Sistema experimental automatizado para estudos de Laser Aleatório em plataformas poliméricas flexíveis combinadas a biomateriais

• Ano de defesa: 2023
• Autor(a) principal: Romero, André Luis dos Santos
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: automação; automation; computer programming; espectroscopia; Laser Aleatório; manufacturing process; materiais orgânicos; organic materials; polymeric resins; processo de fabricação; programação computadores; Random Laser; resinas poliméricas; spectroscopy
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18158/tde-16032023-101657/

Neste trabalho, são descritos os estudos do fenômeno de laser aleatório (LA) em amostras poliméricas flexíveis contendo centros espalhadores obtidos naturalmente. O LA foi proposto por Letokhov, em que a ação laser poderia ocorrer em um meio de ganho com múltiplos espalhamentos, sem a necessidade de uma cavidade ótica tradicional, utilizando partículas como centros espalhadores de luz e assim confinando a luz por mais tempo dentro do meio de ganho, induzindo a emissão estimulada. Em especial, será descrito o desenvolvimento de toda uma automação da técnica experimental utilizada nos experimentos de laser aleatório, a qual coleta os sinais característicos desse fenômeno, foi descrita em detalhes desde a composição do hardware até o software de controle e análise. Nesse sentido, foram confeccionados diferentes conjuntos de amostras poliméricas que tinham como função principal servir como uma matriz hospedeira para corantes orgânicos, mantendo as propriedades fotofísicas dos mesmos praticamente inalteradas, o que resultou em um meio de ganho para laser aleatório de estado sólido. Essa matriz foi utilizada para estudar materiais que possam ser possíveis espalhadores de luz, sendo os espalhadores os responsáveis pela luz permanecer confinada por mais tempo dentro do material e assim induzir à amplificação da luz via emissão estimulada. Primeiramente, desenvolvemos a automação do experimento de laser aleatório, desde a implementação da montagem ótica até a implementação de novas tecnologias para a aquisição dos sinais típicos de um laser aleatório, também foi elaborado um programa de computador utilizando linguagem LabVIEW, que faz o controle total do experimento e tem como funcionalidade fornecer em tempo real as curvas de intensidade máxima de emissão em função da energia de bombeio e largura espectral total à meia altura em função da energia de bombeio também. Com esses dois comportamentos, podemos estudar a combinação do meio ativo, resinas e membranas de casca de ovo como centros espalhadores, averiguando a existência de características próprias de um laser aleatório. O processo de confecção das amostras, o qual foi composto de dois monômeros triacrilatos e um fotoiniciador, foi importante para uma melhor incorporação do corante orgânico como meio ativo de ganho. Além disso, foi possível a incorporação da membrana natural da casca de ovo como centros espalhadores de luz, as quais apresentaram distintos comportamentos devido a diferentes estruturas encontradas na camada interna e externa da membrana. O livre caminho médio mensurado das membranas internas e externas foi de 2,1 μm e 1,4 μm. Foram preparadas três amostras, sendo uma das amostras sem a membrana, as outras duas amostras utilizando a camada interna e externa da membrana como dispersores de luz. As amostras apresentaram diferentes níveis de transparência, mesmo limiar de laser igual a 23 μJ, com como também diferentes eficiências de emissão. A amostra com membrana interna possui uma eficiência cinco vezes maior que a amostras com membrana interna, além de apresentar uma largura espectral de 8 nm.