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Consultar: Programa de Pós-Graduação em Física (Acadêmico)

Título [PT]: Teoria unificada para a variação do caminho óptico em sólidos isotrópicos : aplicação na espectroscopia de lente térmica
Autor(es): Leandro Herculano da Silva
Palavras-chave [PT]:

Fenômenos fototérmicos. Lente térmica. Stress óptico. Validação dos componentes. Absorção óptica. Caminho óptico. Brasil.

Photothermal phenomena. Thermal lens. Optical stress. Validation of the components. Optical absorption. Optical path. Brazil.

Nelson Guilherme Castelli Astrath [Orientador] - UEM Luis Carlos Malacarne - UEM Niklaus Ursus Wetter - IPEN Mauro Luciano Baesso - UEM Renio dos Santos Mendes - UEM Rafael Soares Zola - UTFPR/Apucarana

Resumo: A distorção da frente de onda em componentes ópticos induzido pelo efeito de lente térmica pode afetar a performance e estabilidade de sistemas ópticos, como lasers de alta potência. No entanto, apesar de problemas que esse efeito pode induzir em alguns sistemas, ele é a base de muitas técnicas foto térmicas. A distorção na frente de onda é resultado de um complexo efeito fotoelástico que caracteriza a degradação e propagação do feixe de laser e sua capacidade de ser focalizado em regiões tão pequenas quanto permitidas pelo comprimento de onda utilizado. Uma solução analítica simples para descrição destes efeitos somente é obtida para materiais fracamente absorvedores, assumindo que as componentes do stress obedecem as aproximações de amostra fina ou amostra grossa.Nesse trabalho, foi desenvolvido um modelo teórico generalizado para descrever a variação do caminho óptico relacionado com o perfil de temperatura para todas as classes de materiais absorvedores. A modelagem é baseada na solução da equação termo elástica e fornece a evolução temporal para temperatura, deformação superficial e para as componentes de stress independente da espessura do elemento óptico, considerando materiais semitransparentes, isotrópicos, homogêneos e sujeitos a uma carga térmica com simetria axial. Com a finalidade de aplicar o modelo aqui desenvolvido no design de sistemas laser,foi simulado a variação do caminho óptico para diferentes tipos de vidros ópticos, sendo possível também, determinar a espessura para a correta aplicação das aproximações de amostra fina e amostra grossa. Usando as expressões para a variação do caminho óptico foi possível desenvolver um novo modelo teórico para a técnica de lente térmica, habilitando sua aplicação no estudo de materiais sólidos independente da espessura. O modelo teórico para a variação do caminho óptico pode ter significante impacto no design de sistemas laser e tem aplicação direta em técnicas foto térmicas que relacionam a variação do caminho óptico com propriedades térmicas, ópticas e mecânicas de materiais sólidos. Abstract: Wave front distortion in optical components induced by thermal lensing may affect performance and stability of optical systems, such as high-power lasers. Despite of the problems, this effect is the base of several photo thermal techniques. The wave front distortions a result of complex photo elastic effects that characterize the degradation and propagation of the beam and its ability to be focused in spot so small as allowed by the wavelength used. A simple analytical solution for this induced optical path change is known only for low absorbing materials, with the assumption that the stresses obey either thin-disk or long-rod approximations. In this work, it is developed a generalized theoretical model for optical path change for all classes of absorbing materials, which is related to the temperature profile in a simple way . The modeling is based on the solution of the thermoelastic equation and provides time-dependent expressions for the temperature, surface displacement, and stresses for a semi transparent, isotropic and homogeneous material, subjected to an axially-symmetric thermal loads, regardless of the optical element thickness. In order to apply the theoretical model developed here to the design of the optical elements, it is simulated the optical path change for different optical glasses, allowing us to determine the correct thickness to apply the thin-disk and long-rod approximations. Using the optical path change expression, a new theoretical thermal lens model is presented, enabling the thermal lens technique to be applied in the study of solid materials regardless of the sample thickness. The theoretical model to the optical path change could have significant impact on designing laser systems and has direct application in photo thermal techniques, which correlate optical path change to thermal, optical, and mechanical properties of solid materials.

Idioma: Português Data de Publicação: 2013 Local de Publicação: Maringá, PR Orientador: Prof. Dr. Nelson Guilherme Castelli Astrath Co-Orientador: Prof. Dr. Luis Carlos Malacarne Instituição: Universidade Estadual de Maringá. Centro de Ciências Exatas Nível: Tese (Doutorado em Física)/ UEM: Programa de Pós-Graduação em Física

Responsavel: zenaide
Categoria: Aplicação
Formato: Documento PDF
Arquivo: leandro_herculano_da_silva_2013.pdf
Tamanho: 6650 Kb (6809576 bytes)
Criado: 16-09-2014 10:32
Atualizado: 16-09-2014 10:38
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