Guias de onda produzidas por laser de femtosegundos a partir de compósitos metal-dielétrico baseados em vidros de GeO2-PbO, dopados com Nd3+ e nanopartículas metálicas para aplicações na região do infravermelho. - Bordon, Camila Dias da Silva (2025)
Neste trabalho foram desenvolvidas e caracterizadas amostras vítreas da matriz GeOPbO dopadas com íons de neodímio (Nd³), com nanopartículas (NPs) de prata (Ag), ouro (Au) e sistemas híbridos (estruturas compostas pela combinação de NPs metálicas de Au e óxido de grafeno reduzido (rOG)), que atuam de forma conjunta para potencializar efeitos ópticos, visando aplicações em amplificadores ópticos integrados operando em 1064 nm. As amostras foram produzidas na forma bulk, pelo método da fusão seguido de resfriamento rápido, e os guias de onda foram posteriormente fabricados por escrita direta com laser de femtossegundos (fs). A técnica de escrita empregou energia de pulso de 30 J, velocidade de 0,5 mm/s e polarização a 45°, para formação de guias duplos, com superposição de quatro e oito passagens. A incorporação dos íons Nd³ e as propriedades luminescentes dos materiais foram avaliadas por medidas ópticas de absorção e emissão. A formação das NPs de Ag foi confirmada por microscopia eletrônica de transmissão (MET), e a deposição superficial de NPs de Au e rOG foi verificada por microscopia de força atômica (AFM), evidenciando a presença de ilhas de AuNPs e nanoestruturas de rOG sobre a superfície das amostras e a observação das bandas características (D, G e 2D). Os guias de onda foram caracterizados por medidas de perfil de campo próximo, variação do índice de refração (n), fator de qualidade do feixe (M²), espectroscopia Raman, perdas por propagação e ganho relativo. Os guias apresentaram n da ordem de 10³ e os valores de M² indicaram guiamento simétrico nas direções x e y, com melhor desempenho nos guias com oito superposições para todos os casos. A amostra com NPs de Ag apresentou ganho relativo interno de 7,2 dB/cm, com aumento de aproximadamente 30% em relação às amostras sem NPs, para 8 superposições. Já a amostra com deposição de NPs de Au apresentou ganho relativo interno de 6,86 dB/cm, com aumento de ~23% em relação à amostra sem as aludidas NPs (para 8 superposições); o sistema híbrido exibiu ganho relativo interno de 11,04 dB/cm, ou seja, aumento de aproximadamente 60% em comparação à amostra somente com NPs de Au. O procedimento proposto neste trabalho, baseado na escrita direta de guias em amostras bulk, mostrou-se eficiente, menos dispendioso e de menor complexidade em comparação aos métodos convencionais da microeletrônica. Os resultados obtidos demonstram o potencial das amostras para aplicações em dispositivos fotônicos com amplificação óptica na faixa de 1064 nm.