Produção e caracterização de materiais luminescentes amorfos e semicristalinos para aplicações em lasers aleatórios. - Câmara, Josivanir Gomes (2025)
Motivado pela necessidade de compreender a propagação da luz em meios desordenados, este trabalho investiga a emissão de laser aleatório (RL) em materiais vítreos e vitrocerâmicos (GCs) de germanato de chumbo (GP) dopados com íons de terras-raras. Sistemas fotônicos desordenados não apenas oferecem aplicações promissoras em fontes de luz e sensores, mas também servem como plataformas experimentais para explorar fenômenos físicos complexos, como a quebra de simetria de réplicas (RSB). Vidros de GP contendo alumínio dopados com Nd³ (GPA) foram sintetizados e caracterizados, e a emissão RL foi observada pela primeira vez nessa matriz sob excitação em 808 nm, com um limiar de emissão de cerca de 0,3 mJ/mm². As partículas vítreas forneceram simultaneamente ganho óptico e espalhamento, possibilitando a ação de RL com durações de pulso curtas ( 10 ns) e emissão estimulada eficiente. Estudos adicionais foram realizados utilizando vidros e vitrocerâmicas de GP contendo magnésio dopados com Nd³ (GPM), com cristalização controlada. O tratamento térmico promoveu a formação de cristalitos de NdGeO e MgPbGeO, reduzindo o livre caminho médio dos fótons e aumentando a fotoluminescência em até 500%. O limiar laser foi reduzido em amostras com maior grau de cristalinidade, e o fenômeno RSB foi observado em todas as amostras acima do limiar laser, indicando o surgimento de estados fotônicos vítreos. GCs de GPM co-dopadas com Er³/Yb³ também foram estudadas, apresentando emissão RL por conversão ascendente em torno de 547 nm sob bombeamento a 980 nm. A cristalização levou à formação das fases (Er,Yb)GeO e (Er,Yb)PbO, contribuindo para a redução do limiar de excitação para RLs. RSB e mapas do coeficiente de correlação de Pearson foram relatados pela primeira vez em um sistema RL baseado em conversão ascendente por transferência de energia. Por fim, a emissão de RL foi utilizada para investigar experimentalmente perfis de energia complexas em sistemas fotônicos desordenados formados por sílica sol-gel dopados com rodamina 6G. Ao analisar a distribuição dos parâmetros de sobreposição de Parisi () e sua representação gráfica, identificamos a topologia ultramétrica de estados semelhantes aos de vidros de spin. Isso representa a primeira evidência experimental de ultrametricidade em um sistema RL, conceito anteriormente demonstrado apenas em simulações teóricas. Esses resultados destacam o potencial dos materiais estudados aqui como uma plataforma versátil tanto para aplicações fotônicas quanto para estudos fundamentais de sistemas complexos, unindo os campos da ciência dos materiais, óptica e física estatística.