alumínio ferro transparente

Turmalina rosa-vermelho boroaluminosilicato de cálcio e lítio manganês transparente

Turquesa azul-verde fosfoaluminato de cobre cobre transparente

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Algumas pedras preciosas (gemas)

Yellow beryl (Heliodor) is colored by the

presence of F3+ ions. Beryl includes

emerald , aquamarine, and lesser known

varieties: goshenite (colorless), morganite

(pink), Heliodor (yellow), and bixbite (red).

Red ruby. The name ruby comes from the

Latin "Rubrum" meaning red (Al2O3:Cr3+).

The ruby is in the Corundum group, along

with the sapphire. The brightest red and

thus most valuable rubies are usually from

Burma. Violet

Green emerald. The mineral is transparent

emerald, the green variety of Beryl on

calcite matrix (CaCO3). 2.5 x 2.5 cm.

Coscuez, Boyacá, Colombia

The formula usually given for the beryl group is Be3Al2Si6O18; however, the general formula may be expressed as A2-3B2Si5(Si,Al)O18, where A _ beryllium, magnesium or iron and B _ Aluminium scandium or iron.

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Rubi e esmeralda

Al2O3:Cr3+

2[Be3(Al,Cr)2Si6O18]:Cr3+/V3+

Cr3+

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1% de Al é substituído por CrCorundum(Al2O3), from Eheliyagoda, near Ratnapura, Sri Lanka (3.9 x 2.5 x 1.4 cm). ©Rob Lavinsky (irocks.com), used by permission.

Ruby on white marble, from Jegdalik, Sorobi District, Afghanistan (2.1 x 1.4 x 1.3 cm), ©Rob Lavinsky (irocks.com), used by permission.

Beryl(Be3Al2Si6O18) on albite, from Shigar Valley, Pakistan (4.9 x 3.7 x 3.2 cm). ©Rob Lavinsky (irocks.com), used by permission.

Emerald on white marble, from Panjshir Valley, Afghanistan (2.1 x 1.7 x 1.1 cm). ©Rob Lavinsky (irocks.com), used by permission.

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Espectro de absorção – pq vermelho – pq verde?

Spectra of a ruby from Chanthaburi, Thailand (red) and an emerald from Malyshevo, Ural, Russia (green). Data obtained from the Caltech Mineral Spectroscopy Server.

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Alguns artifícios para “melhorar” a cor das gemas

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Como os defeitos se localizam ?

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Outra versão sobre defeitos pontuais

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Centros de Cor – elétrons em vacâncias negativas

Xstais hospedeiros de halogeneto alcalinos são transparentes, e.g. NaClExistem vários processos através do qual podem-se obter centros de cor:• Excesso de vapor alcalino, conforme figura acima• Radiação eletromagnética, UV, raios-X, gama• Injeção de elétrons• Fonte de neutrons

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Espectros de absorção de centros F

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Complexos de centros F

M ou F2 R ou F3

Memória óptica?

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Centros de Cor

Fluoreto de litio LiF

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Estrutura da fluorita (CaF2) e quartzo – centros F

A.- NormalB.- Com centros F. Íon de flúor substituído por um elétron

A.- NormalB.- Com centros F. Íon de Si4+ substituído por um Al3+.

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Centro de cor associada a impureza

FA

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Próxima aula continuação