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When electromagnetic waves go through materials different effects may occur depending upon the physical properties of the materials. One of them is of great interest for the analysis of thermal-optical properties and it is known as the photothermal effect. The thermal lens techniques bases is this effect and since its discovery the thermal lens became a powerful tool to describe the thermal-optical properties of huge number of materials, whether liquids or solids. However, no matter how detailed, all the model that have emerged over the years always considered that the excitation beam radius didnt change throughout the sample. In order to verify this condition, we developed a thermal lens mismatched-mode model that consider an azimuthal dependence for the laser radius. Obtaining the intensity expression allowed us to perform a lot of computational analysis and also allowed us to compare this analysis with experimental data. We concluded that the constant radius consideration is valid only if the ratio between the confocal distance and the thickness of the sample is sufficiently large, in other words, the confocal distance must be larger than the samples thickness, otherwise the presented model must be Quando uma onda eletromagnética incide sobre um dado material diversos efeitos podem ocorrer dependendo das propriedades físicas deste material. Um deles é de grande interesse para as análises das propriedades ópticas e térmicas, e é conhecido como efeito fototérmico. A base da técnica de lente térmica (LT) consiste neste efeito e desde a sua descoberta a lente térmica se tornou uma poderosa ferramenta para a descrição de propriedades termo-ópticas de uma grande quantidade de materiais, sejam eles líquidos ou sólidos. Entretanto, por mais abrangente que fosse, todos os modelos que surgiram ao longo dos anos sempre partiam do pressuposto de que o raio do feixe do laser não variava ao atravessar a amostra. Afim de verificar a validade de considerarmos esta condição, desenvolvemos aqui um modelo para o modo descasado que considera uma dependência azimutal no raio do feixe de excitação. A obtenção da expressão de intensidade nos permitiu realizar diversas simulações para verificar o nosso modelo e fazer uma comparação com dados obtidos experimentalmente. Concluímos que a consideração do raio constante ao atravessar a amostra é válida desde que a razão entre a distância confocal e a espessura da amostra seja suficientemente grande, ou seja, desde que a distância confocal seja maior do que a espessura da amostra. Do contrário o modelo proposto deve ser empregado para melhor descrever os parâmetros físicos da amostra ix, 66 f

Resonant excited-state absorption and relaxation processes in Tb3+-doped aluminosilicate glasses are quantitatively evaluated under UV excitation. A model describing the excitation steps and upconversion emission is developed and applied to interpret the results from laser-induced surface deformation using the thermal mirror spectroscopy. The fluorescence quantum efficiency of level 5D4 was found to be close to unit and concentration independent, while for the level 5D3 it decreases with Tb3+ concentration. Emission spectroscopy measurements supported these results. Excited-state absorption cross-sections are found to be more than two orders of magnitude higher than the ground-state absorption cross-section. Processos de relaxação e absorção de estado excitado em vidros aluminosilicato de cálcio dopados com Tb3+ são quantitativamente investigados sob excitação UV. Um modelo que descreve as excitações e as emissões "upconversion" é desenvolvido e aplicado para interpretar os resultados da deformação superficial induzida via laser pela Espectroscopia de Espelho Térmico. A eficiência quântica da fluorescência do nível 5D4 foi aproximadamente unitária e independente da concentração, enquanto que a do nível 5D3 decresceu com a concentração de Tb3+. Medidas de espectroscopia de emissão suportaram esses resultados. As seções de choque de absorção de estado excitado foram determinadas e apresentaram valores três ordens de magnitude maiores que a seção de choque de absorção do estado fundamental. x, 63 f

This work presents a theoretical and experimental study in Thermal Lens (TL) and Thermal Mirror (TM) techniques by taking sample-fluid heat coupling into account. The heat conduction equation is solved to obtain a semi-analytical solution to the temperature in the sample and in the surrounding fluid in the case of continuous and pulsed laser excitation. The thermoelastic equation is used to obtain the displacement induced on the sample surface. The solutions to the temperature and surface displacement, for samples with low optical absorption ( - ) and high optical absorption ( - ), are in excellent agreement with the results obtained using Finite Element Method (FEM). The solutions are used to model the TL and TM effects considering the contribution of the sample and the fluid. The heat transfer between the sample and the air coupling fluid does not introduce an important effect over the induced probe beam phase shift when compared to the solution obtained without considering axial heat flux, unless to extremely thin samples. However, when using water as the surrounding fluid, heat coupling led to a significant effect in fluid phase shift. Experimental results using stainless steel in air and water are used to demonstrate the potentiality of the TM technique to determine the thermal properties of both the sample and the fluid. A theoretical analysis of the pulse laser profile in the TM technique is presented. TM experiments performed in optical glasses show that the technique is useful for quantitative determination of the thermal diffusivity of materials with low optical absorption. Este trabalho apresenta um estudo teórico e experimental do efeito de acoplamento térmico entre amostra sólida e fluido adjacente nas técnicas de Lente Térmica (LT) e de Espelho Térmico (ET). A equação de difusão de calor é resolvida para obter uma solução semianalítica para a temperatura na amostra e no fluido considerando a excitação laser contínua e a pulsada. A equação termoelástica é utilizada para a obtenção da deformação induzida na superfície da amostra. As soluções para a temperatura e a deformação superficial, considerando amostras com baixa absorção óptica ( ) e com alta absorção óptica ( ), apresentam ótima concordância com os resultados obtidos por meio de Método de Elementos Finitos (MEF). As soluções são utilizadas para modelar os efeitos de LT e ET, considerando tanto a contribuição da amostra quanto a do fluido. Como resultado, verifica-se que a transferência de calor de uma amostra para o ar não expressa diferença relevante na mudança de fase do feixe de prova quando comparada com a solução sem fluxo de calor, a não ser no caso de amostras extremamente finas. Porém, quando a água é utilizada como fluido circundante à amostra, um efeito significante de mudança de fase surge no feixe de prova devido ao fluido. Resultados experimentais em aço inoxidável imerso em ar e em água são utilizados para demonstrar o potencial da técnica de ET para determinar as propriedades térmicas tanto da amostra quanto do fluido. Uma análise teórica do efeito da forma do pulso laser na técnica de ET é apresentada. Experimentos de ET em vidros ópticos mostram que a técnica é útil na determinação quantitativa da difusividade térmica de materiais com baixa absorção óptica. 102 f