Este trabalho tem por objetivo principal avaliar a influência da temperatura de junção nas perdas de potência de um módulo IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), monitorando a temperatura através de medida direta, empregando sensores a fibra ótica. O monitoramento direto da temperatura é realizado por meio de sensores óticos baseados em rede de Bragg instalados no interior do módulo, posicionados sobre a pastilha semicondutora que forma o IGBT. Para que as análises experimentais possam ser realizadas sob condições de temperatura controlada, foi desenvolvido um sistema de controle de temperatura digital com base em um módulo termoelétrico de efeito Peltier, que permite regular a temperatura com um erro percentual de 0,1%, numa faixa de valores que podem variar de -16 °C a 150 °C. O acionamento do módulo IGBT é realizado através de um circuito de teste capaz de variar os parâmetros elétricos do dispositivo, como largura do pulso, tensão e corrente de carga. As formas de onda que descrevem o comportamento do IGBT são obtidas por meio de um osciloscópio digital, o que proporciona a verificação do desempenho do dispositivo durante os processos de comutação e condução de corrente elétrica. O acionamento do IGBT sob temperaturas controladas permite verificar as faixas de temperatura que apresentam influência significativa nas perdas do dispositivo. O emprego do sensor ótico proporciona identificar o aquecimento gerado na junção do dispositivo em função das perdas. A medição da temperatura de forma direta também contribui para o desenvolvimento de uma técnica simples e de boa precisão para obtenção dos parâmetros térmicos da estrutura do IGBT. Os parâmetros obtidos serviram de base para elaboração de um modelo térmico preciso, que permite simular fielmente o comportamento térmico do dispositivo, onde o erro percentual máximo é de aproximadamente 0,3%. A utilização do modelo facilita a análise de pequenas variações de temperatura, inferiores à 0,01 °C, onde a medição através do sensor torna-se complicada. A associação dos resultados da análise de influência da temperatura no desempenho do IGBT, com o monitoramento e simulação do aquecimento gerado durante a operação do dispositivo pode contribuir, de fato, para o desenvolvimento semicondutores de potência mais eficientes. / This study aims to evaluate the temperature influence on power losses of an IGBT module (Insulated Gate Bipolar Transistor), monitoring the temperature through direct measurement, using optical sensors. The direct monitoring of temperature is accomplished by means of optical sensors based on fiber Bragg grating installed inside the module, positioned on the semiconductor wafer, which forms the IGBT structure. For the experimental analysis to be performed under controlled temperature conditions, a digital temperature control system based on a Peltier effect thermoelectric module was developed, which can regulate the temperature in a range between -16 °C to 150 °C, with an percentage error of 0.1%. The drive of the IGBT module is done by a test circuit that can vary the device electrical parameters, such as pulse width, voltage and load current. A digital oscilloscope, providing verification of device performance during the switching and conduction of electrical current, obtains the waveforms that describe the IGBT behavior. The drive of the IGBT under controlled temperature allows checking the temperature ranges that have significant influence on the device power losses. The use of optical sensor provided to identify the heat generated on the device junction due to the power losses. The direct measurement of junction temperature also contributed to the development of a simple technique with great precision to obtain the thermal parameters of the IGBT structure. The parameters obtained were the basis for developing a precise thermal model that faithfully simulates the device thermal behavior, where the maximum percentage error is 0.3%, approximately. The model facilitates the analysis of small variations in temperature, lower than 0.01 °C, where measurement by the sensor becomes more complicated. The association of the temperature influence analysis on the IGBT performance with monitoring and simulation of generated heat on the structure during device operation, can contribute to the research on design of novel power semiconductor devices.

Este trabalho apresenta a gravação e caracterização de redes de Bragg em fibras óticas (FBGs), com comprimentos de onda otimizados para a banda do visível, a partir de pulsos de laser femtossegundo em UV ajustados por um oscilador paramétrico ótico (OPO – optical parametric oscillator). Para tal propósito foi usado o método de inscrição direta sob máscara de fase, tendo como base diferentes fibras óticas previamente hidrogenadas com vista a incrementar a sua fotossensibilidade. Durante o processo de gravação dos sensores a fibra ótica, as FBGs foram monitoradas espectralmente em reflexão e posteriormente caracterizados em temperatura e deformação longitudinal, para a análise dos seus coeficientes de sensibilidades; seus principais parâmetros pós-gravação foram analisados comparativamente em relação às redes de Bragg funcionais na faixa espectral do infravermelho. / In this work, a visible wavelength fiber Bragg gratings (FBGs) were produced using ultrafast laser pulses adjusted with an OPO (optical parametric oscillator) to 248 nm UV femtosecond laser source. For that purpose it was employed the normal phase-mask method and different fibers loaded with hydrogen previously, in order to increase its photosensitivity. During de process the spectral characteristics were analyzed in terms of reflection as well as temperature and longitudinal deformations were made to analyze the post inscription main parameters of sensitivity comparing with IR spectral range produced FBGs.

CAPES/PICDT / Os mecanismos determinantes das propriedades físico-químicas da bebida do café ainda não foram totalmente compreendidos, devido principalmente à complexidade de sua composição. Além disso, é freqüente a presença de adulterantes no pó de café comercial, o que fez com que a ABIC (Associação Brasileira das Indústrias de Torrefação e Moagem de Café) instituísse um selo de qualidade para garantir a pureza do produto. O principal método atualmente utilizado para a detecção de impurezas no café é a microscopia óptica. Esta técnica só pode ser empregada em amostras na forma de pó e tem um limite de resolução acima de 2%. Assim, é de grande importância o desenvolvimento de novos métodos mais precisos e de execução mais rápida para a determinação da presença de tais adulterantes. A espectroscopia de lente térmica (ELT) faz parte de uma família de técnicas fototérmicas que vem cada vez mais mostrando sua potencialidade no estudo das propriedades ópticas e térmicas de materiais transparentes. Esta técnica apresenta alta versatilidade para o estudo de líquidos, é uma metodologia não destrutiva e os experimentos podem ser realizados com rapidez. Neste trabalho, a ELT foi utilizada pela primeira vez como método para determinar as propriedades ópticas e térmicas da bebida do café. Além disso, combinada com a medida do pH e da espectrofotometria esta técnica foi empregada para a detecção de adulterantes na bebida do café. Foram realizadas várias séries de experimentos com a bebida do café puro e com a bebida do café adulterado com 4% em peso de fubá. As concentrações de café puro e café com fubá variaram de 0,04% a 20% em peso. A ELT foi empregada para determinar o valor do parâmetro dn/dT(coeficiente que descreve a variação do índice de refração com a temperatura); a Phmetria foi utilizada para determinar o pH das amostras; enquanto que a espectrofotometria foi empregada para a determinação do espectro de absorbância na região do visível e do coeficiente de absorção óptica das amostras. Os experimentos foram feitos em temperatura ambiente, imediatamente após a obtenção da bebida do café. Os resultados para o comportamento do parâmetro dn/dT obtido a partir da ELT em função da concentração de café puro quanto para a de café com fubá foram descritos através de uma curva com a forma de um pulso invertido, com um mínimo em torno de 0,6 % em peso. Este resultado indica que para as amostras com baixas concentrações, entre 0,04% até 0,6%, ocorre diminuição do valor do coeficiente de temperatura da polarizabilidade eletrônica (ϕ), como consequência da possível quebra dos agregados moleculares da água durante o processo de percolação da mesma através do pó do café. Para concentrações entre 0,6% até 20% os valores de dn/dT apresentaram uma taxa de variação semelhante a uma exponencial crescente, em que a saturação ocorreu para concentrações em torno de 6%, indicando que o valor de ϕ aumentou neste intervalo de concentração. Nas medidas de pH, observou-se também que a forma da curva de pH em função da concentração de café apresentou um comportamento semelhante a um pulso invertido, com o menor valor deste parâmetro em torno de 0,6 % em peso de café. Isto mostra que para a região de baixa concentração de café, a amostra apresenta uma maior quantidade de cargas livres, provavelmente devido à quebra dos agregados moleculares de água ocorrida durante a preparação da bebida, conforme observado para os resultados de dn/dT. Assim, tanto os resultados obtidos para dn/dT como os de pH são concordantes no que se refere ao aumento de cargas livres na bebida para as concentrações no intervalo entre 0,04% até 0,6% e ao contrário, uma diminuição destas cargas livres à medida que a concentração de café foi sendo aumentada a partir de 0,6%. A partir dos resultados de dn/dT em função da concentração de café, observamos que a taxa de variação do valor deste parâmetro em função da concentração apresenta diferenciação para as amostras de café puro e café com fubá. Os resultados obtidos a partir das medidas de pH também mostraram que a taxa de variação do valor de pH em função da concentração de café foi diferente para as amostras puras, quando comparadas às com fubá. Portanto, os resultados obtidos para o pH são concordantes com os valores de dn/dT determinados a partir da ELT tanto no que se refere a diferenciação entre as amostras da bebida de café puro das com fubá, quanto ao comportamento do número de cargas livres da solução. Esta é a primeira vez que a ELT é empregada para o estudo da bebida do café. Os resultados mostraram que a ELT é uma técnica que pode ser empregada para estudos quantitativos das propriedades ópticas e térmicas do café, sendo portanto um novo método de investigação para este material, que é um dos principais produtos de nossa economia. Quanto à identificação de adulterantes e afora este objetivo específico, os resultados indicam ainda que a referida técnica pode ser igualmente aplicada a outros tipos de alimentos processados, tais como, farináceos, óleos comestíveis, dentre outros. / The mechanism responsible for the physical and chemical properties of coffee’s brews has not been completely understood mainly due to its complex composition. Furthermore, it is frequent the presence of adulterants in the Brazilian commercial coffee, which has motivated the introduction of a seal of quality in order to control the purity of the product The optical microscopy is the main current method used to detect these contaminants. This technique can only be applied in powder samples and it has a limit of detection above 2 wt %. Therefore, the development of new sensitive methods to study both the physical and chemical properties and the presence of adulterants in coffee brews is of outmost importance. Thermal lens spectrometry is a powerful technique to study thermo-optical properties of transparent liquids. This technique is non-destructive, is simple to be used and can provide the absolute values of the thermo-optical properties of transparent samples. The aim of this work was to apply, for the first time, thermal lens spectrometry to determine the thermo-optical properties of the coffee brews. Furthermore, combining TLS with pH and spectrophotometric measurements the presence of adulterants in the coffee brews was detected. The experiments were performed in both pure commercial coffee and coffee mixed with 4 wt % of toasted corn meal. The concentration of the investigated samples, pure and adulterated, varied in the range from 0.04 wt % to 20 wt %. TL measurements provided the values of the parameter dn/dT ( temperature coefficient of the refractive index of the samples). Furthermore, combining this technique with pH and optical absorption coefficient measurements the presence of adulterants in the coffee brew was investigated. The experiments were performed at room temperature, immediately after the preparation of the coffee brew. The dn/dT data plotted against coffee concentration showed that this parameter changed in such a way that it can be described by an inverse pulse curve with a minimum at about 0.6 wt %. These results indicate that in the range of low concentration a decrease in the value of the temperature coefficient of the electronic polarizability (ϕ) occurs as a consequence of the possible dissociation of the water aggregates during the coffee percolation process. For concentrations higher than 0.6 wt %, the increase of dn/dT values can be described by an exponential growth curve saturating around 6 wt %. Likewise, pH data as a function of the coffee concentration can be also described by an inverse pulse curve. This suggests that in the low range concentration the amount of free charges in the solution increases, probably due to the dissociation of the solution’s complexes. Therefore, the results of both dn/dT and pH are in agreement with respect to the changes in the amount of free charges in the sample when the concentration is modified. By performing an exponential fitting in the results of dn/dT we have observed that the value of the parameter, t1, which describes the variation of dn/dT as a function of coffee concentration differs when the results for pure and adulterated coffee are compared. This procedure was also followed in the pH measurements data and again we were able to differentiate pure coffee brew from the adulterated one. Therefore, both results for dn/dT and pH measurements have show that combination of these methods can be successfully applied to detect adulterants in coffee by investigation of the brew. This is the first time that the Thermal lens spectrometry is applied to investigate coffee beverage. The results have shown that this technique can be used to determine the thermo-optical properties of coffee, which is one of the most important product of our economy. Regarding the presence of adulterants, our results indicate that this technique may be an useful method to study other industrialized foods like oils.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Elétrica, 2008. / Submitted by Kelly Marques (pereira.kelly@gmail.com) on 2009-10-30T19:36:09Z No. of bitstreams: 1 2008_AlexandrePiqueira.pdf: 1919215 bytes, checksum: 870260cb82b8eb38fe69b000d99be69f (MD5) / Approved for entry into archive by Tania Milca Carvalho Malheiros(tania@bce.unb.br) on 2009-11-10T11:11:51Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2008_AlexandrePiqueira.pdf: 1919215 bytes, checksum: 870260cb82b8eb38fe69b000d99be69f (MD5) / Made available in DSpace on 2009-11-10T11:11:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2008_AlexandrePiqueira.pdf: 1919215 bytes, checksum: 870260cb82b8eb38fe69b000d99be69f (MD5) Previous issue date: 2008-10-30 / Redes de transmissão ópticas, de última geração, como a ASON – Automatic Switched Optical Network, proporcionam facilidades de operação, robustez às redes e novos desafios para os projetistas. Projetar redes ópticas de transmissão de dados, capazes de suportar múltiplas falhas com o menor custo possível e utilizando métodos de proteção aplicados em uma topologia em malha, é uma tarefa complexa que requer auxílio computacional. Esta complexidade resulta da análise obrigatória de cada uma das centenas, ou até milhares, de rotas possíveis para se levar demandas de tráfego de cada par “origemdestino”, visando encontrar a melhor distribuição, reduzindo a quantidade de banda a ser provisionada para fins de recuperação de falhas. O modelo de distribuição de tráfego proposto foi baseado em um híbrido entre proteção de caminho, 1:1 ou 1+1, e recuperação de falha através de reroteamento. Conhecido como PRC – Proteção e Restauração Combinadas, quando há uma combinação de falhas que interrompa o tráfego, a restauração de Caminho é acionada para aprovisionar automaticamente uma nova rota entre os nós de origem e de destino. Os resultados das simulações indicam que, para se alcançar valores máximos de recuperação contra duplas falhas, a conectividade entre os nós da rede é o mais importante. Em redes de topologias aleatórias com grau de conectividade médio pouco abaixo de 3, a proteção de caminho apresentou baixa imunidade à dupla falha de enlaces, em torno de 68% a 72%, e baixa reserva de banda, enquanto que a Proteção e Restauração Combinadas apresentam 90-97% de imunidade e reserva de banda cerca de 47% maior que o encontrado anteriormente. Para reduzir a quantidade de banda reservada para recuperação após dupla falha de enlaces, criamos o modelo PRC-RE, Proteção e Restauração Combinadas – Reuso de Enlace, e alcançamos a mesma imunidade do PRC, porém, com reserva de banda entre 16% e 25% maior que a alcançada pela proteção de caminho. _________________________________________________________________________________________ ABSTRACT / The latest generation optical transmission networks, such as ASON - Automatic Switched Optical Network, provide facilities for operation, robustness to networks and new challenges for designers. Designing optical networks for data transmission, capable of supporting multiple failures with minimal cost using methods of protection applied in a mesh topology, is a complex task that requires computer aid. This complexity result from mandatory review of each hundreds or even thousands, of possible routes to take traffic demands of each pair "origin-destination", aimed at finding the best distribution, reducing the amount of bandwidth to be provisioned for failures recover. The traffic distribution model proposed was based on a hybrid between path protection, 1:1 and 1 +1, and failure recovery through rerouting. In PRC - Protection and Restoration Combined, when there is a combination of failures that disrupts traffic, the path restoration process is automatically triggered to supply a new route between the nodes of origin and destination. Simulations results indicate that to achieve maximum recovery from double failures, the connectivity between the nodes of the network is the most important. In Random networks topologies with a degree of connectivity average just under 3, the path protection had low immunity to the double failures of links, around 68% to 72%, and low bandwidth allocation, while the Protection and Restoration Combined have 90-97% of immunity and bandwidth allocation about 47% higher than the previously found. To reduce the amount of bandwidth reserved for recovery after links double failures, created the model PRC-RE, Proteção e Restauração Combinadas – Reuso de Enlace, and achieve the same immunity of the PRC, however, with reservation of bandwidth between 16% and 25 % higher than that achieved by path protection.

Neste trabalho apresentamos uma instrumentação que é capaz de estabilizar e medir o comprimento de onda emitido por um laser de semicondutor em 1 parte de 106. Para obtermos essa precisão foi necessário desenvolver um controlador de temperatura, uma fonte de corrente e um medidor de onda. / In this work we present an instrumentation that is able to stabilize and measure the semiconductor laser wavelength with a precision of 1 part in 106. To obtain this precision was necessary to develop a temperature controller, current source and wave meter.

Este trabalho apresenta um estudo sobre redes ópticas de interconexão aplicadas em arquiteturas paralelas, onde são propostos, simulados e analisados alguns modelos de redes. Essa é uma importante pesquisa, pois, as redes de interconexão influenciam diretamente o custo e desempenho das arquiteturas paralelas de computadores. O primeiro modelo de rede óptica proposto é chamado de SCF (Sistema Circular com Filas). Esse e um sistema sem colisões, onde há um canal exclusivo para controle de comunicação e cada nó possui um canal exclusivo para recepção de dados. Esse sistema tem um desempenho com alta taxa de vazão, alto nível de utilização e pequenas filas. Para a simulação da rede SCF foi desenvolvido um simulador dedicado, cuja adaptação para a simulação de outros modelos de redes, propostos nesse trabalho, foi facilmente realizada. Neste trabalho também foram propostos, simulados e analisados três modelos diferentes de chaves ópticas de distribuição para arquitetura paralela do tipo Dataflow. Os resultados dessas simulações mostram que componentes ópticos relativamente simples podem ser utilizados no desenvolvimento de sistemas de alto desempenho. / This work presents a study about optical interconnection network applied to parallel computer architectures, where is proposed, simulated and analyzed some models of optical interconnection networks. It is an important research because the interconnection networks influence directly the cost and performance of parallel computer architectures. The first optical interconnection network model proposed in this work is called SCF (Sistema Circular com Filas). It is a system without collisions, where there is a dedicated channel for communication control and each node has a fixed channel for data reception. The system has a performance with high throughput, high utilization leve1 and small queue size. For the SCF simulation was developed a dedicated simulator, whose adjust to simulate others optical interconnection network, proposed in this work, was easily performed. In this work also were proposed, simulated and analyzed three different models of optical distributing network for Dataflow computer architecture, whose results shows that single optical devises can ensure the development of high performance systems.

A incidência de câncer tem aumentado nas últimas décadas, o que coloca essa doença como um problema de saúde pública mundial. Para melhorar o prognóstico do paciente, é necessário o desenvolvimento e/ou aprimoramento de técnicas que aumentem a efetividade e diminuam os efeitos adversos do tratamento. Entre as técnicas para tratamento local de lesões neoplásicas, destacam-se a terapia fotodinâmica (TFD) e a radioterapia (RT). A TFD consiste na interação entre fotossensibilizador, luz e oxigênio molecular; que combinados causam morte celular. A RT, por sua vez, é uma técnica já consagrada clinicamente que utiliza radiação ionizante para o tratamento de tumores malignos. O efeito da combinação entre as técnicas não está claramente estabelecido, e poderia aumentar o dano causado ao tecido enquanto diminui os efeitos colaterais provenientes da RT. Neste contexto, o objetivo deste estudo é analisar os efeitos da TFD associada à RT quando comparados aos efeitos individuais de cada terapia, avaliando se existe um método preferencial de combinação das técnicas. A primeira etapa do estudo foi realizada na Universidade de São Paulo e tratou a pele sadia de ratos Wistar com diferentes protocolos que combinavam as técnicas em diversos protocolos. Análises clínicas, imunohistoquímica e histológica, além da coleta de espectros de fluorescência, foram realizadas com o intuito de observar a possível sinergia dos efeitos das terapias combinadas. Os resultados mostraram uma maior necrose tecidual para a combinação TFD+24h+RT. A combinação RT+24h+TFD não apresentou um dano tão expressivo quanto o grupo TFD+24h+RT, devido a ineficiência de produção de PpIX em tecido previamente irradiado, comprovado pelo espectro de fluorescência. Na segunda etapa, realizada no Dartmouth College, os grupos que apresentaram maior dano foram escolhidos para avaliação do dano vascular por análises de refletância, da qual foram extraídas informações sobre a saturação de oxigênio, concentrações de meta-hemoglobina e bilirrubina, fração de volume sanguíneo e raio do vaso, tanto em tecido sadio de ratos Wistar quanto em tumores cutâneos em camundongos Nude. O recrescimento dos tumores também foi avaliado. A análise óptica se mostrou um método efetivo para monitorar o dano causado pela TFD na pele normal, mas ineficiente para monitorar o dano na combinação dos grupos, uma vez que a RT não apresenta dano vascular importante. Para os tumores, as análises ópticas não foram eficazes para monitorar o dano das terapias A curva de crescimento do tumor mostrou que o grupo TFD+24h+RT foi a melhor combinação para TFD e RT. Estudar a combinação do uso de raios-X com o efeito fotodinâmico é muito importante para o entendimento de fatores associados ao tratamento de tumores malignos. Os resultados obtidos devem contribuir na escolha da melhor combinação entre os tratamentos, potencializando o resultado do tratamento de lesões, diminuindo o tempo de tratamento e os efeitos colaterais. / The cancer incidence has shown a great increase recently, making this disease a worldwide public health problem. Improving a patient\'s prognosis requires development and/or improvement of techniques that increase efficacy and reduce side effects of the treatment. Among the techniques for non-systemic treatment of cancer, photodynamic therapy (PDT) and radiotherapy stand out. PDT consists in an interaction between photosensitizer, light and molecular oxygen to induce cell death, whereas radiotherapy is a well-established technique which uses ionizing radiation for tumor treatment. The effect of the technique combination is not clear and is expected to increase the damage in the tissue while decreasing the side effects from RT. In this context, the aim of this study is to analyze the effects of PDT associated with RT compared to individual effects of each therapy, assessing whether there is a preferred method of combination of both. The first stage of the study was conducted at the University of Sao Paulo and treated healthy skin of Wistar rats with different protocols that combined the techniques in various protocols. Clinical, immunohistochemistry and histological evaluations, as well as collecting fluorescence spectra were conducted in order to observe the possible synergistic effects of combined therapies. The results showed greater tissue necrosis for combining PDT+24h+RT. The combination RT+24h+PDT did not show as significant damage as the PDT+24h+RT group, due to PpIX production inefficiency in previously irradiated tissue, evidenced by fluorescence spectrum. In a second stage, performed at Dartmouth College, vascular damage was evaluated for the groups that showed enhanced damage through reflectance analysis, which provided information about oxygen saturation, met-hemoglobin and bilirubin concentrations, blood volume fraction and vessel radius, both in healthy tissue of Wistar rats and skin tumors in Nude mice. The regrowth of tumors was also evaluated. The optical analysis proved to be an effective method to monitor the damage caused by PDT in normal skin. This is not, however, an efficient method for monitoring the damage on the combination of groups, since the RT does not present any significant vascular damage. For tumors, the optical analysis did not show an effective method to monitor the damage of therapies. Tumor regrowth curves showed that the PDT+24h+RT group was the best combination for PDT and RT. The study of combination using X-rays and the photodynamic effect is very important to understand factors associated with the treatment of malignant tumors. The results should help in choosing the best combination of treatments and may be used to enhance the result of a lesion treatment, reducing treatment time and side effects.

Ao longo dos últimos anos, redes de Bragg em fibras ópticas (FBG, do inglês Fiber Bragg Gratings) vêm sendo frequentemente utilizadas como sensores de deformação e de temperatura. O problema da indistinguibilidade entre esses dois parâmetros físicos, presente durante medidas realizadas por esse tipo de sensor, tem sido bem resolvido com o uso de duas FBGs com comprimentos de onda distintos. Muito embora esse artifício tenha apresentado bons resultados, ele também oferece algumas desvantagens, sendo uma delas a necessidade de duas fontes de luz para diferentes comprimentos de onda. Em virtude disto, este trabalho apresenta um sistema capaz de realizar medidas de temperatura e deformação, simultaneamente, utilizando apenas uma fonte de luz. O método baseia-se na inscrição de duas redes de Bragg com comprimentos de onda próximos (no caso, 810 e 860 nm) na mesma posição da fibra óptica. Apesar de a separação entre os comprimentos de onda das FBGs ser aparentemente pequena (cerca de 50 nm), o sistema respondeu precisamente a variações de deformação e temperatura. Dessa forma, a utilização de apenas uma fonte de luz no sistema é corretamente justificada, uma vez que, com essa alteração, o custo do sistema é substancialmente reduzido. Ademais, o uso de comprimentos de onda em torno de 800 nm também barateia o sistema, pois os CCDs usados neste intervalo espectral são menos onerosos do que aqueles tradicionalmente usados em comprimentos de onda de comunicações ópticas (1,55 μm). / In recent years, fiber Bragg gratings (FBGs) have been frequently used as strain and temperature sensors. Several studies have tackled the problem of distinguishing between these two physical parameters using a dual-wavelength sensor. Although these sensors have shown good results, they have a few drawbacks, one of them being the need for two light sources with different wavelengths. We present an approach for simultaneous strain and temperature sensing which uses only one light source. The method relies on writing FBGs with nearby wavelengths (for instance, at 810 and 860 nm) at the same section of the fiber. Even though the Bragg wavelengths are separated by just a few nanometers (about 50 nm), it is possible to accurately measure variations in strain and temperature. One of the major advantages of this approach is the use of a unique light source, what reduces substantially the system cost. Another advantage is the lower cost of array detectors at 800 nm when compared to those of telecom wavelengths (1,55 μm).

No presente trabalho é feito um estudo sistemático do efeito do campo cristalino nas propriedades ópticas do íon Er3+. Para tal propósito utilizamos três diferentes sistemas cristalinos dopados com Er3+: Ortovanadato de cálcio [Ca3(VO4)2], Niobato de lítio [LiNb03] e Titanato de bismuto [Bi12TiO20]. Os cristais foram crescidos no formato de fibras, pela técnica LHPG (Laser Heated Pedestal Growth). O uso deste método de crescimento permitiu não apenas o estudo do efeito do campo cristalino da matriz no Er3+ como também, a influência de diferentes condições crescimento. As composições dos cristais foram determinadas através de EDX (Energy Dispersive X Ray), XPS (X Ray Photoelectron Spectroscopy) e microscopia Auger. As amostras também foram investigadas através de absorção óptica e emissão, incluindo a determinação de seus índices de refração, gap óptico, identificação e análise de várias transições, medidas de emissão dependentes do tempo e da temperatura. A estrutura de todos os cristais foram investigadas pelas técnicas de difração de raios X e espalhamento Raman. Baseados nos resultados experimentais foi possível inferir sobre as regras impostas pelas condições de crescimento nas propriedades finais das fibras cristalinas de Ca3(VO4)2, LilNbO3 e Bi12Ti020 dopados com Er3+. Especificamente relacionado com as fibras cristalinas de Ca3(VO4)2 e LiNBbO3 dopadas com Er3+, a inserção de diferentes pressões de oxigênio molecular, durante o crescimento, induz mudanças significativas na sua estrutura cristalina. A inserção de íons Er3+ na matiz Bi12Ti020 produz uma luminescência fraca, quando comparada a do Ca3(VO4)2 e LiNbO3, porém esta luminescência apresenta um aumento considerável quando as amostras são co-dopada com íons Ga3+ / In this work we performed a systematic study of the crystal field effect on the optical properties of the Er3+ ion. For such a purpose we used three different crystalline Er3+ doped systems: calcium orthovanadate [Ca3(VO4)2, lithium niobate [LiNbO3] and bismuth titanate [Bi12TiO20]. The crystals were grown in the shape of fibers by the Laser Heated Pedestal Growth (LHPG) technique. By using this growth technique it was possible to explore not only the effects of different crystal fields on the Er3+ ion but also, the influence of different growth conditions. The composition of each fiber was determined from EDX (Energy, Dispersive X Ray , analysis), XPS (X Ray Photoelectron Spectroscopy) and Auger microprobe. The fibers were also optically investigated through optical absorption and emission and included the determination of their index of refraction, optical band gap, the identification and analysis of several different transitions, temperature and time-dependent measurements, etc. The structure of all crystals were investigated by X ray diffraction and Raman scattering techniques. Based on these experimental results it was possible to infer the role played by the growth technique and conditions on the final properties of these Er3+ -doped Ca3(VO4)2, LiNbO3 and Bi12Ti020 crystalline fibers. Specifically related to the Er3+ -doped Ca3(VO4)2 and LiNbO3 fibers, different pressures of molecular oxygen, during the groNvt.h., induces significant changes on their atomic (and electronic) structure. The insertion of Er3+ ions in the Bi12Ti020 matrix produces a small photoluminescence intensity, when compared with Ca3(VO4)2 and LINbO3, which is considerably increased by co-doping with Ga3+ ions

As propriedades ópticas de nanocristais de silício (Si-ncs) têm sido extensivamente estudadas após a primeira demonstração em 1990 de fotoluminescência altamente eficiente em silício poroso. Apesar dos progressos no entendimento da natureza da alta eficiência da luminescência dos Si-ncs e da enorme versatilidade para aplicações optoeletrônicas, este campo ainda é um tema de controvérsia devido à complexidade destes materiais. Além disso, as condições de preparação ainda afetam as propriedades de emissão destes materiais que são de fundamental importância para as aplicações tecnológicas. O presente trabalho teve como objetivo o estudo das propriedades óticas dos Si-ncs e entender os processos fotofisicos envolvidos na recombinação radiativa de éxcitons altamente confinados nesse sistema. Si-ncs embebidos em matriz amorfa de SiO2 foram preparados a partir de filmes de oxido de silício SiyO1-y subestequiométricos (y≥1/3) depositados em substratos de quartzo utilizando um sistema deposição CVD na fase estimulada por plasma (electron cyclotron resonance-plasma enhanced chemical vapor deposition ou ECR-PECVD). Esta técnica oferece boa passivação e estabilidade interfacial Si/SiO2. O tratamento térmico a altas temperaturas (900°C≤Ta≤1100°C) promove a precipitação do silício dentro da matriz, favorecendo um processo de nucleação e crescimento dos Si-ncs. Foram realizados tratamentos térmicos nos filmes sob atmosferas de Argônio (Ar) ou (Ar+5%H2) por duas horas. As distintas atmosferas promoveram a passivação de defeitos superficiais, principalmente de ligações pendentes pelo Hidrogênio. As propriedades associadas diretamente à fabricação, tais como estrutura cristalina, morfologia, tamanho e química da superfície dos Si-ncs foram correlacionadas com os processos de emissão envolvendo éxcitons. A caracterização estrutural foi realizada por Raio-x (XRD), Microscopia de Transmissão de Alta Resolução (HRTEM), Retroespalhamento de Rutherford e Espectroscopia Raman. As medidas óticas foram basicamente Absorção, Excitação Seletiva, Fotoluminescência CW (PL) e Fotoluminescência Resolvida no Tempo. Os resultados da caracterização indicaram que efeitos de confinamento quântico e de estados de superfície dominam o processo de recombinação no Si-nc/SiO2. Em conclusão, os resultados obtidos neste trabalho mostram uma interessante e uma nova correlação entre as condições de fabricação da amostra e os processos de recombinação de éxcitons em Si-nc/SiO2. Todos estes resultados desafiam modelos anteriores propostos para explicar as propriedades ópticas do sistema de Si-nc/SiO2 e prevê ajudar na futura aplicação tecnológica dos mesmos. / The optical properties of silicon nanocrystals (Si-nc) have been extensively studied after the first demonstration in 1990 of highly efficient photoluminescence in porous silicon. Despite progress in understanding the nature of high luminescence efficiency of Si-ncs and versatility for optoelectronic applications, this field is still a subject of controversy due to its complexity. Furthermore, the preparation conditions still affect the emission properties of these materials that are of fundamental importance for technological applications. This work aimed to study the optical properties of Si-ncs and to understand the photophysical processes involved in the radiative recombination of excitons strongly confined in this system. Si-ncs embedded in amorphous SiO2 were prepared from silicon oxide films of substoichiometric SiyO1-y (y≥1/3) deposited on quartz substrates using a CVD deposition system in phase stimulated by plasma (electron cyclotron resonance-plasma enhanced chemical vapor deposition ou ECR-PECVD). This technique provides good passivation and Si/SiO2 interfacial stability. The thermal treatment at high temperatures (900°C≤Ta≤1100°C) promotes the precipitation of silicon within the matrix, favoring a process of nucleation and growth of Si-ncs. The thermal treatments were performed in the films under Argon atmosphere (Ar) or (Ar+5%H2) for two hours. The use of different atmospheres allowed the understand of the passivation process of surface defects, particularly of dangling bonds by Hydrogen. The properties directly related to fabrication such as crystalline structure, morphology, size and surface chemistry of Si-ncs were correlated with emission processes involving excitons. The structural characterization was performed by X-Ray Diffraction (XRD), High resolution transmission electron microscopy (HRTEM), Rutherford Backscattering and Raman spectroscopy. The optical measurements were basically Absorption, Selective excitation, CW photoluminescence (PL) and Time Resolved Photoluminescence. The characterization results indicate that both quantum confinement and surface states effects dominate the recombination process in Si-ncs/SiO2. In conclusion, the results obtained in this work show an interesting and a novel correlation between the sample fabrication conditions and the exciton recombination process in Si-ncs/SiO2. All these results challenges previous models proposed to explain the optical properties of Si-nc systems and are expected to help further technological applications of this system.