In this work I have evaluated a measurement method for glucose concentration in aqueous solutions and developed a system that performs the measurement and presents the result on a computer screen. The method is based on the dielectric properties of glucose and the varying phase shift of a microwave resonance cavity. The phase shift is measured using homodyne detection. The measurement system can measure the concentration of glucose in aqueous solutions in real time. I have tested concentrations from 0 to 3000 mg/dl. / I detta arbete har jag undersökt en metod för att mäta glukoskoncentration och med denna metod konstruerat en mätutrustning som visar glukoskoncentrationen för ett prov på en datorskärm. Mätningen baseras på radiovågor och permittiviteten för glukoslösningar. För att mäta permittiviteten används en mikrovågsresonanskavitet och homodyn detektering. Det gör det möjligt att mäta även mycket små prov, och detta utan att vara i direkt kontakt med provet. Mätsystemet kan mäta koncentrationen på vattenlösningar av glukos i realtid. Jag har testat systemet på koncentrationer mellan 0 och 3000 mg/dl.

The diploma work deals with techniques of optical contactless distance and velocity measurement. A basic summary of the methods are involved. The problematic of interferometric methods for vibration measurements is analysed in detail. It contains division of interferometers, description of their function principles and also chapters dealing with elements used in interferometers such as lasers, photodetectors and elements in the ray optical way - polarizers, retarders, optical isolators. The vibration and length measurement methods are described, as well as the conception of homodyne and heterodyne detection. Part of this work focuses on the quadrature signal processing and on the proposal of algorithm for demodulation of velocity/displacement and undergoing simple motioning object deviation. This algorithm is implemented in Labview and the whole software instrument served also for visualisation of measured data of the interferometer model constructed in the laboratory. The way how to build up a model, its setting and two possible configurations suitable for homodyne detection are described. Model of interferometer is built-up on the optical breadboard. Particular components are fixed by the help of mounts. The model and software enable to measure the velocity and the vibration deviation with the light wavelength exactness. Functionality and the exactness of the laboratory model are verified by vibrometer. Effects on the measurement uncertainty are discussed here and ways how to restrain them are proposed.

En optique quantique, la reconstruction de l'état quantique (fonction de Wigner ou matrice de densité infini-dimensionnelle) d'un faisceau de lumière correspond en statistique à un problème inverse trés mal posé. Premièrement, nous proposons des estimateurs de la matrice de densité basés sur les fonctions \textit{pattern} et des estimateurs à noyau de la fonction de Wigner. Nous faisons l'hypothèse que la matrice de densité inconnue appartient à une classe non paramétrique définie en accord avec les exemples étudiés par les physiciens. Nous en déduisons pour la fonction de Wigner associée à cette matrice des propriétés de décroissance rapide et de régularité. Deuxièmement, nous estimons une fonctionnelle quadratique de la fonction de Wigner par une U-statistique d'ordre deux sur une classe plus large. Cette fonctionnelle peut être vue comme une indication sur la pureté de l'état quantique considéré. Nous en déduisons un estimateur adaptatif aux paramètres de régularité de la fonction de Wigner. La dernière partie de ce manuscrit est consacrée au problème de test d'adéquation à la matrice de densité. Cette procédure est construite à partir d'un estimateur de type projection sur les fonctions \textit{pattern}. Nous étudions les bornes supérieures de type minimax de toutes ces procédures. Les procédures d'estimation de la matrice de densité et de test d'adéquation à une matrice de densité sont implémentées et leurs performances numériques sont étudiées.

La microscopie électro-optique est une nouvelle technique de cartographie quantitative micrométrique des champs électriques et des composantes du tenseur électro-optique d'un milieu. Techniquement, il s'agit de mesurer le déphasage engendré par effet Pockels au moyen d'un microscope confocal inclus dans un interféromètre en détection homodyne. L'échantillon doit être transparent, non linéaire quadratique et soumis à un champ électrique, intrinsèque ou appliqué. Cette thèse présente tout d'abord une étude théorique de la microscopie électro-optique. On y décrit la réalisation pratique du microscope. Les résultats obtenus sur un premier échantillon en couche polymère sont ensuite étudiés et on présente la première mesure de déphasage par effet Pockels dans une membrane phospholipidique dopée. Les perspectives d'applications à des mesures de potentiels transmembranaires sont présentées. Les difficultés technologiques qui seront rencontrées sont détaillées et des solutions sont proposées.

Le travail présenté ici a pour but l'amélioration des tests de basse énergie des interactions faibles à courant neutre. Il a porté sur la mise au point d'une expérience à même de réaliser une mesure d'un dipôle de transition violant la parité dans une vapeur de césium en cellule avec une précision de 1% sur un montage de polarimétrie laser pompe-sonde. Son caractère original tient à la détection d'une transition interdite dans une vapeur, non plus par fluorescence comme l'ont fait toutes les expériences antérieures, mais par l'émission stimulée par le faisceau sonde, ce qui amplifie l'asymétrie à mesurer lorsque l'amplification du faisceau sonde est importante. De nombreux aspects expérimentaux ont nécessité de repousser les limites de l'expérimentation: amélioration des techniques de polarimétrie avec des lasers en impulsions, conception et préparation des cellules, maîtrise des effets de surface, maîtrise et réduction des effets liés aux dimères de césium, étude des champs parasites, puis de leur contrôle/réduction. Mais par-delà le développement de savoir-faire spécifiques, ce travail i) a permis d'amener l'expérience VPA à un stade où la précision de la mesure déjà effectuée est de 2,6%, et où le rapport signal/bruit atteint permet de se lancer dans une mesure à 1%; ii) a donné lieu à des expériences originales comme la photo-destruction des dimères d'une vapeur de césium, l'observation en champ nul et sans background de la transition 6S-7S en champ nul, la réalisation de cellules spectroscopiques "sans pertes par réflexion", la mise en évidence, par diffraction laser, des marches monoatomiques d'une surface vicinale ou encore des méthodes originales de détection homodyne du signal de réflexion sélective ou de mesure absolue de sections efficaces; iii) propose une méthode susceptible de permettre une mesure VPA à 0,1%, ainsi qu'une exploration de ce que permettrait le refroidissement laser pour l'étude des transitions interdites.

L'objectif central de cette thèse est d'exploiter les propriétés quantiques du champ électromagnétique pour développer de nouveaux dispositifs de communication. L'étude porte sur les composantes de quadrature (variables quantiques continues) d'un mode impulsionnel du champ lumineux. Une démonstration expérimentale de cryptographie quantique avec des états cohérents a été réalisée. Le dispositif se base sur des impulsions modulées en amplitude et en phase et comportant en moyenne une centaine de photons. Pour chaque impulsion lumineuse, une détection homodyne résolue en temps permet de mesurer une composante de quadrature particulière avec une forte efficacité. Une clé secrète a ainsi été transmise à un débit de 1.7 Mbits/s en l'absence de pertes et 75 kbits/s pour une transmission présentant des pertes de 3.1 dB, ce qui ouvre la voie pour des applications de cryptographie quantique à hauts débits. Afin d'étudier l'utilisation de spécificités quantiques, nous avons développé une source impulsionnelle d'états comprimés et d'états intriqués. Cette source utilise des conversions non-linéaires d'impulsions ultrabrèves intervenant dans un cristal mince de niobate de potassium. Suivant la configuration, la réduction du bruit en quadrature est de 2.7 dB sous le niveau de bruit quantique standard, ou les corrélations entre les quadratures des faisceaux intriqués sont de 2.5 dB. Grâce à ce dispositif, nous avons mis en oeuvre la première expérience de "dégaussification", pour transformer des impulsions de vide comprimé en des états non-gaussiens. Ce protocole est directement lié à la distillation de l'intrication de variables continues, qui permet d'améliorer la portée des dispositifs de cryptographie. Enfin, des schémas sont étudiés pour réaliser des tests complets des inégalités de Bell avec des variables continues mesurées par des détections homodynes.

Cette thèse porte sur la manipulation d'états non-classiques de la lumière, et leurs applications à l'information quantique. Nous montrons que les outils propres à une description discrète, où la lumière est considérée comme un ensemble de photons, peuvent être efficacement combinés avec une approche continue, où l'on s'intéresse aux quadratures de l'onde électromagnétique, pour créer, transformer et analyser des états quantiques complexes. Nous avons ainsi préparé des impulsions lumineuses ultrabrèves dans des états "chat de Schrödinger" (superpositions quantiques d'états cohérents). Le champ électromagnétique de l'onde lumineuse n'est alors plus décrit par une distribution statistique classique, mais par une fonction de Wigner prenant des valeurs négatives. Grâce à une reconstruction par tomographie homodyne, nous avons réalisé la première observation expérimentale de cette négativité pour de petits " chatons de Schrödinger " en propagation libre. Nous avons ensuite développé et démontré expérimentalement un protocole permettant de préparer des " chats de Schrödinger " optiques de taille arbitraire et d'ouvrir la voie vers de multiples applications en information quantique. Nous avons également montré que la soustraction conditionnelle de photons permettait d'augmenter l'intrication d'états gaussiens. Avec cette approche, nous avons intriqué deux impulsions séparées et indépendantes, en utilisant un canal quantique de fortes pertes. On peut ainsi préparer, entre deux sites éloignés, des états fortement intriqués à fonction de Wigner négative, élément essentiel pour la distillation d'intrication et les communications quantiques à grande distance.

Le suivi de la déformation de la croûte terrestre durant la phase intersismique pour la recherche des transitoires nécessite des instruments précis capables d'opérer pour de très longues durées. Le projet ANR-LINES a visé le développement de trois nouveaux instruments : un sismomètre mono-axial, un inclinomètre hydrostatique à longue base et un inclinomètre de forage pendulaire. Ces trois instruments profitent d'un capteur interférométrique de déplacement à longues fibres optiques du type Fabry-Pérot Extrinsèque (EFFPI). Leurs architectures mécaniques et l'utilisation de longues fibres permettent à ces instruments géophysiques nouvellement fabriqués d'atteindre les objectifs fixés. Le premier objectif de cette étude est de proposer des méthodes adaptées à l'estimation de la phase du chemin optique dans les cavités Fabry-Pérot. Une modulation du courant de la diode laser, suivie par une démodulation homodyne du signal d'interférence et un filtre de Kalman permettent de déterminer la phase en temps réel. Les résultats sont convaincants pour des mesures de courtes durées mais exigent des solutions complémentaires pour se prémunir des effets de la variation des phénomènes environnementaux. Le capteur EFFPI intégré dans l'inclinomètre de forage LINES lui offre l'opportunité d'établir une mesure différentielle de l'oscillation de la masselotte pendulée grâce à trois cavités Fabry-Pérot. Le sismomètre LINES utilise lui aussi le capteur de déplacement EFFPI pour la mesure du déplacement de sa bobine. Une description de l'architecture mécanique de ces instruments et une analyse des phénomènes détectés (mouvements lents, marées, séismes, microséismes . . . ) font partie de cette thèse.

Orientador: Cláudio Kitano / Resumo: Os transformadores de potencial baseados em tecnologia óptica têm sido desenvolvidos com a finalidade de melhorar o desempenho na proteção e medição nos sistemas elétricos de potência. Estes transformadores de potencial podem ser projetados em torno dos moduladores eletro-ópticos de amplitude que, por sua vez, são baseados no efeito Pockels em cristal como o Niobato de Lítio. A expressão geral da transmissão (razão entre o retardo de fase e a tensão aplicada) de um modulador eletro-óptico de intensidades é idêntica à expressão do sinal de saída de um interferômetro de dois feixes. Através de processamento eletrônico de dois sinais interferométricos de saída, com fase relativa de 90o entre si, consegue-se demodular o sinal, independentemente das derivas ambientais. Esses interferômetros, chamados de interferômetros de quadratura, são amplamente utilizados em laboratórios de metrologia. Assim, em 2014, um método de detecção interferométrica de fase óptica foi desenvolvido no Laboratório de Optoeletrônica (LOE) da FEIS-UNESP, constituindo uma versão melhorada da técnica de phase-unwrapping. Este método é imune ao fenômeno de desvanecimento, consegue medir o tempo de atraso entre o estímulo e a resposta, tem ampla faixa dinâmica, reconstrói a forma de onda do sinal de modulação sem a necessidade de aplicação de filtros à saída interferométrica, possuindo, ainda, a capacidade de demodular sinais com formas de ondas não periódicas. Beneficiando-se dessas informações, promoveu-se a ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Optical technology-based potential transformers have been developed to improve performance in protection and measurement in electrical power systems. These potential transformers can be designed around amplitude electro-optical modulators which, in turn, are based on the crystal Pockels effect such as Lithium Niobate. The general expression of the transmission (ratio between phase delay and applied voltage) of an electro-optical modulator of intensities is identical to the expression of the output signal of a two-beam interferometer. By electronic processing of two interferometric output signals, with relative phase of 90o between each other, the signal can be demodulated, irrespective of the environmental drift. These interferometers, called quadrature interferometers, are widely used in metrology laboratories. Thus, in 2014, an optical phase interferometric detection method was developed at the FEIS-UNESP’s Optoelectronic Laboratory (LOE), constituting an improved version of the phase-unwrapping technique. This method is immune to the phenomenon of fading, can measure the delay time between the stimulus and the response, has a wide dynamic range, reconstructs the waveform of the modulation signal without the need of applying filters to the interferometric output, also possessing the ability to demodulate signals with non-periodic waveforms. Taking advantage of this information, the adaptation of the method to a high voltage optical sensor in a quadrature configuration was p... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Submitted by FERNANDO DA CRUZ PEREIRA (fernandocp.eng@gmail.com) on 2018-04-24T17:28:01Z No. of bitstreams: 1 Tese - Fernando da Cruz Pereira.pdf: 6132578 bytes, checksum: 5b74ffd75609af94d4d9dea04e13c167 (MD5) / Approved for entry into archive by Cristina Alexandra de Godoy null (cristina@adm.feis.unesp.br) on 2018-04-24T17:59:54Z (GMT) No. of bitstreams: 1 pereira_fc_dr_ilha.pdf: 6132578 bytes, checksum: 5b74ffd75609af94d4d9dea04e13c167 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-24T17:59:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 pereira_fc_dr_ilha.pdf: 6132578 bytes, checksum: 5b74ffd75609af94d4d9dea04e13c167 (MD5) Previous issue date: 2018-03-09 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Os transformadores de potencial baseados em tecnologia óptica têm sido desenvolvidos com a finalidade de melhorar o desempenho na proteção e medição nos sistemas elétricos de potência. Estes transformadores de potencial podem ser projetados em torno dos moduladores eletro-ópticos de amplitude que, por sua vez, são baseados no efeito Pockels em cristal como o Niobato de Lítio. A expressão geral da transmissão (razão entre o retardo de fase e a tensão aplicada) de um modulador eletro-óptico de intensidades é idêntica à expressão do sinal de saída de um interferômetro de dois feixes. Através de processamento eletrônico de dois sinais interferométricos de saída, com fase relativa de 90o entre si, consegue-se demodular o sinal, independentemente das derivas ambientais. Esses interferômetros, chamados de interferômetros de quadratura, são amplamente utilizados em laboratórios de metrologia. Assim, em 2014, um método de detecção interferométrica de fase óptica foi desenvolvido no Laboratório de Optoeletrônica (LOE) da FEIS-UNESP, constituindo uma versão melhorada da técnica de phase-unwrapping. Este método é imune ao fenômeno de desvanecimento, consegue medir o tempo de atraso entre o estímulo e a resposta, tem ampla faixa dinâmica, reconstrói a forma de onda do sinal de modulação sem a necessidade de aplicação de filtros à saída interferométrica, possuindo, ainda, a capacidade de demodular sinais com formas de ondas não periódicas. Beneficiando-se dessas informações, promoveu-se a adaptação do método a um sensor óptico de altas tensões em configuração de quadratura de sinais. Desta forma, a presente pesquisa aborda o estudo e o desenvolvimento de um sensor óptico de alta tensão com chaveamento de quadratura, baseado em célula Pockels, dando continuidade às pesquisas em desenvolvimento no LOE, de um sistema de sensoriamento eletro-óptico de alta tensão. O sensor de alta tensão com chaveamento de quadratura e realimentado por controle de fase, foi implementado e submetido a testes com aplicação de tensões entre 200 V e 8,4 kV (de pico) em 60 Hz, apresentado excelente linearidade na faixa de interesse e boa precisão na medição do conteúdo harmônico dos sinais. Tais resultados evidenciam o potencial do sistema para operar na análise da qualidade de energia elétrica em sistemas da classe de 13,8 kV. / Optical technology-based potential transformers have been developed to improve performance in protection and measurement in electrical power systems. These potential transformers can be designed around amplitude electro-optical modulators which, in turn, are based on the crystal Pockels effect such as Lithium Niobate. The general expression of the transmission (ratio between phase delay and applied voltage) of an electro-optical modulator of intensities is identical to the expression of the output signal of a two-beam interferometer. By electronic processing of two interferometric output signals, with relative phase of 90o between each other, the signal can be demodulated, irrespective of the environmental drift. These interferometers, called quadrature interferometers, are widely used in metrology laboratories. Thus, in 2014, an optical phase interferometric detection method was developed at the FEIS-UNESP’s Optoelectronic Laboratory (LOE), constituting an improved version of the phase-unwrapping technique. This method is immune to the phenomenon of fading, can measure the delay time between the stimulus and the response, has a wide dynamic range, reconstructs the waveform of the modulation signal without the need of applying filters to the interferometric output, also possessing the ability to demodulate signals with non-periodic waveforms. Taking advantage of this information, the adaptation of the method to a high voltage optical sensor in a quadrature configuration was promoted. In this way, the present research deals with the study and development of a high voltage optical sensor with quadrature switching, based on Pockels cell, giving continuity to researches in the LOE of a high voltage electro-optical sensing system. The high voltage sensor with quadrature switching and phase controlled feedback was implemented and submitted to tests with voltage between 200 V and 8.4 kV (peak) at 60 Hz, with excellent linearity in the range of interest and good accuracy in measuring the harmonic content of the signals. These results show the potential of the system to operate in the analysis of electric power quality in systems of the class of 13.8 kV.