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Medida do coeficiente eletro-óptico efetivo e determinação do coeficiente de blindagem do campo elétrico aplicado em cristal fotorrefrativo Bi12TiO20 nominalmente puro utilizando uma configuração de incidência oblíqua: modelo e experimento / Measurement of the electro-optic coefficient and electric screening field factor determination in undoped photorefractive Bi12TiO20 crystal using an oblique incidente setup: model and experimentMoura, André de Lima 01 March 2013 (has links)
The photorefractive crystals of the sillenite family are very interesting because their large
potentiality of applications in devices development, such as non‐destructive interferometer
tests. Among the crystals of this family, the Bi12TiO20 (BTO) is more attractive because their
relatively fast response time and the lower optical activity, being promising for application in
real time image processing. The effective electro‐optic coefficient ( reff ) is a parameter too
important for application of the BTO. The wavelength dispersion of this coefficient in the
visible spectrum has attracted some discussion in the literature. Another important
parameter is the electric screening field coefficient (ξ ). This parameter is necessary to take
into account the material response to the applied electric field. Because the material is
photoconductor and due to nonuniform illumination, the material responds creating an
electric field, called screening field ( E scr ), that is opposed to the applied ones. In this work,
we present an alternative procedure to determine ef r and ξ by measuring the optical
intensity variation induced by an applied electric field ( E App ), which is transmitted through an
undoped photorefractive 12 20 Bi TiO (BTO) crystal in an oblique incidence setup. The
transmitted intensity variation (TIV) was modeled taking into account the transmission
coefficients for the polarization plane parallel and perpendicular to the incidence plane, as
well as the birefringence induced by the E App, which changes the components of the
polarization vector of the light beam. The measurements were performed with infrared
radiation at 780 nm and provided 5.5 0.2 pm/V reff = ± . It allowed us to conclude, with support
of results from the literature, that the region without dispersion of the electro‐optic
coefficient in the BTO crystal ranges from 510 nm to at least 780 nm. The results point to the
existence of an intensity threshold inside the crystal to create a significant E scr. The
procedure proposed here can be used for distinct wavelengths and seems to be suitable for
other electrically induced birefringent materials. / Os cristais fotorrefrativos da família das silenitas são de grande interesse tecnológico devido
as suas grandes potencialidades de aplicações no desenvolvimento de dispositivos, como em
testes interferométricos não‐destrutivos. Dentro dessa família, o Bi12TiO20 (BTO) se destaca
por apresentar tempo de resposta relativamente curto e a menor atividade óptica, sendo
promissores para aplicação no processamento de imagens em tempo real. Um parâmetro
muito importante para aplicação do BTO é o coeficiente eletro‐óptico efetivo ( ref ). A
dispersão desse coeficiente na região visível do espectro tem atraído discussão considerável.
Outro parâmetro importante é o coeficiente de blindagem do campo elétrico aplicado (ξ ).
Esse parâmetro surge devido à resposta do meio a aplicação de campo elétrico. Pelo fato do
material ser fotocondutor, o meio responde criando um campo elétrico interno, chamado de
campo elétrico de blindagem (E scr), por conta da não‐uniformidade na iluminação e
contatos elétricos. Neste trabalho, propomos um procedimento alternativo para a
determinação de ref e ξ . A determinação desses parâmetros é realizada medindo a variação
da intensidade transmitida (VIT) do feixe óptico pelo cristal em incidência oblíqua. Esta
variação é provocada pelo campo elétrico aplicado (E Ap) e se deve a birrefringência induzida
no cristal que muda as componentes do vetor polarização do feixe. A VIT foi modelada
levando em conta os coeficientes de transmissão para polarização paralela e perpendicular
ao plano de incidência, que no caso de incidência oblíqua são diferentes, como também a
birrefringência induzida no cristal por E Ap. Foi investigado um cristal BTO e as medidas
foram realizadas em 780 nm. O valor obtido para ref foi 5,5±0,2 pm/V o que nos permitiu
concluir, com suporte de resultados da literatura, que a região a qual ef r não apresenta
dispersão para os cristais BTO é de 510 nm até pelo menos 780 nm. Verificamos que o
parâmetro ξ é dependente da intensidade do feixe incidente, do ângulo de incidência e do
ângulo de polarização. Os resultados obtidos indicam a existência de um limiar de
intensidade dentro do cristal para a criação de E scr significante. Apesar das medidas terem
sido realizadas em apenas um cristal e um comprimento de onda, o procedimento proposto
pode ser utilizado em outros comprimentos de onda e outros meios onde a birrefringência é
induzida por E Ap.
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Mortar finite element method for cell response to applied electric fieldPérez, Cesar Augusto Conopoima 25 October 2017 (has links)
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Previous issue date: 2017-10-25 / A resposta passiva e ativa de uma célula biológica a um campo elétrico é estudada aplicando um Método de Elementos Finitos Mortar MEFM. A resposta de uma célula é um processo com duas escalas temporais, o primeiro na escala de microsegundos para a polarização da célula e o segundo na escala de milisegundos para a resposta ativa devido a dinâmica complexa das correntes nos canais iônicos da membrana celular. O modelo matemático para descrever a dinâmica da resposta celular é baseado na lei de conservação de corrente elétrica em um meio condutor. Introduzindo uma variável adicional conhecida como multiplicador de Lagrange definido na interface da célula, o problema de valor de fronteira associado a conservação de corrente elétrica é desacoplado do problema de valor inicial associado a responta passiva e ativa da célula. O método proposto permite resolver o problema da distribuição de potencial elétrico em um arranjo geométrico arbitrário de células. Com o objetivo de validar a metodologia apresentada, a convergência espacial do método é numericamente investigada e a solução aproxima e exata que descreve a polarização de uma célula, são comparadas. Finalmente, para demonstrar a efetividade do método, a resposta ativa a um campo elétrico aplicado num arranjo de células de geometria arbitraria é investigada. / The response of passive and active biological cell to applied electric field is investigated with a Mortar Finite Element Method MFEM. Cells response is a process with two different time scales, one in microseconds for the cell polarization and the other in milliseconds for the active response of the cell due to the complex dynamics of the ion-channel current on the cell membrane. The mathematical model to describe the dynamics of the cell response is based on the conservation law of electric current in a conductive medium. By introducing an additional variable known as Lagrange multiplier defined on the cell interface, the boundary value problem associated to the conservation of electric current is decoupled from the initial value problem associated to the passive and active response of the cell. The proposed method allows to solve electric potential distribution in arbitrary cell geometry and arrangements. In order to validate the presented methodology, the h-convergence order of the MFEM is numerically investigated. The numerical and exact solutions describing cell polarization are also compared. Finally, to demonstrate the effectiveness of the method, the active response to an applied electric field in cells clusters and cells with arbitrary geometry are investigated.
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