[pt] ESTUDO DO ESPALHAMENTO DA LUZ POR NANOPARTÍCULAS DIELÉTRICAS ATRAVÉS DO MÉTODO DOS ELEMENTOS FINITOS

Autor: JOAO GABRIEL GONCALVES VELLOZO
Jazyk: portugalština
Rok vydání: 2022
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Druh dokumentu: TEXTO
DOI: 10.17771/PUCRio.acad.60317
Popis: [pt] Neste trabalho foi feito o estudo do espalhamento da luz realizado por partículas esféricas dielétricas, pelo uso do método dos elementos finitos, através do software COMSOL Multiphysics 5.6, sendo considerado o comportamento da luz tanto como onda quanto como partícula. Este estudo visa, no futuro, a compreensão do laser aleatório em sistemas com centros espalhadores de diferentes geometrias. Considerando o comportamento ondulatório da luz, foi estudada a teoria sobre as séries de Mie. Esta, por sua vez, é uma solução que, dado o campo de incidência, pode-se calcular os campos espalhados e absorvidos por partículas esféricas. Foram calculados os valores da seção de choque de espalhamento e a média do cosseno do ângulo de espalhamento para uma partícula de raio (r) maior que um décimo do comprimento de onda (Comprimento de onda) da luz (raio maior que um décimo do comprimento de onda) e uma com (raio menor que um décimo do comprimento de onda). Neste último caso, também foi estudada a variação da intensidade da luz espalhada em função do ângulo de espalhamento. Os resultados das partículas pequenas corresponderam ao regime de Rayleigh. As partículas esféricas consideradas foram a rutila, TiO2, e a alumina, Al2O3. Foi estudado também o espalhamento de luz realizado por duas partículas idênticas. Para esse caso, obteve-se uma luz espalhada mais intensa na região entre as partículas em comparação a outras regiões. Ademais, ao comparar com o espalhamento feito por uma única partícula, foi notado que a luz espalhada por duas partículas, na região entre as duas, também era mais intenso. Além disso, ao estudar o confinamento de luz entre duas e três partículas de r = 230 nm, viu-se que o espectro do campo espalhado apresentava mais de um pico, como há em lasers aleatórios coerentes. No que concerne ao comportamento corpuscular da luz, foi considerada a equação de difusão de fótons, onde o espectro de emissão da fluorescência de R6G incidindo em uma concentração da ordem de 1010 cm−3 partículas foi simulado e, posteriormente, comparou-se o resultado obtido com o comportamento de um sistema de laser aleatório incoerente.
[en] In this work, the study of light scattering performed by dielectric spherical particles was carried out, using the finite element method, through the COMSOL Multiphysics 5.6 software, considering the behavior of light both as a wave and as a particle. This study aims, in the future, to understand the random laser in systems with scatter centers with different geometries. Considering the wave behavior of light, the theory of the Mie series was studied. This is a solution that, given the incidence field, makes it possible to calculate the fields scattered and absorbed by the spherical particles. The values of the scattering cross section and the mean of the cosine of the scattering angle were calculated for a particle with radius (r) bigger than one tenth of the light wavelength (wave length) (radius greater than one tenth of the wave length) and one with (radius less than one tenth of the wave length). In the latter case, the variation of the scattered light intensity as a function of the scattering angle was also studied. The small particle results corresponded to the Rayleigh regime. The spherical particles considered were rutile, TiO2, and aluminium oxide, Al2O3. The scattering of light performed by two identical particles was also studied. For this case, a more intense scattered light was obtained in the region between the particles compared to other regions. Furthermore, when comparing with the scattering done by a single particle, it was noticed that the light scattered by two particles, in the region between the two, was also more intense. Furthermore, when studying the confinement of light between two and three particles with r = 230 nm, it was seen that the spectrum of the scattered field showed more than one peak, as one has in coherent random lasers. Concerning the corpuscular behavior of light, the photon diffusion equation was considered, where the emission spectrum of the fluorescence of R6G incident on a concentration of the order of 1010 cm−3 particles was simulated and, later, the result obtained was compared with the behavior of an incoherent random laser system.
Databáze: Networked Digital Library of Theses & Dissertations
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