Orientadores: Stefano De Leo, Luis Eduardo Evangelista de Araújo / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-27T16:22:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Araujo_ManoelPedrode_D.pdf: 1955745 bytes, checksum: d09312f15b1d058162aef061fcfc0682 (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: Esta tese apresenta uma análise sobre o deslocamento de Goos-Hänchen, o desvio angular da lei de Snell e o efeito de interferência entre feixes ópticos gaussianos. Em nosso estudo o deslocamento de Goos-Hänchen foi obtido por meio do método da fase estacionária. No regime de incidência crítica, tal deslocamento apresenta uma forte dependência com a largura do feixe, em contraste com as expressões clássicas de Artmann, que predizem um deslocamento infinito. Também na incidência crítica, observamos que, dependendo da magnitude da largura da cintura do feixe, ocorre uma quebra de simetria na distribuição de momento. A maximização da quebra de simetria leva ao desvio angular da lei de Snell. Mostramos como reproduzir a máxima quebra de simetria por uma estrutura dielétrica. Como resultado, obtivemos uma nova fórmula analítica para o desvio angular. Ademais, foi possível estimar o deslocamento de Goos-Hänchen por meio do efeito de interferência entre feixes. Nesta análise, observamos que, na incidência crítica, a estimativa usada na literatura para o deslocamento de Goos-Hänchen não é válida. Portanto, uma nova fórmula foi introduzida para estimar tal deslocamento / Abstract: This thesis presents some of the main phenomena associated with Goos-Hanchen shift, the angular deviation of the Snell¿s law and the interference effect among Gaussian optical beams. In our study the Goos-Hänchen shift was obtained by using the stationary phase method. In the case of incidence at critical angle, such displacement shows a strong dependence on the beam width in contrast with the classical expressions of Artmann, which predict an infinite displacement. Also in the critical incidence we observed that, depending on the magnitude of the beam waist, there is a symmetry breaking in the momentum distribution. The maximization of symmetry breaking leads to the angular deviations of the Snell¿s law. In this analysis we showed how to maximize this breaking of the symmetry by a dielectric structure. As a result, we obtained an analytical formula to the Snell¿s law angular deviation. Furthermore, we could estimate the displacement of Goos- Hänchen through the interference effect among beams. The results of this analysis reveal that, for the critical incidence, the estimative used in the literature for the Goss-Hänchen shift is not valid. Therefore, a new formula was introduced to estimate such displacement. / Doutorado / Física / Doutor em Ciências

Submitted by Cleide Dantas (cleidedantas@ufpa.br) on 2014-05-26T13:04:20Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Tese_Migracao3DKirchhoff.pdf: 13210015 bytes, checksum: 55e96c2ad9e534d8dce3117b9d9f3623 (MD5) / Rejected by Irvana Coutinho (irvana@ufpa.br), reason: Indexar os assuntos on 2014-08-06T14:52:53Z (GMT) / Submitted by Cleide Dantas (cleidedantas@ufpa.br) on 2014-09-08T12:41:18Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Tese_Migracao3DKirchhoff.pdf: 13210015 bytes, checksum: 55e96c2ad9e534d8dce3117b9d9f3623 (MD5) / Approved for entry into archive by Irvana Coutinho (irvana@ufpa.br) on 2014-09-08T14:44:47Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Tese_Migracao3DKirchhoff.pdf: 13210015 bytes, checksum: 55e96c2ad9e534d8dce3117b9d9f3623 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-09-08T14:44:47Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Tese_Migracao3DKirchhoff.pdf: 13210015 bytes, checksum: 55e96c2ad9e534d8dce3117b9d9f3623 (MD5) Previous issue date: 2013 / CENPES - Centro de Pesquisas Leopoldo Américo Miguez de Mello / PETROBRAS - Petróleo Brasileiro S.A. / O Feixe Gaussiano (FG) é uma solução assintótica da equação da elastodinâmica na vizinhança paraxial de um raio central, a qual se aproxima melhor do campo de ondas do que a aproximação de ordem zero da Teoria do Raio. A regularidade do FG na descrição do campo de ondas, assim como a sua elevada precisão em algumas regiões singulares do meio de propagação, proporciona uma forte alternativa na solução de problemas de modelagem e imageamento sísmicos. Nesta Tese, apresenta-se um novo procedimento de migração sísmica pré-empilhamento em profundidade com amplitudes verdadeiras, que combina a flexibilidade da migração tipo Kirchhoff e a robustez da migração baseada na utilização de Feixes Gaussianos para a representação do campo de ondas. O algoritmo de migração proposto é constituído por dois processos de empilhamento: o primeiro é o empilhamento de feixes (“beam stack”) aplicado a subconjuntos de dados sísmicos multiplicados por uma função peso definida de modo que o operador de empilhamento tenha a mesma forma da integral de superposição de Feixes Gaussianos; o segundo empilhamento corresponde à migração Kirchhoff tendo como entrada os dados resultantes do primeiro empilhamento. Pelo exposto justifica-se a denominação migração Kirchhoff-Gaussian-Beam (KGB). As principais características que diferenciam a migração KGB, durante a realização do primeiro empilhamento, de outros métodos de migração que também utilizam a teoria dos Feixes Gaussianos, são o uso da primeira zona de Fresnel projetada para limitar a largura do feixe e a utilização, no empilhamento do feixe, de uma aproximação de segunda ordem do tempo de trânsito de reflexão. Como exemplos são apresentadas aplicações a dados sintéticos para modelos bidimensionais (2-D) e tridimensionais (3-D), correspondentes aos modelos Marmousi e domo de sal da SEG/EAGE, respectivamente. / The Gaussian Beam (GB) is an asymptotic solution of the elastodynamic equation in the paraxial vicinity of a central ray, which approaches better the wave field than the standard zero-order ray theory. The GB regularity in the description of the wave field, as well as its high accuracy in some singular regions of the propagation medium, provide a strong alternative to solve seismic modeling and imaging problems. In this thesis, i presenty a new procedure for pre-stack depth migration with true-amplitude, combining the flexibility and robustness of Kirchhoff migration type using superposition of Gaussian beams to represent the wave field. The proposed migration algorithm comprises in two stacking process: the first is the beam stack is applied to subsets of seismic data multiplied by a weight function defined such that stack operator has the same formulation of the integral of the Gaussian beams superposition; the second is a weighted diffraction stack by means of the Kirchhoff type integral having as input the GB stacked data. For these reasons it is called Kirchhoff-Gaussian-Beam (KGB) migration. The main characteristics that distinguish the KGB migration, during the first stage stacking, with other migration methods that also use the theory of Gaussian beams, is the use of the first Fresnel zone projected to limit the width of the subset of seismic traces (beam) using a second-order approximation of the reflection travel time. Examples are shown for applications on two-dimensional (2-D) and three-dimensional (3-D) synthetic seismic data, respectively, to the models Marmousi and SEG/EAGE salt dome data sets.

Submitted by Cleide Dantas (cleidedantas@ufpa.br) on 2014-05-28T13:29:48Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Tese_MigracaoKirchhoffPreEmpilhamento.pdf: 7520606 bytes, checksum: 04380685465a2a6e5ef4c422ca54216a (MD5) / Rejected by Irvana Coutinho (irvana@ufpa.br), reason: Definir assuntos on 2014-08-06T16:21:01Z (GMT) / Submitted by Cleide Dantas (cleidedantas@ufpa.br) on 2014-09-08T14:11:40Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Tese_MigracaoKirchhoffPreEmpilhamento.pdf: 7520606 bytes, checksum: 04380685465a2a6e5ef4c422ca54216a (MD5) / Approved for entry into archive by Irvana Coutinho (irvana@ufpa.br) on 2014-09-09T12:08:59Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Tese_MigracaoKirchhoffPreEmpilhamento.pdf: 7520606 bytes, checksum: 04380685465a2a6e5ef4c422ca54216a (MD5) / Made available in DSpace on 2014-09-09T12:08:59Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Tese_MigracaoKirchhoffPreEmpilhamento.pdf: 7520606 bytes, checksum: 04380685465a2a6e5ef4c422ca54216a (MD5) Previous issue date: 2007 / CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / CTPETRO - Plano Nacional de Ciência e Tecnologia do Setor Petróleo e Gás Natural / FINEP - Financiadora de Estudos e Projetos / A teoria dos feixes gaussianos foi introduzida na literatura sísmica no início dos anos 80 por pesquisadores russos e tchecos, e foi originalmente utilizada no cálculo do campo de ondas eletromagnéticas, baseado na teoria escalar da difração. Na teoria dos feixes gaussianos, o campo de ondas sísmicas é obtido por uma integral, cujo o integrando é constituído de duas partes, a saber: (1) as amplitudes dos campos das ondas na vizinhança do ponto de observação e (2) a função fase de cada um desses campos de ondas, que neste caso é representada por um tempo de trânsito paraxial complexo. Como ferramenta de imageamento, mais precisamente como operador de migração, os primeiros trabalhos usando feixes gaussianos datam do final da década de 80 e início dos anos 90. A regularidade dos campos de ondas descritos pelos feixes gaussianos, além de sua alta precisão em regiões singulares do modelo de velocidades, tornaram o uso de feixes gaussianos como uma alternativa híbrida viável para a migração. Nesse trabalho, unimos a flexibilidade da migração tipo Kirchhoff em profundidade em verdadeira amplitude com a regularidade da descrição do campo de ondas, representado pela sobreposição de feixes gaussianos. Como forma de controlar de forma estável quantidades usadas na construção de feixes gaussianos, utilizamos informações advindas do volume de Fresnel, mais precisamente a zona de Fresnel ao redor do ponto de reflexão e a zona de Fresnel projetada, localizada ao redor do ponto de registro do sismograma e cuja a informação se encontra nas curvas de reflexão de dados sísmico. Nosso processo de migração pode ser chamado como uma migração Kirchhoff em verdadeira amplitude usando um operador de feixes gaussianos. / The Gaussian Beam (GB) concept was introduced in the seismic literature by Russian and Czech researchers in the begining of the 80’s. This theory, which by its turn was based on the scalar electromagnetic diffraction theory, is in fact a (zero order) complex paraxial ray theory, designed to satisfactorilly describe the seismic wavefield propagation beyond the standard zero order ray theory, up to then the only theory used to describe the high frequency seismic wavefield propagation in smoothed velocity models. As an imaging tool, the first works to deal with GB’s were published in the end of the 80’s and in the begining of the 90’s. The regularity in the description of the wavefield by GB’ s, as well as its high accuracy in some singular regions of the velocity model, transformed the use of GB’s into a viable hybrid alternative in the migration theory. In this work, we unite the flexibility in imaging of the true amplitude prestack Kirchhoff depth migration with the regularity in the description of the wavefield by a superposition of GB’s. As a way of controlling in a very stable way some quantities used in the construction of the beams, we have made use of some informations based on the Fresnel volume elements, more especifically speaking the Fresnel zone radius around the reflection point in depth and its counterpart, projected towards the acquisition surface. This information is centred around the recording point of the seismogram and is also present in the seismic data reflection traveltime curves. Our migration process can be named a true amplitude prestack Kirchhoff depth migration using GB’s as Green function, namely KGB-PSDM.

[pt] A optomecânica é um campo em crescimento que estuda sistemas nos quais luz e movimento mecãnico estão acoplados por meio de pressão de radiação. Neste trabalho apresentamos a teoria básica acerca de cavidades ópticas e pinças ópticas, duas importantes ferramentes frequentemente utilizadas em experimentos de optomecânica, bem como suas implementações práticas. No que diz respeito a cavidades ópticas, nós apresentamos a implementação de cavidades de Fabry Pérot formadas por um espelho plano e um espelho esférico e de cavidades formadas por dois espelhos esféricos, tanto na configuração confocal como na configuração não confocal, e comparamos a performance dessas diferentes cavidades. No que diz respeito a pinças ópticas, nós apresentamos uma pinça óptica capaz de aprisionar esferas micrométricas em um meio aquoso e a usamos para estudar o movimento de partículas aprisionadas. / [en] Optomechanics is a growing field that studies systems where light and mechanical motion are coupled via radiation pressure. In this work, we present the basic theory regarding optical cavities and optical tweezers, two important tools that are often used in optomechanical setups, as well as their experimental implementations. On the subject of optical cavities, we present the implementation of Fabry Pérot cavities formed by one plane mirror and one spherical mirror and cavities formed by two spherical mirrors, both on the confocal and on the non-confocal configuration, and compare the performance of these different cavities. On the subject of optical tweezers, we present an optical tweezer capable of trapping micro-spheres in a water medium and use it to study the movement of trapped particles.

Submitted by Cleide Dantas (cleidedantas@ufpa.br) on 2014-05-28T14:33:29Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Tese_MigracaoPreEmpilhamento.pdf: 3640959 bytes, checksum: 76a4c529f9749947cfa0045c3df999c5 (MD5) / Rejected by Irvana Coutinho (irvana@ufpa.br), reason: Definir palavras-chave on 2014-08-06T16:19:11Z (GMT) / Submitted by Cleide Dantas (cleidedantas@ufpa.br) on 2014-09-08T13:13:54Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Tese_MigracaoPreEmpilhamento.pdf: 3640959 bytes, checksum: 76a4c529f9749947cfa0045c3df999c5 (MD5) / Approved for entry into archive by Irvana Coutinho (irvana@ufpa.br) on 2014-09-08T15:57:26Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Tese_MigracaoPreEmpilhamento.pdf: 3640959 bytes, checksum: 76a4c529f9749947cfa0045c3df999c5 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-09-08T15:57:26Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Tese_MigracaoPreEmpilhamento.pdf: 3640959 bytes, checksum: 76a4c529f9749947cfa0045c3df999c5 (MD5) Previous issue date: 2012 / FAPESPA - Fundação Amazônia de Amparo a Estudos e Pesquisas / O método de migração do tipo Kirchhoff se apresenta na literatura como uma das ferramentas mais importantes de todo o processamento sísmico, servindo de base para a resolução de outros problemas de imageamento, devido ao um menor custo computacional em relação aos métodos que tem por base a solução numérica da equação da onda. No caso da aplicação em três dimensões (3D), mesmo a migração do tipo Kirchhoff torna-se dispendiosa, no que se refere aos requisitos computacionais e até mesmo numéricos para sua efetiva aplicação. Desta maneira, no presente trabalho, objetivando produzir resultados com uma razão sinal/ruído maior e um menor esforço computacional, foi utilizado uma simplificação do meio denominado 2.5D, baseado nos fundamentos teóricos da propagação de feixes gaussianos. Assim, tendo como base o operador integral com feixes gaussianos desenvolvido por Ferreira e Cruz (2009), foi derivado um novo operador integral de superposição de campos paraxiais (feixes gaussianos), o mesmo foi inserido no núcleo do operador integral de migração Kirchhoff convencional em verdadeira amplitude, para a situação 2,5D, definindo desta maneira um novo operador de migração do tipo Kirchhoff para a classe pré-empilhamento em verdadeira amplitude 2.5D (KGB,do inglês Kirchhoff-Gausian-Beam). Posteriormente, tal operador foi particularizado para as configurações de medida afastamento comum (CO, do inglês common offset) e ângulo de reflexão comum (CA, do inglês common angle), ressaltando ainda, que na presente Tese foi também idealizada uma espécie de flexibilização do operador integral de superposição de feixes gaussianos, no que concerne a sua aplicação em mais de um domínio, quais sejam, afastamento comum e fonte comum. Nesta Tese são feitas aplicações de dados sintéticos originados a partir de um modelo anticlinal. / A Kirchhoff-type migration is considered in the geophysics literature as one of the most fundamental tools in seismic data processing, the base for solution of several imaging problems. In this respect, it must be considered its wide use and its successful history for the oil and gas industry, associated with its low computational cost and flexibility to deal with non-wavefield datasets when compared to other methods. However in 3D, even when compared to other existing and most effective methods, its computational cost and implementation is still considered high, due to several reasons: new acquisition technologies, data storage and burden, azimuth richness, etc. Thus the main objective of the present work is to implement and simulate migration results (i.e., images) with high signal-to-noise ratios and with a less computer burdens in 2.5D media, using the theoretical framework of Gaussian Beams (GBs). By considering one implementation of a superposition of GBs integral operator studied by Ferreira and Cruz (2009) and by the use of the stationary phase method (Bleistein, 2000), a new integral superposition migration operator using paraxial fields (i.e., GBs) was implemented and studied. Theoretically speaking, the present migration operator was inserted in the kernel of a conventional, 2.5D, true-amplitude, prestack Kirchhoff migration integral operator, thus defining a 2.5D prestack Kirchhoff-Gaussian Beam (KGB) migration operator. The present migration operator was later configured to hold commonoffset (CO) and common-angle (CA) seismic acquisition configurations. I remark that in the present thesis one flexibility of the GB migration operator was idealized in order to handle its effective application in more the one sorting configuration, i.e., common-offset and commonsource.

Submitted by Cleide Dantas (cleidedantas@ufpa.br) on 2014-06-05T14:00:11Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_AnaliseEfeitoDiscretizacao.pdf: 4112746 bytes, checksum: c16e3e41859f4416daa5be65caa806e9 (MD5) / Rejected by Irvana Coutinho (irvana@ufpa.br), reason: Indexar os assuntos on 2014-08-07T16:07:25Z (GMT) / Submitted by Cleide Dantas (cleidedantas@ufpa.br) on 2014-09-09T11:55:39Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_AnaliseEfeitoDiscretizacao.pdf: 4112746 bytes, checksum: c16e3e41859f4416daa5be65caa806e9 (MD5) / Approved for entry into archive by Irvana Coutinho (irvana@ufpa.br) on 2014-09-18T11:32:41Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_AnaliseEfeitoDiscretizacao.pdf: 4112746 bytes, checksum: c16e3e41859f4416daa5be65caa806e9 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-09-18T11:32:41Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_AnaliseEfeitoDiscretizacao.pdf: 4112746 bytes, checksum: c16e3e41859f4416daa5be65caa806e9 (MD5) Previous issue date: 2014 / O Feixe Gaussiano (FG) é uma solução assintótica da equação da elastodinâmica na vizinhança paraxial de um raio central, a qual se aproxima melhor do campo de ondas do que a aproximação de ordem zero da Teoria do Raio. A regularidade do FG na descrição do campo de ondas, assim como a sua elevada precisão em algumas regiões singulares do meio de propagação, proporciona uma forte alternativa no imageamento sísmicos. Nesta dissertação, apresenta-se um novo procedimento de migração sísmica pré-empilhamento em profundidade com amplitudes verdadeiras, que combina a flexibilidade da migração tipo Kirchhoff e a robustez da migração baseada na utilização de Feixes Gaussianos para a representação do campo de ondas. O algoritmo de migração proposto é constituído por dois processos de empilhamento: o primeiro é o empilhamento de feixes (“beam stack”) aplicado a subconjuntos de dados sísmicos multiplicados por uma função peso definida de modo que o operador de empilhamento tenha a mesma forma da integral de superposição de Feixes Gaussianos; o segundo empilhamento corresponde à migração Kirchhoff tendo como entrada os dados resultantes do primeiro empilhamento. Pelo exposto justifica-se a denominação migração Kirchhoff-Gaussian-Beam (KGB).Afim de comparar os métodos Kirchhoff e KGB com respeito à sensibilidade em relação ao comprimento da discretização, aplicamos no conjunto de dados conhecido como Marmousi 2-D quatro grids de velocidade, ou seja, 60m, 80m 100m e 150m. Como resultado, temos que ambos os métodos apresentam uma imagem muito melhor para o menor intervalo de discretização da malha de velocidade. O espectro de amplitude das seções migradas nos fornece o conteúdo de frequência espacial das seções das imagens obtidas. / The Gaussian Beam (GB) is an asymptotic solution of the elastodynamic equation in the paraxial vicinity of a central ray, which approaches better the wave field than the standard zero-order ray theory. The GB regularity in the description of the wave field, as well as its high accuracy in some singular regions of the propagation medium, provide a strong alternative to solve seismic modeling and imaging problems. In this dissertation , I present a new procedure for pre-stack depth migration with true-amplitude, combining the flexibility and robustness of Kirchhoff migration type using superposition of Gaussian beams to represent the wave field. The proposed migration algorithm comprises in two stacking process: the first is the beam stack applied to subsets of seismic data multiplied by a weight function defined such that stack operator has the same formulation of the integral of the Gaussian beams superposition; the second is a weighted diffraction stack by means of the Kirchhoff type integral having as input the stacked data. For these reasons it is called Kirchhoff-Gaussian-Beam (KGB) migration. In order to compare the Kirchhoff and KGB methods with respect to the sensibility on relation to the discretization length, we apply them to the well-know 2D Marmousi dataset using four velocity grids, i.e. 60 m, 80 m, 100 m e 150 m. As result we have that both methods present a much better image for smaller discretization interval of the velocity grid. The amplitude spectrum of the migrated sections provide us with the spatial frequency contents of the obtained image sections.