Teoria unificada para a variação do caminho óptico em sólidos isotrópicos : aplicação na espectroscopia de lente térmica

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Silva, Leandro Herculano da
Data de Publicação: 2013
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da Universidade Estadual de Maringá (RI-UEM)
Texto Completo: http://repositorio.uem.br:8080/jspui/handle/1/2646
Resumo: 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.
id UEM-10_9d737d830744941b371c4ff60c08edc5
oai_identifier_str oai:localhost:1/2646
network_acronym_str UEM-10
network_name_str Repositório Institucional da Universidade Estadual de Maringá (RI-UEM)
repository_id_str
spelling Teoria unificada para a variação do caminho óptico em sólidos isotrópicos : aplicação na espectroscopia de lente térmicaFenômenos fototérmicosLente térmicaStress ópticoValidação dos componentesAbsorção ópticaCaminho ópticoBrasil.Photothermal phenomenaThermal lensOptical stressValidation of the componentsOptical absorptionOptical pathBrazil.Ciências Exatas e da TerraFísicaWave 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.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.110 fUniversidade Estadual de MaringáBrasilPrograma de Pós-Graduação em FísicaUEMMaringá, PRCentro de Ciências ExatasNelson Guilherme Castelli AstrathLuis Carlos Malacarne - UEMNiklaus Ursus Wetter - IPENMauro Luciano Baesso - UEMRenio dos Santos Mendes - UEMSilva, Leandro Herculano da2018-04-11T17:38:57Z2018-04-11T17:38:57Z2013info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesishttp://repositorio.uem.br:8080/jspui/handle/1/2646porinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da Universidade Estadual de Maringá (RI-UEM)instname:Universidade Estadual de Maringá (UEM)instacron:UEM2018-04-20T17:37:03Zoai:localhost:1/2646Repositório InstitucionalPUBhttp://repositorio.uem.br:8080/oai/requestopendoar:2024-04-23T14:55:42.857545Repositório Institucional da Universidade Estadual de Maringá (RI-UEM) - Universidade Estadual de Maringá (UEM)false
dc.title.none.fl_str_mv Teoria unificada para a variação do caminho óptico em sólidos isotrópicos : aplicação na espectroscopia de lente térmica
title Teoria unificada para a variação do caminho óptico em sólidos isotrópicos : aplicação na espectroscopia de lente térmica
spellingShingle Teoria unificada para a variação do caminho óptico em sólidos isotrópicos : aplicação na espectroscopia de lente térmica
Silva, Leandro Herculano da
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.
Ciências Exatas e da Terra
Física
title_short Teoria unificada para a variação do caminho óptico em sólidos isotrópicos : aplicação na espectroscopia de lente térmica
title_full Teoria unificada para a variação do caminho óptico em sólidos isotrópicos : aplicação na espectroscopia de lente térmica
title_fullStr Teoria unificada para a variação do caminho óptico em sólidos isotrópicos : aplicação na espectroscopia de lente térmica
title_full_unstemmed Teoria unificada para a variação do caminho óptico em sólidos isotrópicos : aplicação na espectroscopia de lente térmica
title_sort Teoria unificada para a variação do caminho óptico em sólidos isotrópicos : aplicação na espectroscopia de lente térmica
author Silva, Leandro Herculano da
author_facet Silva, Leandro Herculano da
author_role author
dc.contributor.none.fl_str_mv Nelson Guilherme Castelli Astrath
Luis Carlos Malacarne - UEM
Niklaus Ursus Wetter - IPEN
Mauro Luciano Baesso - UEM
Renio dos Santos Mendes - UEM
dc.contributor.author.fl_str_mv Silva, Leandro Herculano da
dc.subject.por.fl_str_mv 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.
Ciências Exatas e da Terra
Física
topic 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.
Ciências Exatas e da Terra
Física
description 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.
publishDate 2013
dc.date.none.fl_str_mv 2013
2018-04-11T17:38:57Z
2018-04-11T17:38:57Z
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
format doctoralThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.uri.fl_str_mv http://repositorio.uem.br:8080/jspui/handle/1/2646
url http://repositorio.uem.br:8080/jspui/handle/1/2646
dc.language.iso.fl_str_mv por
language por
dc.rights.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
eu_rights_str_mv openAccess
dc.publisher.none.fl_str_mv Universidade Estadual de Maringá
Brasil
Programa de Pós-Graduação em Física
UEM
Maringá, PR
Centro de Ciências Exatas
publisher.none.fl_str_mv Universidade Estadual de Maringá
Brasil
Programa de Pós-Graduação em Física
UEM
Maringá, PR
Centro de Ciências Exatas
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Repositório Institucional da Universidade Estadual de Maringá (RI-UEM)
instname:Universidade Estadual de Maringá (UEM)
instacron:UEM
instname_str Universidade Estadual de Maringá (UEM)
instacron_str UEM
institution UEM
reponame_str Repositório Institucional da Universidade Estadual de Maringá (RI-UEM)
collection Repositório Institucional da Universidade Estadual de Maringá (RI-UEM)
repository.name.fl_str_mv Repositório Institucional da Universidade Estadual de Maringá (RI-UEM) - Universidade Estadual de Maringá (UEM)
repository.mail.fl_str_mv
_version_ 1801841399741546496