Este trabalho tem por objetivo o estudo de sistemas a laser para aplicações em espoletas para bombas de fins gerais, em bombas de efeito de sopro e também a construção e integração de um protótipo de laboratório de um sistema a laser que possa operar como uma espoleta de proximidade. Dentro do escopo de pesquisa, serão apresentadas características de bombas de fins gerais e as vantagens na utilização de uma espoleta de proximidade a laser sobre os efeitos terminais desse tipo de bomba. Será também apresentada uma concepção de um modelo de engenharia para essa espoleta, visando sua aplicação em artefatos utilizados pela Força Aérea Brasileira, incluindo o projeto óptico de uma espoleta a diodo laser para bombas de fins gerais e outro para bombas de efeito de sopro, tratando em detalhes os métodos de formatação do feixe de luz produzido por lasers semicondutores. Serão apresentados os resultados de simulações do sistema de emissão utilizando programas específicos para simulações ópticas. Finalmente, será apresentado o projeto óptico real para validação dos resultados simulados e serão discutidos os aspectos de desempenho do sistema gerado.

A presente tese investigou experimentalmente a influência de oxigênio na presença de fuligem em chamas parcialmente pré-misturadas, utilizando Gás Liquefeito de Petróleo - GLP como combustível. Investigou-se a influência do número de Reynolds do jato reativo laminar, da razão de equivalência e da potência térmica teoricamente liberada. Para detecção de fuligem na chama utilizou-se a técnica de incandescência induzida por laser e os resultados mostraram que a presença de oxigênio em chamas parcialmente pré-misturadas pode representar uma ferramenta útil no controle de fuligem para dispositivos práticos de combustão.

A determinação do fator de qualidade M durante a aplicação do laser é exaustiva e demorada. O método para avaliar o fator M2, descrito da norma ISO 11146, requer muitas medições do diâmetro em diferentes posições na cintura do feixe. Geralmente, os diâmetros são medidos por câmera CCD, rotação de corte de faca ou varredura por fenda. No entanto estes métodos são demorados e as flutuações no valor do M, geralmente devido à instabilidade, não são detectadas, principalmente se o laser for pulsado. Devido a esse problema, nós propomos um método que permite medir, em tempo real, a qualidade do feixe em uma única imagem lateral da propagação do feixe num meio espalhador. O desenvolvimento do método envolveu estudos de um meio espalhador e um sistema óptico de imagem adequado. Comparado com um método tradicional, este método é rápido e menos trabalhoso, providenciando múltiplas medições do diâmetro do feixe instantaneamente, com a mesma (ou até melhor) precisão dos resultados, em uma única imagem em tempo real. Os resultados são comparados com aqueles obtidos por um método convencional e claramente observaram-se as flutuações pulso a pulso de um feixe de laser multimodo. Este trabalho apresenta a determinação do fator de qualidade para um laser Nd:YAG pulsado.

Estudos experimentais foram realizados visando a geração de um jato metálico de átomos neutros por ablação a laser em alvos de cobre. Para estudar a composição da pluma gerada por ablação e para estudar o processo de remoção da fração carregada eletricamente da pluma, foi utilizado um dispositivo constituído por um par de eletrodos de extração de íons e por um sensor de pressão de PVDF. O sensor de PVDF responde à pressão das partículas em sua superfície, enquanto o potencial aplicado aos eletrodos extrai os íons da pluma. A dependência da fluência do laser na razão entre as populações dos íons e átomos neutros na região entre 20 a 32 J/cm2 foi investigada e utilizaram-se valores de tensão de extração de até 800 V. Neste intervalo dos parâmetros de estudo, o percentual de átomos neutros varia entre 30 - 8% da população total da pluma. O ajuste de uma função de distribuição Maxwelliana de velocidades foi realizado ao sinal do sensor de PVDF para inferir os parâmetros de velocidade de deriva, que variou de 3,4 a 4,6 km/s e, através do modelo hidrodinâmico encontrado na literatura para o tratamento da expansão da pluma, foi possível obter os valores de temperatura translacional da pluma variando entre 8 e 14×104 K. Constatou-se a existência de um mecanismo interno de aceleração das partículas da pluma, atribuído à formação de camada dupla, que por sua vez gera um potencial acelerador interno. Foi inferido, pela diferença entre a velocidade de deriva e a velocidade térmica, que este potencial acelerador é da ordem de 3 V, mesmo quando não há tensão aplicada aos eletrodos. Foi verificado que a pluma gerada por ablação a laser na condição experimental deste trabalho encontra-se no regime em transição, que para baixas fluências apresenta um comportamento de partícula livre, e em fluências mais altas é possível observar um comportamento de plasma. Pelos resultados obtidos, foi confirmada a geração de um jato metálico neutro que poderá ser utilizado em experimentos de separação isotópica usando lasers.

Neste trabalho foi investigada a presença de fuligem em chamas difusivas de diesel e misturas diesel/biodiesel para avaliar os efeitos da adição de biodiesel na mistura em relação à formação de fuligem. As misturas utilizadas continham 5%, 10%, 20% e 50% de biodiesel misturados em diesel. Para a detecção da fuligem foi utilizada a técnica de incandescência induzida por laser (LII). Os experimentos foram realizados com um laser de Nd:YAG operando em dois diferentes comprimentos de onda: 1064 nm, o qual excita apenas a fuligem; 532 nm que excita a fuligem e os hidrocarbonetos policíclicos aromáticos (HPA';s). A diferença entre a intensidade de sinal obtida com os dois comprimentos de onda de indica quantidade de HPA';s na superfície da fuligem. Os resultados mostraram que a presença de fuligem na chama diminui com o aumento da quantidade de biodiesel na mistura. A comparação entre as medidas feitas com comprimentos de onda do laser em 1064 nm e 532 nm mostraram que a fluorescência dos HPA';s contribui de forma considerável para o sinal obtido com o laser em 532 nm, confirmando uma presença significativa de HPA';s na superfície da fuligem.

Foram realizados estudos sobre as propriedades ópticas, através das medidas de índice de refração e coeficiente de absorção, dos materiais pentóxido de tântalo ( Ta2O5 ) e óxido de zircônio ( ZrO2 ), na forma de filmes finos, antes e após tratamento térmico. Os filmes foram produzidos utilizando a técnica de evaporação por feixe de elétrons, com a pressão residual de oxigênio de 1,0.10-4 torr, e a temperatura de 135C, em substrato de vidro BK-7. Foram utilizadas duas técnicas de caracterização óptica: elipsometria e o método de envelope. Também foi utilizada a difração de raios-x de baixo ângulo para medida da espessura dos filmes.

The entire world is concerned about running out of petroleum in the future, since 90% of all primary energy currently produced is derived from petroleum. Concern also exists about emissions and their impact on the environment, which are a byproduct of the petroleum combustion process. Renewable biofuels are currently seen as good alternatives, which may address both concerns. One of the most promising biofuels, to be used in the world transportation sector on ground and in air, is farnesane (C15H32). Farnesane is a hydrocarbon produced by adding Hydrogen to farnesene, which is extracted from yeast-fermented sugar cane. Among the air pollutants emitted by any combustion process, particulates are most harmful to the environment. Particulates whose size is lower than 100 nm are known as soot. Soot emission also represents a loss of useful energy, negatively affecting the efficiency of any combustion process. This work provides a comparison of the soot emissions of wick-fed diffusion flames from mixtures, in different proportions (0, 5, 10, 20, 50, 75 and 100%), of aviation kerosine (also known as aviation turbine fuel or simply jet fuel) with farnesane, using Laser Induced Incandescence (LII) technique, to evaluate the effects of farnesane in aviation kerosine combustion. Furthermore, a mapping of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAH) formation for each blend is provided, since PAH is considered to be the main soot precursor. The results demonstrate that the maximum concentration of soot is located 11 mm above the burner and that the addition of farnesane to kerosine inhibits PAH formation, which causes soot concentration to decrease. Regarding soot particle diameter, they present low axial variation for fuel blends with low quantities of farnesane. Soot particle size decreases at fuel blends with higher proportions of farnesane, and for all fuel blends the smallest soot particle sizes are observed at 11 mm above burner, which is the same height as the highest soot volume fraction.

A potência de um sistema designador laser é uma das principais características para a operação e manutenção operacionais. O conhecimento da energia refletida por um alvo mediante designação laser depende do profundo conhecimento da geometria de iluminação e observação, das características biofísicas do alvo, bem como da energia radiante que chega até ele. O cálculo da respectiva energia é bem conhecido quando se trata de fontes naturais como é o caso do sol, porém, quando a fonte é um laser pulsado, a interação entre sistema designador e alvo muda completamente, mesmo para os alvos com comportamento lambertiano, ou seja, alvos que apresentem os mesmos valores de radiância para qualquer ponto de observação e iluminação em um mesmo comprimento de onda. A metodologia proposta neste trabalho para a medição da potência de laser designador adota como objeto de estudo o sistema Litening III, o qual emite um feixe laser pulsado na faixa do infravermelho próximo do espectro eletromagnético (EEM). Para a validação do procedimento, um conjunto de medições foi conduzido com o laser designador Litening III da aeronave A-1 da Força Aérea Brasileira (FAB), usando dispositivos de laboratório do Instituto de Estudos Avançados (IEAv) do Departamento de Ciência e Tecnologia Aeroespacial (DCTA). Como resultados das medições de potência de pico, foram encontrados valores da ordem de ? 8,43 MW, assim como foram medidos a qualidade do feixe laser (M2) e sua divergência (?) na Frequência de Repetição de Pulso (FRP) de 20 Hz, obtendo-se valores de 45,5 e 0,88 mrad, respectivamente, com uma incerteza máxima de 10% para o método utilizado. Os resultados experimentais obtidos foram utilizados em análises operacionais que retratam as possibilidades de emprego da aeronave designadora, bem como reforçaram a necessidade de se aperfeiçoar as medidas de segurança laser com operadores e mantenedores da aeronave A-1.