A Microscopia Holográfica Digital (MHD) é uma poderosa ferramenta para análise não destrutiva de superfícies e caracterização morfológica e estrutural de materiais. Várias técnicas microscópicas têm sido utilizadas com esses objetivos, mas, em todas elas, a visualização de campo completo não é permitida em uma única aquisição da informação do sistema analisado, além disso, a necessidade de uso de corantes, o processo de varredura, entre outros fatores, dificulta a aquisição das imagens. A Microscopia Holográfica Digital permite contornar essas dificuldades através de um método simples e rápido. Com uma modificação em seu arranjo original, é possível revelar as diferenças na absorção e nos índices de refração experimentados por um campo transmitido por um material anisotrópico. Este método, neste trabalho, foi nomeado como Microscopia Holográfica de Polarização, o qual permite medir as diferenças de fase e de intensidade relacionadas com a birrefringência e com o dicroísmo do material, respectivamente. Dessa forma, A MHD se mostra uma ferramenta promissora na análise de problemas em diversas áreas, pois possibilita, através de uma única captura, obter informações sobre as propriedades ópticas e estruturais dos sistemas de interesse. O objetivo desse trabalho foi, além do desenvolvimento instrumental, analisar variações nas propriedades ópticas e morfológicas de eritrócitos através da quantificação dos índices de refração e perfis topográficos destes quando submetidos aos principais agentes de fixação de amostras. Essas variações são determinantes na escolha do método de análise, já que estes podem alterar significativamente os resultados, assim como a sua interpretação. Também foi descrito um novo método, baseado na técnica holográfica, de análise do dicroísmo linear através de uma varredura executada sobre os padrões de difração das componentes ortogonais do campo transmitido pela amostra. A aplicação da MHD ao estudo de processos dinâmicos também foi realizada, utilizando células cardíacas vivas e proteínas em solução. Somados, estes resultados demonstraram a possibilidade de se utilizar as técnicas holográficas como métodos de estudo amplo de microssistemas biológicos. / The Digital Holographic Microscopy (DHM) is a powerful tool for nondestructive analysis of surfaces and for morphological and structural characterization of materials. Several microscopic techniques have been used with these purposes, but in all cases, the complete field reconstruction is not allowed in a single acquisition of information of the analyzed system, moreover, the requirements of staining and scanning procedures, among other factors, difficult the image acquisition. Digital Holographic Microscopy allows to overcome these difficulties through a simple and quick method. With a modification in its original setup, is possible to reveal the differences in absorption and refractive index experienced by a wavefield transmitted by an anisotropic material. This method, in this thesis, is named Polarization Holographic Microscopy, which allows to measure differences in phase and intensity related to the birefringence and the dichroism of the material, respectively. Thereby, the DHM is shown as a promising tool for the study of problems in several fields, because it allows, through a single capture, to obtain information related to optical and morphological properties of the systems of interest. The objective of this work was, besides instrumental development, to evaluate changes in optical and morphological properties of erythrocytes through quantification of their refractive index and topographic profiles when submitted to the main fixating agents. These changes are crucial once the method of analysis is chosen, as they can significantly alter the results, as well as their interpretation. A new method was also described based on the holographic technique, for analysis of linear dichroism, through scans performed on the diffraction patterns of the orthogonal components of the field transmitted by the sample. The application of the DHM to the study of dynamic processes was also performed, using live cardiac cells and proteins in solution. Together, these results demonstrate the possibility of using holographic techniques such as extensive methods for studying biological microsystems.

Neste trabalho desenvolvemos um novo método para análise biométrica do olho. Essa análise se compõe de medidas dos parâmetros biomecânicos, ou seja, espessura da córnea, distancia entre a córnea e o cristalino, espessura do cristalino, e distancia entre o cristalino e a retina. Este novo método funciona utilizando o princípio da interferometria com laser de baixa coerência. O conhecimento desses parâmetros e de suma importância para o fornecimento de dados necessários para o implante de lentes intra-oculares, em casos de catarata. Alem disso, eles permitem diagnosticar patologias clinicamente caracterizadas por suas alterações. O instrumento convencionalmente utilizado para essas medidas e o biômetro ultra-sônico. Embora esses biômetros sejam práticos e eficientes, a resolução por análise ultra-sônica esta limitada ao fato do tecido ocular não fornecer ecos satisfatórios em freqüências muito acima de 10 MHz. Uma limitação na resposta de freqüência determina uma subseqüente limitação na precisão de medida, já que esta será tanto maior quanta maior a freqüência. Uma variedade de técnicas diferentes tem sido experimentada nos últimos dez anos visando estabelecer um método mais preciso. Entretanto, várias das alternativas existentes têm sido rejeitadas devido à complexidade operacional e altos custos. A técnica interferométrica, entretanto, reúne alta resolução, simplicidade operacional e baixo custo. Isso pode ser constatado pelos resultados obtidos, os quais revela um enorme potencial aplicativo para futuros trabalhos de pesquisa ou mesmo de diagnose. / In this work we have developed a new method for biometric analysis of the eye. This analysis consists of measurements of biomechanical parameters, like thickness of the cornea, distance between the cornea and the crystalline lens, thickness of the crystalline lens and distance between the crystalline lens and the retina. In this new method we use the interferometric principle with a low coherence laser. The knowledge of these parameters is very important in order to supply the necessary data for the implant of intraocular lenes, in the cases of cataract. Besides of allow the diagnosis of the pathologies, which are characterized by their changes. The instrument used in the measurements is an ultrasonic biometer. However the resolution of this instrument is limited by the ocular tissue, which does not allow satisfactory echos in frequencies above 10 MHz. A variety of the techniques have been used in the last ten years in the order to establish a more accurate method. However most of the existing alternatives have been rejected due to operational complexity and high cost. The interferometric technique unites high resolution, operational simplicity and low cost. This can be concluded by the results obtained in this work, which demonstrate the great potentiality of the method for future in academic research or clinical diagnosis.

Orientador: Auteliano Antunes dos Santos Junior / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-16T17:18:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Saito_EdsonHiroshi_M.pdf: 2483546 bytes, checksum: f0889b176e6cc7896851b8620c53c361 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: A técnica ESPI, sigla em inglês - Electronic Speckle Pattern Interferometry -, ou ainda, Interferometria Eletrônica por Padrão de Speckle, surgiu em conseqüência do desenvolvimento da metrologia a laser, que possui como característica o chamado efeito speckle. Este efeito é o fenômeno óptico de interferência de ondas eletromagnéticas coerentes - que é o caso do Laser - que possibilita a geração de padrões de franjas de interferência, a partir das quais é possível medir o deslocamento de superfícies e posteriormente calcular as tensões e deformações. Por se tratar de uma metodologia não destrutiva e sensível a pequenos deslocamentos, essa metodologia tem se difundido na indústria para medição de Tensões em componentes mecânicos de formas complexas e como aplicação de apoio para outras técnicas como análise por Elementos Finitos. O objetivo deste trabalho é a aplicação da técnica ESPI em componentes mecânicos fazendo uso de uma metodologia através da qual seja possível estabelecer um procedimento de medição da tensão com confiabilidade. O desafio é estabelecer a adequada aplicação da ferramenta em ambiente industrial, onde há a interferência de ruídos, temperatura, vibração, além de uma adequação de equipamentos de ensaio que pode influenciar diretamente nos resultados de medições. A correta medição das tensões e deformações através de um ensaio não destrutivo e de rápido diagnóstico pode trazer diversos benefício, dentre os quais as cifras gastas em peças destruídas, tempo de medição e economia de mão-de-obra. Os resultados do presente trabalho são a determinação das variáveis influentes na aplicação do ESPI, levantamento das causas raízes dos problemas de medição e, a partir dessas informações, consolidar um procedimento padrão para aplicação em medição de tensões em componentes utilizando a técnica ESPI / Abstract: The ESPI technique - Electronic Speckle Pattern Interferometry - has emerged as a result of the development of laser metrology, which is characterized as the so-called speckle effect. This effect is an optical phenomenon of coherent electromagnetic waves interference - as Laser. It allows the generation of fringes interference from which it can be measured the displacement of surfaces and therefore calculated the stresses and strains. As a no-destructive methodology and being sensible to small displacements, it has being spread out in the industry by measuring Stress and Displacements in complex mechanical components and as a support to Finite Elements Analysis (FEA) and others techniques. The objective of this work is the application of the ESPI technique testing mechanical components making use of a systematic methodology by which it will be able to establish a procedure for measuring stress with reliability. The challenge is to establish the application procedure in the industrial environment, where there are a lot of interferences like noises, temperature variation, vibration etc., besides the fact that the testing equipment to be adapted to static tests can influences in the results. The stress and displacements measurement in a nodestructive test and fast result diagnose can bring a lot of benefits in financial terms serving as a support tool for other testing procedures. The results from this project are the determination of main variables for ESPI application, establishment of root causes in measurements problems using ESPI, and hence consolidate a standard procedure for ESPI application in strain /stress measurement in mechanical components / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientadores: Edmundo da Silva Braga, Lucila Helena Deliesposte Cescato / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-16T22:14:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Menezes_JacsonWeberde_D.pdf: 5102435 bytes, checksum: 8671ed8cf6b070b06a3270b5e81fde66 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Esta tese tem como objetivo demonstrar a viabilidade e o potencial da técnica de superposição de padrões de interferência para fabricação de estruturas periódicas 2D e 3D para aplicações em cristais fotônicos e estruturas plasmônicas. A superposição de padrões consiste em expor a mesma amostra a padrões de interferência, produzidos por duas ondas planas, girando-se a amostra apropriadamente entre as exposições. A simulação do padrão de intensidade resultante, em função do número de exposições e do ângulo de rotação entre elas, foi feita utilizando o software MATHEMATICA. Estas simulações demonstraram que com apenas 3 exposições, girando-se apropriadamente a amostra, é possível obtermos padrões com periodicidade tridimensional. As estruturas gravadas na fotorresina positiva SC 1827, utilizando esta técnica, mostraram uma excelente concordância com os padrões simulados. Embora estas estruturas não apresentem um gap fotônico completo devido ao baixo índice de refração da fotorresina, foi possível medir o gap fotônico para determinadas direções de simetria da estrutura. Camadas Finas de Cristais Fotônicos 2D com simetria triangular foram fabricadas em vidros calcogenetos a base de antimônio. As medidas da transmitância espectral em função do ângulo de incidência da luz nas diferentes direções de simetria permitiram a medida experimental do diagrama de bandas. Para os modos mais baixos as medidas experimentais mostraram uma excelente concordância com os diagramas de bandas calculados utilizando o Método dos elementos finitos (FEM). Estruturas plasmônicas, compostas por arranjos quadrados de furos em filmes de ouro foram fabricadas e caracterizadas através de medidas de transmitância à incidência normal. Devido à grande sensibilidade da posição dos picos de ressonância de plasmons com o meio, foi realizado um estudo visando a otimização dos parâmetros destas estruturas para uso como sensores de índice de refração / Abstract: The purpose of this thesis is to demonstrate the feasibility and the potential of the technique of superposition of interference patterns to generate 2D and 3D periodic structures for applications in photonic crystals and plasmonic structures. This technique consists in to expose the same sample to interference patterns produced by two plane waves, rotating properly the sample between exposures. The simulation of the resulting intensity pattern, as a function of the number of exposures and rotation angle between them, is done using the software MATHEMATICA. These simulations showed that only 3 exposures are enough to obtain three-dimensional periodic patterns. The structures recorded in SC 1827 positive photoresist, using this technique, showed excellent agreement with the simulated patterns. Although these structures do not show a complete photonic band gap because of the low refractive index of the photoresist, it was possible to measure the photonic band gap photonic for certain directions of symmetry of the structure. Thin layers of 2D Photonic Crystals with triangular symmetry were fabricated in chalcogenide glasses based on antimony. Measurements of spectral transmittance, at different incident angles in the directions of symmetry of the 2D crystal, allow obtaining the experimental band diagrams. For the lowest modes the experimental measurements agree very well with the diagrams calculated using the FEM. Plasmonic structures, composed of squared arrays of holes in gold films were fabricated and characterized through transmittance measurements at normal incidence. Due to the high sensitivity of the peak wavelength positions of plasmon resonances with the surrounding media, a study was conducted in order to optimize the parameters of these structures for refractive index sensing / Doutorado / Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica / Doutor em Engenharia Elétrica

Orientador: Lucila Helena Deliesposte Cescato / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-14T05:44:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 GutierrezRivera_LuisEnrique_D.pdf: 4586179 bytes, checksum: dcf2f61b429cf573374569e52bacf96f (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Nano-Peneiras são dispositivos de microfiltração que se diferenciam das membranas filtrantes por apresentarem uma distribuição homogênea de poros e baixa rugosidade na sua superfície. Estas características as tornam uma melhor alternativa para processos de separação que requerem alta seletividade na indústria de biotecnologia, fármacos e química. Por outro lado estas peneiras quando atingem poros com dimensões de alguns centos de nanômetros e estão feitas de materiais biocompativeis e biodegradáveis, são utilizadas em Micro-dispositivos Bio Eletro Mecânicos, BIO-MEMS. Entre as aplicações mais relevantes de peneiras poliméricas dentro dos BIO-MEMS podemos mencionar os bio-sensores e as biocapsulas para sistemas de liberação de drogas através de implantes dentro do corpo. Neste trabalho desenvolvemos um processo de fabricação de Peneiras Poliméricas Nanométricas utilizando a associação de técnicas de litografia interferométrica, litografia óptica, e micro-moldagem. As Peneiras foram fabricadas utilizando um sistema de litografia interferométrica UV, que foi construído durante esta tese. Foi estudada a homogeneidade dos poros das peneiras fabricadas através da analises estadísticas de imagens digitais de microscopia eletrônica. Por outro lado fizemos analises de seletividade da filtração utilizando partículas esféricas de poliestireno de diferentes tamanhos. Os resultados da analises estadística da morfologia dos poros mostraram uma alta qualidade na distribuição e na homogeneidade dos poros das peneiras que foram formados através da litografia interferométrica. Por outro lado os resultados das medidas de filtração de partículas apresentaram uma excelente seletividade na separação de partículas por tamanho, que confirmaram a homogeneidade das dimensões dos poros das nanopeneiras poliméricas. / Abstract: Sieves are microfiltration devices that in comparison with conventional membranes present a homogeneous pore size distribution and low roughness on the surface. These characteristics become them very attractive for use in processes of separation of particles by size. When the pores reach sub-micrometric dimensions and the sieves are made in biocompatible and biodegradable materials, they can reach interesting applications in Bio-MEMS. We can mention applications such as Bio-sensor and Bio-Capsules for Drug Delivery Systems. In this work we developed a process for fabrication of polymeric submicrometric sieves using the association of interference lithography, optical lithography and micromolding (soft lithography). The submicrometric pores are recorded using UV interference lithography, while the sustaining structure is recorded by optical lithography. Soft lithography techniques were used in order to transfer the recorded structures to appropriate materials as well as to reduce the costs of fabrication. Measurements of the pore size distribution shown a variation of 7 % in the pore diameter, along the whole sieve area of about 1cm X 1 cm, for submicrometric sieves in SU-8 while this variation was about 15 % for the sieves molded in PLLA (Poly-L-Lactide). This variation is much smaller than that presented for the better homogeneity commercial membranes. / Doutorado / Doutor em Ciências

Orientador: Ricardo Caetano Azevedo Biloti / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica e Instituto de Geociências / Made available in DSpace on 2018-08-25T17:36:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pereira_AntonioJoseOrtolan_M.pdf: 8216164 bytes, checksum: 4d5f0b8002b7501bdb1134a354a50405 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: O foco deste trabalho é a análise da viabilidade da aplicação da interferometria sísmica na interpolação de traços. Tais traços foram usados no preenchimento de falhas na cobertura sísmica devido à presença de obstruções durante campanhas de aquisição sísmica marítima. O tema proposto é particularmente relevante pois a falta de cobertura sísmica degrada consideravelmente a qualidade das seções e cubos sísmicos, com um impacto negativo para a sísmica como insumo para a atividade de exploração de petróleo. Para o estudo do significado físico dos fenômenos interferométricos foi aplicado o método da fase estacionária em um refletor plano e inclinado, que pode ser tomado como um análogo do fundo do mar na região da quebra do talude continental. Posteriormente utilizamos a interferometria sísmica para interpolação de traços sísmicos em um conjunto de dados sintéticos. Os resultados mostraram que a interpolação interferométrica tem um bom potencial para criação dos traços virtuais com um baixo custo computacional / Abstract: The scope of this work was the analysis of feasibility of the Seismic Interferometry application in trace interpolation. These traces can be used to fill coverage gaps in seismic surveys. In general these gaps are created by the obstruction of seismic vessel tracks, due to the presence of platforms, vessels and other facilities in offshore oil fields. The trace interpolation is a particularly important step in seismic processing in order to avoid losses of quality in seismic sections, which impacts negatively the value of Seismic information in Exploration. One of the most promising use of this technique is the ability to create new positions of sources and receivers by cross correlating the seismic wavefield recorded. To understand the physical meaning of Seismic Interferometry we studied one of its fundamental equations by means of the Stationary Phase method, in a very simple geometry: a flat dip reflector. After this we applied the interferometric equation of correlation type to create new virtual traces (interferometric traces) using a synthetic dataset. The results showed the good potential of interferometric interpolation / Mestrado / Reservatórios e Gestão / Mestre em Ciências e Engenharia de Petróleo

This thesis reports the calibration, imaging and analysis of one epoch of VLBA observations of the 1612 MHz OH maser emission from the protoplanetary nebula OH 0.9+1.3. These are the first polarisation VLBI observations of this source and the spatial morphology of the OH emission is resolved on this scale. Proto-planetary nebulae represent the transition phase in the evolution of stars between the asymptotic giant branch (AGB) phase and their emergence as planetary nebulae. A long-standing astronomical question is how the predominantly spherical circumstellar envelopes of AGB stars evolve into the bipolar and axisymmetric structures that are commonly observed in planetary nebula. Proto-planetary nebulae offer a unique opportunity to study this transformation process. The high-resolution VLBI maps produced in this thesis were used to investigate the morphology and kinematics of OH 0.9+1.3 with a view to gaining insight into the development of asymmetries in the circumstellar material. The OH maser emission of OH 0.9+1.3 has a double-peaked profile with one peak blue-shifted and the other red-shifted with respect to the stellar velocity. The total intensity maser maps demonstrate a considerable degree of asymmetry with the blue- and red-shifted emission located in spatially distinct regions of the envelope. The blue-shifted emission is distributed preferentially along an axis at a projected position angle of » 135± ( North through East). The morphology of this source is not consistent with the standard symmetric thin-shell model and an attempt to fit the traditional OH/IR kinematic model of a simple expanding shell to the maser components was found to be unsatisfactory. No definitive evidence of a bipolar outflow was observed either. The high degree of asymmetry observed in the source is consistent with its status as a proto-planetary nebula. The source was imaged in all four Stokes parameters and the fractional linear and circular polarisations of the maser components were derived from the Stokes parameter maps. In all except one of the components the total fractional polarisation was found to be low ( < 15%). The mean fractional linear and circular polarisation were calculated to be 5.54% and 7.11% respectively. The absence of an identifiable Zeeman pair in the Stokes V map prohibited the estimation of the magnetic field in the circumstellar envelope of this source.

This thesis reports the results of an investigation into techniques for the calibration and imaging of spectral line polarization observations in Very Long Baseline Interferometry (VLBI). A review is given of the instrumental and propagation effects which need to be removed in the course of calibrating such obervations, with particular reference to their polarization dependence. The removal of amplitude and phase errors and the determination of the instrumental feed response is described. The polarization imaging of such data is discussed with particular reference to the case of poorly sampled cross-polarization data. The software implementation of the algorithms within the Astronomical Image Processing System (AlPS) is discussed and the specific case of spectral line polarization reduction for data observed using the MK3 VLBI system is considered in detail. VLBI observations at two separate epochs of the 1612 MHz OH masers towards the source IRC+ 10420 are reduced as part of this work. Spectral line polarization maps of the source structure are presented, including a discussion of source morphology and variability. The source is sigmficantly circularly polarized at VLBI resolution, but does not display appreciable linear polarization. A proper motion study of the circumstellar envelope is presented, which supports an ellipsoidal kinematic model with anisotropic radial outflow. Kinematic modelling of the measured proper motions suggests a distance to the source of ~ 3 kpc. The cirumstellar magnetic field strength in the masing regions is determined as 1-3 mG, assuming Zeeman splitting as the polarization mechanism.

The aim of this thesis is to perform observational tests of SiO maser polarisation and excitation models, using component-level comparisons of multiple SiO maser transitions in the 43 GHz and 86 GHz bands at milliarcsecond resolution. These observations reqwre very long baseline interferometric imaging with very accurate polarimetric calibration. The supergiant star VY CMa was chosen as the object of this study due to its high SiO maser luminosity, many detected SiO maser lines, and intrinsic scientific interest. Two epochs of full-polarisation VLBA observations of VY CMa were performed. The Epoch 2 observations were reduced using several new data reduction methods developed as part of this work, and designed specifically to improve the accuracy of circular polarisation calibration of spectral-line VLBI observations at millimetre wavelengths. The accuracy is estimated to be better than 1% using these methods. The Epoch 2 images show a concentration of v= l and v=2 J= 1-0 SiO masers to the east and northeast of the assumed stellar position. The v=l J=2-1 masers were more evenly distributed around the star, with a notable lack of emission in the northeast. There is appreciable spatial overlap between these three lines. The nature of the overlap is generally consistent with the predictions of hydrodynamical circumstellar SiO maser simulations. Where the v=l J = 1-0 and J =2-1 features overlap, the v=l J = 2-1 emission is usually considerably weaker. This is not predicted by current hydrodynamical models, but can be explained in the context of collisional pumping in a low density environment. Six observational tests of weak-splitting maser polarisation models were performed, including intercomparisons of linear polarisation in the v=l J=1-0 and J=2-1lines, linear polarisation versus saturation level, linear polarisation versus distance from the star, circular polarisation in the v= l J = 1-0 and J=2-1 lines, circular versus linear polarisation and modeling of ~ 900 electric-vector position angle rotations. The polarisation model tests generally do not support non-Zeeman circular polarisation mechanisms. For the linear polarisation tests, the results are more consistent with models that predict similar linear polarisation across transitions. The scientific importance of these tests is described in detail and avenues for future work are described.

This work shows how legacy and novel radio Interferometry software packages and algorithms can be combined to produce high-quality reductions from modern telescopes, as well as end-to-end simulations for upcoming instruments such as the Square Kilometre Array (SKA) and its pathfinders. We first use a MeqTrees based simulations framework to quantify how artefacts due to direction-dependent effects accumulate with time, and the consequences of this accumulation when observing the same field multiple times in order to reach the survey depth. Our simulations suggest that a survey like LADUMA (Looking at the Distant Universe with MeerKAT Array), which aims to achieve its survey depth of 16 µJy/beam in a 72 kHz at 1.42 GHz by observing the same field for 1000 hours, will be able to reach its target depth in the presence of these artefacts. We also present stimela, a system agnostic scripting framework for simulating, processing and imaging radio interferometric data. This framework is then used to write an end-to-end simulation pipeline in order to quantify the resolution and sensitivity of the SKA1-MID telescope (the first phase of the SKA mid-frequency telescope) as a function of frequency, as well as the scale-dependent sensitivity of the telescope. Finally, a stimela-based reduction pipeline is used to process data of the field around the source 3C147, taken by the Karl G. Jansky Very Large Array (VLA). The reconstructed image from this reduction has a typical 1a noise level of 2.87 µJy/beam, and consequently a dynamic range of 8x106:1, given the 22.58 Jy/beam flux Density of the source 3C147.