Esta tese aprsenta a analise de biestabilidade optica em dispositivos volumetricos que utilizam cristais de ';LiNbOIND.3'; comomaterial eletro-optico linear. Dispositivos biestaveis envolvendo interferometros de Michelson e modulador optico de amplitude com polarizadores cruzados foram analisados e implementados. As potencialidades destes dispositivos na construcao de portas logicas, multivibradores e limitadores opticos foram identificadas experimentalmente. A analise dinamica do modulador de amplitude contendo uma malha de realimentacao com tempo de atraso elevado foi desenvolvida de forma criteriosa. Neste dispositivo o tempo de atraso elevado foi obtido atraves da utilizacao de onda acustica. Esta opcao permite ajustar o tempo de atraso de forma muito pratica e simples. Os resultados experimentais permitiram identificar o comportamento dinamico desde um regime de estabilidade ate o regime caotico. Os resultados experimentais apresentam concordancia satisfatoria com previsoes teoricas.

SANTOS, T. B. dos. Transições de fase de não equilíbrio em redes de Kleinberg. 2017. 80 f. Tese (Doutorado em Física) – Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2017. / Submitted by Giordana Silva (giordana.nascimento@gmail.com) on 2017-04-03T21:15:03Z No. of bitstreams: 1 2017_tese_tbdsantos.pdf: 2830575 bytes, checksum: 39857a136c65b792df574b172c4dbb8f (MD5) / Approved for entry into archive by Giordana Silva (giordana.nascimento@gmail.com) on 2017-04-03T21:33:08Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2017_tese_tbdsantos.pdf: 2830575 bytes, checksum: 39857a136c65b792df574b172c4dbb8f (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-03T21:33:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2017_tese_tbdsantos.pdf: 2830575 bytes, checksum: 39857a136c65b792df574b172c4dbb8f (MD5) Previous issue date: 2017 / We study through Monte Carlo simulations and finite-size scaling analysis the nonequilibrium phase transitions of the majority-vote model and the contact process taking place on spatially embedded networks. These structures are built from an underlying regular lattice over which long-range connections are randomly added according to the probability, Pij ~ rα , where rij is the Manhattan distance between nodes i and j, and the exponent α is a controlling parameter [J. M. Kleinberg, Nature 406, 845 (2000)]. Our results show that the collective behavior of those systems exhibits a continuous phase transition, order-disorder for the majority-vote model and active-absorbing for the contact process, at a critical parameter, which is a monotonous function of the exponent α. The critical behavior of the models has a non-trivial dependence on the exponent α. Precisely, considering the scaling functions and the critical exponents calculated, we conclude that the systems undergoes a crossover between distinct universality classes. For α ≤ 3 the critical behavior in both systems is described by mean-field exponents, while for α ≥ 4 it belongs to the 2D Ising universality class for majority-vote model and to Directed Percolation universality class for contact process. Finally, in the region where the crossover occurs, 3< α <4, the critical exponents vary continuously with the exponent α. We revisit the symbiotic contact process considering a proper method to generate the quasistatiorary state. We perform Monte Carlo simulations on complete and random graphs that are in accordance with the mean-field solutions. Moreover, it is observed hysteresis cycles between the absorbing and active phases with the presence of bistable regions. For regular square lattice, we show that bistability and hysteretic behavior are absence, implying that model undergone a continuous phase transition for any value of the parameter that controlled the symbiotic interaction. Finally, we conjecture that the phase transition undergone by the symbiotic contact process will be continuous or discontinuous if the topology considered is below or above of the upper critical dimension, respectively. / Estudamos por meio de simulações de Monte Carlo e análises de escala de tamanho finito as transições de fase que os modelos do votante majoritário e do processo de contato descrevem em redes de Kleinberg. Tais estruturas são construídas a partir de uma rede regular onde conexões de longo alcance são adicionadas aleatoriamente seguindo a probabilidade Pij ~ rα, sendo rij a distância Manhattan entre dois nós i e j e o expoente α um parâmetro de controle [J. M. Kleinberg, Nature 406, 845 (2000)]. Nossos resultados mostram que o comportamento coletivo desses sistemas exibe uma transição de fase contínua, do tipo ordem-desordem para o votante majoritário e ativo absorvente para o processo de contato, no parâmetro crítico correspondente. Tal parâmetro é monotônico com o expoente α, sendo crescente para o votante majoritário e decrescente para o processo de contato. O comportamento crítico dos modelos apresenta uma dependência não trivial com o expoente α. Precisamente, considerando as funções de escala e os expoentes críticos, concluímos que os sistemas passam pelo fenômeno de crossover entre duas classes de universalidade. Para α ≤ 3, o comportamento crítico é descrito pelos expoentes de campo médio enquanto que para α ≥ 4 os expoentes pertencem à classe de universalidade de Ising 2D, para o modelo do votante majoritário, e à classe da percolação direcionada no caso do processode contato. Finalmente, na região 3< α <4 os expoentes críticos variam continuamente com o parâmetro α. Revisamos o processo de contato simbiótico aplicando um método alternativo para gerarmos estados quase estacionários. Desta forma, realizamos simulações de Monte Carlo em grafos completos, aleatórios, redes espacialmente incorporadas e em redes regulares. Observamos que os resultados para o grafo completo e redes aleatórias concordam com as soluções das equações de campo médio, com a presença de ciclos de histerese e biestabilidade entre as fases ativa e absorvente. Para redes regulares, comprovamos a ausência de biestabilidade e comportamento histerético, implicando em uma transição de fase contínua para qualquer valor do parâmetro que controla a interação simbiótica. E por fim, conjecturamos que a transição de fase descrita pelo processo de contato simbiótico será contínua ou descontínua se a topologia de interesse estiver abaixo ou acima da dimensão crítica superior, respectivamente.

SABÓIA, Karlo David Alves. Estudo do desempenho de filtros acústicos-ópticos sintonizáveis como componentes biestáveis e sua utilização na criptografia em redes ópticas. 2009. 138 f. Tese (Doutorado em Física) - Programa de Pós-Graduação em Física, Departamento de Física, Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2009. / Submitted by Edvander Pires (edvanderpires@gmail.com) on 2015-10-15T17:52:52Z No. of bitstreams: 1 2009_tese_kdasaboia.pdf: 1920593 bytes, checksum: 4fd70f8b99a1d192f94bef6debcb1a7a (MD5) / Approved for entry into archive by Edvander Pires(edvanderpires@gmail.com) on 2015-10-21T20:34:18Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2009_tese_kdasaboia.pdf: 1920593 bytes, checksum: 4fd70f8b99a1d192f94bef6debcb1a7a (MD5) / Made available in DSpace on 2015-10-21T20:34:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2009_tese_kdasaboia.pdf: 1920593 bytes, checksum: 4fd70f8b99a1d192f94bef6debcb1a7a (MD5) Previous issue date: 2009 / The performance of acoustic-optic tunable filters (AOTF) as a bistable component, applied to cryptography in optical networks, has been studied with analytical and numerical methods. Initial investigations of such filters highlighted their main transmissions, and analyzed their behavior by nonlinear effects with formation of optical bistability when a feedback was introduced in the system. Subsequently, it was proposed the use of an AOTF device, together with simultaneous modulation of ultrashort pulses by position (PPM) and amplitude (PAM), for generation of a cryptographic system for application in optical networks. Numerical simulations were performed using the Runge-Kutta fourth order method. The results for the study of bistability showed the dependence of the hysteresis curve with respect to the product of coupling constant by the length of the device and the conversion power-coupling constant factor (G). It was shown that the range of bistability varies significantly with both G and the product of coupling constant by the length of the device. The variation of the product of coupling constant by the length of the device directly increases the size of the bistability range while the increase in G causes the bistability occurrence for initial powers to decrease. The results obtained in the study of the AOTF as a cryptographer showed that it is possible to define a pair of parameters, called PPM/PAM pair, directly related to the modulations used in the process, which will serve as key to communications between two users in an optical network. The device would be used to encode and decode data. / O Estudo do Desempenho de Filtros Acústico-Ópticos Sintonizáveis (AOTF) como Componentes Biestáveis e sua Utilização na Criptografia em Redes Ópticas apresenta, primeiramente, um estudo analítico e numérico de tais filtros destacando suas principais propriedades de transmissão e analisando seu comportamento devido aos efeitos não-lineares e o surgimento da biestabilidade óptica quando um sistema de feedback é introduzido. Em seguida, propõe o uso do AOTF, somado à modulação de pulsos ultracurtos por posição (PPM) e por amplitude (PAM), simultaneamente, para gerar um sistema criptográfico a ser utilizado em redes ópticas. As simulações numéricas foram realizadas utilizando-se o método de Runge-Kutta de Quarta Ordem. Os resultados obtidos para o estudo da biestabilidade mostraram a dependência da curva de histerese com relação ao produto da constante de acoplamento pelo comprimento do dispositivo e ao fator de conversão potência-constante de propagação (G). Mostrou-se que o intervalo da biestabilidade varia significativamente tanto com G como com produto da constante de acoplamento pelo comprimento do dispositivo, mas suas contribuições são diferentes. A variação do produto da constante de acoplamento pelo comprimento do dispositivo aumenta o tamanho do intervalo da biestabilidade, enquanto que o aumento de G faz com que a biestabilidade ocorra para potências iniciais cada vez menores. Os resultados obtidos no estudo do AOTF como criptógrafo mostraram que é possível definir um par de parâmetros, chamado par PPM/PAM, diretamente relacionado com as modulações usadas no processo, que servirá como elemento fundamental para a comunicações entre dois usuários em uma rede óptica usando um AOTF para codificar a mensagem e outro para decodificar.

CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / O Estudo do Desempenho de Filtros AcÃstico-Ãpticos SintonizÃveis (AOTF) como Componentes BiestÃveis e sua UtilizaÃÃo na Criptografia em Redes Ãpticas apresenta, primeiramente, um estudo analÃtico e numÃrico de tais filtros destacando suas principais propriedades de transmissÃo e analisando seu comportamento devido aos efeitos nÃo-lineares e o surgimento da biestabilidade Ãptica quando um sistema de feedback à introduzido. Em seguida, propÃe o uso do AOTF, somado à modulaÃÃo de pulsos ultracurtos por posiÃÃo (PPM) e por amplitude (PAM), simultaneamente, para gerar um sistema criptogrÃfico a ser utilizado em redes Ãpticas. As simulaÃÃes numÃricas foram realizadas utilizando-se o mÃtodo de Runge-Kutta de Quarta Ordem. Os resultados obtidos para o estudo da biestabilidade mostraram a dependÃncia da curva de histerese com relaÃÃo ao produto da constante de acoplamento pelo comprimento do dispositivo e ao fator de conversÃo potÃncia-constante de propagaÃÃo (G). Mostrou-se que o intervalo da biestabilidade varia significativamente tanto com G como com produto da constante de acoplamento pelo comprimento do dispositivo, mas suas contribuiÃÃes sÃo diferentes. A variaÃÃo do produto da constante de acoplamento pelo comprimento do dispositivo aumenta o tamanho do intervalo da biestabilidade, enquanto que o aumento de G faz com que a biestabilidade ocorra para potÃncias iniciais cada vez menores. Os resultados obtidos no estudo do AOTF como criptÃgrafo mostraram que à possÃvel definir um par de parÃmetros, chamado par PPM/PAM, diretamente relacionado com as modulaÃÃes usadas no processo, que servirà como elemento fundamental para a comunicaÃÃes entre dois usuÃrios em uma rede Ãptica usando um AOTF para codificar a mensagem e outro para decodificar. / The performance of acoustic-optic tunable filters (AOTF) as a bistable component, applied to cryptography in optical networks, has been studied with analytical and numerical methods. Initial investigations of such filters highlighted their main transmissions, and analyzed their behavior by nonlinear effects with formation of optical bistability when a feedback was introduced in the system. Subsequently, it was proposed the use of an AOTF device, together with simultaneous modulation of ultrashort pulses by position (PPM) and amplitude (PAM), for generation of a cryptographic system for application in optical networks. Numerical simulations were performed using the Runge-Kutta fourth order method. The results for the study of bistability showed the dependence of the hysteresis curve with respect to the product of coupling constant by the length of the device and the conversion power-coupling constant factor (G). It was shown that the range of bistability varies significantly with both G and the product of coupling constant by the length of the device. The variation of the product of coupling constant by the length of the device directly increases the size of the bistability range while the increase in G causes the bistability occurrence for initial powers to decrease. The results obtained in the study of the AOTF as a cryptographer showed that it is possible to define a pair of parameters, called PPM/PAM pair, directly related to the modulations used in the process, which will serve as key to communications between two users in an optical network. The device would be used to encode and decode data.

Modelos matemáticos de motoneurônios têm sido desenvolvidos para auxiliar na compreensão dos fenômenos que envolvem o sistema neuromuscular. Entretanto, a maioria dos modelos já desenvolvidos baseou-se na premissa de que a árvore dendrítica tem um comportamento passivo, o que ocorre em animais anestesiados, mas pode não ocorrer durante o comportamento motor normal de um animal intacto. Experimentos com animais descerebrados, em que as vias monoaminérgicas encontravam-se ativas, mostraram que os motoneurônios podem apresentar comportamentos mais complexos decorrentes da presença de condutâncias iônicas voltagem-dependentes que se situam nos dendritos e são responsáveis pela gênese de uma corrente de entrada persistente. Nesse sentido, um primeiro objetivo deste trabalho foi o de desenvolver novos modelos matemáticos de motoneurônios de diferentes tipos (i.e. dos tipos S, FR e FF), computacionalmente eficientes e contendo em seus compartimentos dendríticos uma condutância de cálcio do tipo L, de forma que os fenômenos de biestabilidade, potencial platô e amplificação da corrente sináptica efetiva possam ser gerados. Um segundo objetivo foi o de verificar como a presença da condutância iônica ativa no dendrito influencia o comportamento motoneuronal quando o mesmo está sujeito a entradas sinápticas de diferentes tipos. Os novos modelos foram parametrizados baseando-se em dados da literatura experimental para motoneurônios de gatos descerebrados e validados segundo os protocolos experimentais básicos que permitem caracterizar cada tipo de modelo como sendo totalmente ou parcialmente biestável. As entradas sinápticas foram simuladas por processos pontuais de Poisson e os trens de potenciais de ação dos motoneurônios foram analisados. Uma modulação senoidal da intensidade do processo pontual foi usada para estimar as respostas em frequência de cada modelo. Observou-se que, funcionalmente, a presença da condutância iônica dendrítica pode favorecer a ação do motoneurônio durante tarefas posturais, pois, uma vez ativada, a corrente de entrada persistente eleva a excitabilidade motoneuronal tornando os disparos mais regulares, além de prover uma alta sensibilidade dos modelos a entradas sinápticas de baixa frequência, correspondentes às oscilações observadas durante a manutenção da postura ereta quieta. / Mathematical models of motoneurons have been developed as an aid to the understanding of phenomena involving the neuromuscular system, but most of these models have been based on the hypothesis of a passive dendritic tree. This holds for anesthetized animals but not necessarily during normal motor behavior of the intact animal. Experiments with decerebrate animals in which the monoaminergic tracts were maintained intact have shown that more complex behaviors may emerge in motoneurons due to dendritic voltage-gated ionic conductances, which are responsible for a persistent inward current. Therefore, the first aim of this work was to develop computationally-efficient new motoneuron models of different types (i.e. type S, FR and FF) that include a dendritic L-type calcium conductance so that bistability, plateau potential and enhancement of effective synaptic current may be generated. The second aim of this research was to evaluate the effects of the active dendritic ionic conductance on the input-output mapping of presynaptic to postsynaptic spike trains. The new models were parameterized based on data reported in experimental literature on the decerebrate cat preparation, and they were validated using appropriate protocols for either fully or partially bistable dynamics. The synaptic inputs were simulated by Poisson point processes and the output spike trains were analyzed. Sinusoidal modulation of the point process intensity was used for the estimation of each models frequency response. The results suggested that an active dendritic ionic conductance in motoneurons has a functional role during postural tasks, because, when activated, the persistent inward current enhances the motoneuronal excitability, reducing the variability of interspike intervals, and focusing the sensitivity of the models to low frequency inputs that correspond to the low-frequency oscillations that typically occur during quiet standing posture.

coordenadoria de aperfeiÃoamento de pessoal de ensino superior / Estudamos por meio de simulaÃÃes de Monte Carlo e anÃlises de escala de tamanho finito as transiÃÃes de fase que os modelos do votante majoritÃrio e do processo de contato descrevem em redes de Kleinberg. Tais estruturas sÃo construÃdas a partir de uma rede regular onde conexÃes de longo alcance sÃo adicionadas aleatoriamente seguindo a probabilidade Pij ~ r&#945;, sendo rij a distÃncia Manhattan entre dois nÃs i e j e o expoente &#945; um parÃmetro de controle [J. M. Kleinberg, Nature 406, 845 (2000)]. Nossos resultados mostram que o comportamento coletivo desses sistemas exibe uma transiÃÃo de fase contÃnua, do tipo ordem-desordem para o votante majoritÃrio e ativo absorvente para o processo de contato, no parÃmetro crÃtico correspondente. Tal parÃmetro à monotÃnico com o expoente &#945;, sendo crescente para o votante majoritÃrio e decrescente para o processo de contato. O comportamento crÃtico dos modelos apresenta uma dependÃncia nÃo trivial com o expoente &#945;. Precisamente, considerando as funÃÃes de escala e os expoentes crÃticos, concluÃmos que os sistemas passam pelo fenÃmeno de crossover entre duas classes de universalidade. Para &#945; &#8804; 3, o comportamento crÃtico à descrito pelos expoentes de campo mÃdio enquanto que para &#945; &#8805; 4 os expoentes pertencem à classe de universalidade de Ising 2D, para o modelo do votante majoritÃrio, e à classe da percolaÃÃo direcionada no caso do processode contato. Finalmente, na regiÃo 3< &#945; <4 os expoentes crÃticos variam continuamente com o parÃmetro &#945;. Revisamos o processo de contato simbiÃtico aplicando um mÃtodo alternativo para gerarmos estados quase estacionÃrios. Desta forma, realizamos simulaÃÃes de Monte Carlo em grafos completos, aleatÃrios, redes espacialmente incorporadas e em redes regulares. Observamos que os resultados para o grafo completo e redes aleatÃrias concordam com as soluÃÃes das equaÃÃes de campo mÃdio, com a presenÃa de ciclos de histerese e biestabilidade entre as fases ativa e absorvente. Para redes regulares, comprovamos a ausÃncia de biestabilidade e comportamento histerÃtico, implicando em uma transiÃÃo de fase contÃnua para qualquer valor do parÃmetro que controla a interaÃÃo simbiÃtica. E por fim, conjecturamos que a transiÃÃo de fase descrita pelo processo de contato simbiÃtico serà contÃnua ou descontÃnua se a topologia de interesse estiver abaixo ou acima da dimensÃo crÃtica superior, respectivamente. / We study through Monte Carlo simulations and finite-size scaling analysis the nonequilibrium phase transitions of the majority-vote model and the contact process taking place on spatially embedded networks. These structures are built from an underlying regular lattice over which long-range connections are randomly added according to the probability, Pij ~ r&#945; , where rij is the Manhattan distance between nodes i and j, and the exponent &#945; is a controlling parameter [J. M. Kleinberg, Nature 406, 845 (2000)]. Our results show that the collective behavior of those systems exhibits a continuous phase transition, order-disorder for the majority-vote model and active-absorbing for the contact process, at a critical parameter, which is a monotonous function of the exponent &#945;. The critical behavior of the models has a non-trivial dependence on the exponent &#945;. Precisely, considering the scaling functions and the critical exponents calculated, we conclude that the systems undergoes a crossover between distinct universality classes. For &#945; &#8804; 3 the critical behavior in both systems is described by mean-field exponents, while for &#945; &#8805; 4 it belongs to the 2D Ising universality class for majority-vote model and to Directed Percolation universality class for contact process. Finally, in the region where the crossover occurs, 3< &#945; <4, the critical exponents vary continuously with the exponent &#945;. We revisit the symbiotic contact process considering a proper method to generate the quasistatiorary state. We perform Monte Carlo simulations on complete and random graphs that are in accordance with the mean-field solutions. Moreover, it is observed hysteresis cycles between the absorbing and active phases with the presence of bistable regions. For regular square lattice, we show that bistability and hysteretic behavior are absence, implying that model undergone a continuous phase transition for any value of the parameter that controlled the symbiotic interaction. Finally, we conjecture that the phase transition undergone by the symbiotic contact process will be continuous or discontinuous if the topology considered is below or above of the upper critical dimension, respectively.

Modelos matemáticos de motoneurônios têm sido desenvolvidos para auxiliar na compreensão dos fenômenos que envolvem o sistema neuromuscular. Entretanto, a maioria dos modelos já desenvolvidos baseou-se na premissa de que a árvore dendrítica tem um comportamento passivo, o que ocorre em animais anestesiados, mas pode não ocorrer durante o comportamento motor normal de um animal intacto. Experimentos com animais descerebrados, em que as vias monoaminérgicas encontravam-se ativas, mostraram que os motoneurônios podem apresentar comportamentos mais complexos decorrentes da presença de condutâncias iônicas voltagem-dependentes que se situam nos dendritos e são responsáveis pela gênese de uma corrente de entrada persistente. Nesse sentido, um primeiro objetivo deste trabalho foi o de desenvolver novos modelos matemáticos de motoneurônios de diferentes tipos (i.e. dos tipos S, FR e FF), computacionalmente eficientes e contendo em seus compartimentos dendríticos uma condutância de cálcio do tipo L, de forma que os fenômenos de biestabilidade, potencial platô e amplificação da corrente sináptica efetiva possam ser gerados. Um segundo objetivo foi o de verificar como a presença da condutância iônica ativa no dendrito influencia o comportamento motoneuronal quando o mesmo está sujeito a entradas sinápticas de diferentes tipos. Os novos modelos foram parametrizados baseando-se em dados da literatura experimental para motoneurônios de gatos descerebrados e validados segundo os protocolos experimentais básicos que permitem caracterizar cada tipo de modelo como sendo totalmente ou parcialmente biestável. As entradas sinápticas foram simuladas por processos pontuais de Poisson e os trens de potenciais de ação dos motoneurônios foram analisados. Uma modulação senoidal da intensidade do processo pontual foi usada para estimar as respostas em frequência de cada modelo. Observou-se que, funcionalmente, a presença da condutância iônica dendrítica pode favorecer a ação do motoneurônio durante tarefas posturais, pois, uma vez ativada, a corrente de entrada persistente eleva a excitabilidade motoneuronal tornando os disparos mais regulares, além de prover uma alta sensibilidade dos modelos a entradas sinápticas de baixa frequência, correspondentes às oscilações observadas durante a manutenção da postura ereta quieta. / Mathematical models of motoneurons have been developed as an aid to the understanding of phenomena involving the neuromuscular system, but most of these models have been based on the hypothesis of a passive dendritic tree. This holds for anesthetized animals but not necessarily during normal motor behavior of the intact animal. Experiments with decerebrate animals in which the monoaminergic tracts were maintained intact have shown that more complex behaviors may emerge in motoneurons due to dendritic voltage-gated ionic conductances, which are responsible for a persistent inward current. Therefore, the first aim of this work was to develop computationally-efficient new motoneuron models of different types (i.e. type S, FR and FF) that include a dendritic L-type calcium conductance so that bistability, plateau potential and enhancement of effective synaptic current may be generated. The second aim of this research was to evaluate the effects of the active dendritic ionic conductance on the input-output mapping of presynaptic to postsynaptic spike trains. The new models were parameterized based on data reported in experimental literature on the decerebrate cat preparation, and they were validated using appropriate protocols for either fully or partially bistable dynamics. The synaptic inputs were simulated by Poisson point processes and the output spike trains were analyzed. Sinusoidal modulation of the point process intensity was used for the estimation of each models frequency response. The results suggested that an active dendritic ionic conductance in motoneurons has a functional role during postural tasks, because, when activated, the persistent inward current enhances the motoneuronal excitability, reducing the variability of interspike intervals, and focusing the sensitivity of the models to low frequency inputs that correspond to the low-frequency oscillations that typically occur during quiet standing posture.

Made available in DSpace on 2015-03-26T13:45:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 4122687 bytes, checksum: 9aed02ae94295a63dd1fa23aba738ef5 (MD5) Previous issue date: 2012-02-28 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The present work proposes to present a description of the theory on the basins of attraction of hyperbolic equilibrium points of continuous dynamical systems, to develop a method for the numerical determination of these basins and to examine the results of applying the theory and method in models of population dynamics. The determination of the basins of attraction allows the study of control strategies on the parameters, in order to increase or decrease such regions, as interest. From the biological phenomena viewpoint, these predictions are very important, because if an equilibrium point represents the extinction of a species that must be preserved, then one seeks to guarantee that the natural initial conditions do not are in the basin of attraction of that point. This is made by studying control strategies on the parameters, for that the point basin decreases suficiently. From the viewpoint of stability analysis of equilibrium points of dynamical systems, the theory of basins of attraction brings topological consequences to the phase space which allow, indirectly, conduct a global analysis in the parameters space, allowing wider results of which are generally obtained without this theory. / O presente trabalho propõe-se a apresentar uma descrição da teoria sobre as bacias de atração de pontos de equilíbrio hiperbólicos de sistemas dinâmicos em tempo contínuo, a desenvolver um método para a determinação numérica dessas bacias e a examinar os resultados da aplicação da teoria e do método em modelos de dinâmica de populações. A determinação das bacias de atração permite o estudo de estratégias de controle sobre os parâmetros, de modo a aumentar ou diminuir tais regiões, conforme o interesse. Do ponto de vista de fenômenos biológicos, estas previsões são importantes, pois, se um ponto de equilíbrio representa a extinção de uma espécie que deve ser preservada, então procura-se garantir que as condições iniciais naturais não estejam na bacia de atração do mesmo, estudando-se estratégias de controle sobre os parâmetros para que a bacia do ponto diminua suficientemente. Do ponto de vista da análise de estabilidade dos pontos de equilíbrio de um sistema, a teoria de bacias de atração traz consequências topológicas ao espaço de fase que permitem, de forma indireta, realizar uma análise global, no espaço de parâmetros, da estabilidade dos pontos de equilíbrio, garantindo resultados mais amplos dos que se obtêm geralmente, quando não se faz uso desta teoria.

Made available in DSpace on 2015-05-14T12:14:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 2614177 bytes, checksum: 64cd8eee6f69230497da81e691be96a2 (MD5) Previous issue date: 2005-11-24 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Interactions with surfaces modify internal and external liberty degrees of atoms next to these surfaces. The dominant long range interaction (which extends itselfs to about an atomic transition wavelength is the van der Waals interaction, usually attractive. Firstly, this thesis treats C3 coefficient, which is characteristic of this interaction and depends on the type of surface and temperature. Other theme is determination of this coefficient using a spectroscopic technique (Selective Reflection) in the atomic cesium system (6S1=2 - 8P3=2 transition) on a dielectric surface. This interaction allows the long range excitation transfer (Förster effect) from atom to the dispersive dielectric surface. Considering small distances (atomic dimensions), interaction becomes repulsive because of electronic orbital overlap between the atom and surface components. The sum of these two kinds of interaction (far and close range) results in a potential well, with discrete energy levels. Next, are presented results of simulations on optic transfer from free atoms to atom-surface bounded states. The radiation sources used on the experiments to evidence atom-surface effects described in the first part of this thesis are resonant diode lasers, with spectral characteristics that must be modified on the laboratory to became useful tools to perform high resolution experiments. The Part II treats diode lasers, beginning from stabilization techniques description and going to a new technique developed on the laboratory during doctoral work, where the laser frequency is controlled by an coupled optical orthogonal feedback with atomic transition to diode. Other effects related to this stabilization technique, as the bi-stability phenomena, are described and interpreted on the last chapter. / Interações dos átomos com superfícies modificam os graus de liberdade internos e externos desses átomos quando próximos a elas. A interação dominante de longo alcance (até a ordem do comprimento de onda das transições atômicas) é a interação de van derWaals, geralmente atrativa. Nesta tese é abordado o coeficiente C3, característico dessa interação e dependente da superfície e temperatura, determinado através do uso de uma técnica espectroscópica (Reflexão Seletiva). Trata-se também da transferência de excitação de longo alcance (efeito Förster) do átomo para a superfície. A curtas distâncias (dimensões atômicas), a interação torna-se repulsiva, devido à sobreposição dos orbitais eletrônicos do átomo incidente e dos constituintes da superfície. A soma das contribuições de curto e de longo alcance resulta em um poço de potencial com níveis discretos de energia que são simulados em uma transferência ótica para esses estados ligados. As fontes de radiação utilizadas nas experiências da primeira parte desta tese são lasers de diodo ressonantes, cujas características espectrais precisam ser modificadas no laboratório para eles se tornarem ferramentas adequadas para a realização de tais experiências de espectroscopia de alta resolução. A Parte II da tese trata de diodos lasers, iniciando com a descrição de técnicas de estabilização e chegando a uma nova técnica desenvolvida no laboratório durante este trabalho de doutorado, onde a freqüência do laser é controlada através de um retorno ótico com polarização ortogonal no diodo acoplado à transição atômica. Outros efeitos relacionados a essa técnica de estabilização, como o fenômeno de bi-estabilidade, são descritos e interpretados no último capítulo desta tese.

Made available in DSpace on 2015-05-14T12:14:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 parte1.pdf: 1564749 bytes, checksum: f636c3379c524ad8d77d3be5f44c4c36 (MD5) Previous issue date: 2010-06-30 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / We analyze the dynamics of semiconductor lasers radiation frequency when these lasers are subject to different conditions of optical feedback, and we demonstrate how it is possible to control the emission frequency using the different configurations explored. In the first system studied a semiconductor laser is fed back with light which polarization is orthogonal to the output polarization, spectrally filtered by a cesium atomic vapor. This system, besides presenting an effective technique to stabilize the laser frequency and reduce the laser linewidth, was the first to exhibit frequency bistable and multistable optical regimes with amplitude practically constant. This unique feature opens the way for applications in all-optical FM logical devices. The bistable and multistable regimes are interpreted through a phenomenological model, and, for the bistable regime, we discuss a rate equation model, built taking in account thermal effects and gain saturation. We also present an all-optical frequency switch, the first of his kind. The second system is used to investigate the behavior of the emission frequency of a semiconductor laser with an external cavity, inside which is placed an atomic filter. For different values of the injection current we observe the laser frequency locking in the atomic line, bistability and reproducible frequency instabilities. / Estudamos a dinâmica em frequência da radiação emitida por lasers semicondutores submetidos a diferentes condições de realimentação ótica e demonstramos como é possível o controle da frequência de emissão pelo uso das diferentes configurações exploradas. No primeiro sistema estudado, um laser semicondutor é realimentado por luz com polarização ortogonal á de saída, filtrada espectralmente por vapor atômico de césio. Além de apresentar uma técnica efetiva para estabilização da frequência laser e redução de largura de linha, esse foi o primeiro sistema a exibir regimes de biestabilidade e multiestabilidade ótica exclusivamente em sua frequência, ou seja, com amplitude constante. Essa característica única abre caminho para aplicações desta técnica em dispositivos lógicos FM do tipo tudo ótico . O aparecimento desses regimes é analizado através de um modelo fenomenológico e, para o caso biestável, construímos também um modelo de equações de taxa, onde levamos em conta efeitos térmicos e de saturação de ganho no laser semicondutor. Como aplicação dessa técnica apresentamos o funcionamento de uma chave em frequência do tipo tudo-ótico , a primeira deste gênero. O segundo sistema experimentalmente investigado foi concebido para produzir um comportamento dinâmico da frequência de um laser semicondutor com cavidade estendida quando um filtro atômico é posicionado dentro dessa cavidade. Para diferentes valores da corrente de injeção observamos o travamento da frequência laser na linha atômica, biestabilidade e instabilidades não aleatórias.