Thesis (Ph. D.)--University of New South Wales, 2004. / Also available online.

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Thesis (M.S.)--University of Florida, 2002. / Title from title page of source document. Includes vita. Includes bibliographical references.

Thesis (Ph. D.)--University of Florida, 2005. / Title from title page of source document. Document formatted into pages; contains 125 pages. Includes vita. Includes bibliographical references.

Multi-Object Adaptive Optics (MOAO) is an adaptive optics technique being developed for Extremely Large Telescopes that will allow simultaneous observation of approximately 20 targets in a several arc-minute field of regard. Raven is an MOAO pathfinder developed by the Adaptive Optics Laboratory of the University of Victoria, in collaboration with the National Research Council of Canada and the Subaru Telescope. It will be the first MOAO instrument on a 8-m class telescope, will demonstrate that MOAO technical challenges such as open-loop control and calibration are achievable on-sky and will deliver science results using three natural guide stars and two science arms on ∼ 3.5′ field-of-regard. The open-loop approach makes the need for calibration even more crucial. An important part of the calibration process resides in the misregistration of the wavefront sensors (WFSs) with the deformable mirrors (DMs) because the sensing elements are located before the correcting ones. This problem is solved using a cal- ibration DM seen by all WFSs in the system that permits the open-loop WFS to be registered to the science DMs. The method developed in this thesis registers the position of the DM actuators to the WFSs and gives misregistration values. These results are then used to better align the instrument, to have a better knowledge of the positions of the different optical components and generate new ways to perform the AO correction. Using the registration parameters results, synthetic interaction matrices are created in order to improve the AO correction. Calibration tests are also presented in this thesis. They show complementary tests to the expected requirements to expand the knowledge of the calibration unit behaviour. / Graduate / 0548 / 0752 / lpham@uvic.ca

Os transformadores para instrumentos (TIs) são equipamentos essenciais para a realização das funções de medição e de proteção nos sistemas elétricos de potência. O mau funcionamento dos TIs nos sistemas de proteção pode provocar tanto atuações indevidas como falhas de operação e, em ambos os casos, acarretará prejuízos à concessionária ou a terceiros, podendo, ainda, serem gerados danos materiais ou pessoais. Quando os transformadores de corrente (TCs) ou de potencial (TPs) estão instalados em sistemas de medição para faturamento e não funcionam com a precisão necessária, milhares ou milhões de reais podem ser perdidos por ano, seja por quem vende a energia, seja por quem a compra. O presente estudo, analisa a viabilidade (ou possibilidade) da utilização de TIs ópticos no sistema elétrico de potência brasileiro. Foram realizados comparativos técnicos e econômicos entre os TIs convencionais e os ópticos, sendo que no aspecto econômico são analisadas situações em que maus funcionamentos (ou falhas) dos TIs convencionais podem causar prejuízos às concessionárias. São apresentados levantamentos de dados indicativos das quantidades de TIs em uso e dos preços de aquisição desses equipamentos. Também é apresentado o resultado de uma enquete que avaliou o grau de familiaridade que os engenheiros do setor elétrico brasileiro tem com a tecnologia de TIs ópticos. O trabalho apurou que os TIs ópticos demonstram superioridades técnicas e econômicas frente aos TIs convencionais, mas que, para que eles sejam utilizados mais amplamente nas subestações, além de uma maior divulgação dos mesmos por parte de seus fabricantes, ainda são necessários esforços de adaptação e/ou aplicação de novas tecnologias que facilitem a conexão dos TIs ópticos aos sistemas de proteção e medição em uso. O trabalho indica também que esse problema, no futuro, deverá ser eliminado com a natural modernização das subestações e com a implantação de redes de comunicação aderentes à norma IEC 61850-9-2. / The instruments transformers (ITs) are essential equipment to perform the measurement and protection functions in electrical power systems. The malfunctioning of ITs in protection systems can cause undue actuations as well as operation failures and, in both cases, the utilities or third parties will face financial losses and, also, personal or material damages can be generated. When current transformers (CTS) or potential transformers (PTs) are used for revenue metering applications and do not work with the necessary precision, thousands or millions of reais may be lost per year, either by those who sell energy, or by whom purchase it. This study examines the viability of optical ITs applications in brazilian electric power systems. Technical and economical comparisons between conventional and optical ITs were carried out, and economic aspects of situations in which malfunctions (or failures) of conventional ITs can cause financial losses to utilities are discussed. Data about quantities and prices of conventional ITs in use in Brazil are shown. Also, results of a research evaluating the familiarity of engineers working in electric power utilities with the optical ITs technology are presented. The study found that optical ITs have shown technical and economical superiorities over conventional ITs, but, in order to be widely used in substations there are still needed adaptation efforts and/or application of new technologies that facilitate the connection of optical ITs to protection and measurement systems already in use. The present work also indicates that this problem, in the future, should be eliminated by natural modernization of substations and the installation of communication networks compliant to the IEC 61850-9-2 standard.

Os metais nobres são admirados desde as culturas mais antigas por sua capacidade de refletir a luz. Com os desenvolvimentos na área da nanotecnologia se pode entender um pouco mais sobre a interação entre a luz e estes metais. Devido a esta interação foi criada a Plasmônica e a partir dela começaram os estudos acerca dos plasmons de superfície (SP). Estes estudos vêm gerando inúmeros desenvolvimentos nas pesquisas de gravação magneto-ótica, microscopia, detectores moleculares biológicos entre outras. Como os SPs são ondas evanescentes, eles precisam ser observados em campo próximo. Com o intuito de observar e compreender a propagação destes SPs foi utilizado um microscópio ótico de varredura em campo próximo (SNOM). Para isto, o SNOM foi adaptado para operar em modo de transmissão. A sonda do SNOM serviu de coletora de luz para que a partir de imagens óticas em amostras de Ag e Au pudéssemos caracterizar a propagação destes SPs na superfície do material e também a sua dependência com a distância de detecção. Os resultados mostraram que a propagação do SP é maior que 70m e a intensidade do SP na superfície do metal depende fortemente da rugosidade da amostra e de possíveis defeitos. Foi possível ainda estimar a que distância a partir da superfície da amostra, em que o SP decai para 1/e. Este resultado está de acordo com o esperado teoricamente, que prevê para a distância de propagação do SP, o valor de 420nm. Através do SP ainda foi possível analisar defeitos existentes na amostra. E pelas imagens topográficas do SNOM também foi possível observar os grãos de Ag e Au da amostra. Em posse destes resultados pudemos concluir que o SNOM é uma ótima ferramenta para a análise dos plasmons de superfície. / The noble metals are largely admired since ancient cultures because of its capability to reflect light. With the development of nanotechnology it is possible now to understand the interaction between these metals and light. Due to this strong interaction, the Plasmonic area was created and the studies on Surface Plasmons(SP) started. These studies are responsible for important new developments in magneto-optical recording, new optical microscopy apparatus, molecular biological sensors, among others. As SPs are evanescent waves, they need to be observed in near-field optics. For the observation and study of the propagation of these SPs a scanning near-field optical microscope (SNOM) was used. The SNOMs probe was used in collection mode so that we could characterize the propagation of SPs in the material surface and the dependence with the distance of detection in air, for thin films of Ag and Au. The results showed that the propagation of the SP inside the metallic film is beyon 70m. And the SPs intensity in the metal surface is strongly dependent on the roughness of the sample. It was also possible to estimate the distance from the samples surface the SP decay to 1/e. Our measurements agree to the theoretical calculation of 420nm for this distance. The SP made it possible to analyze existing defects on the sample. Furthermore, with the SNOM topographical images it was also possible to observe the grains of the policrystalline Ag and Au samples. From these results we could conclude that the SNOM is a very useful tool for the analysis of surface plasmons in thin films.

Os transformadores para instrumentos (TIs) são equipamentos essenciais para a realização das funções de medição e de proteção nos sistemas elétricos de potência. O mau funcionamento dos TIs nos sistemas de proteção pode provocar tanto atuações indevidas como falhas de operação e, em ambos os casos, acarretará prejuízos à concessionária ou a terceiros, podendo, ainda, serem gerados danos materiais ou pessoais. Quando os transformadores de corrente (TCs) ou de potencial (TPs) estão instalados em sistemas de medição para faturamento e não funcionam com a precisão necessária, milhares ou milhões de reais podem ser perdidos por ano, seja por quem vende a energia, seja por quem a compra. O presente estudo, analisa a viabilidade (ou possibilidade) da utilização de TIs ópticos no sistema elétrico de potência brasileiro. Foram realizados comparativos técnicos e econômicos entre os TIs convencionais e os ópticos, sendo que no aspecto econômico são analisadas situações em que maus funcionamentos (ou falhas) dos TIs convencionais podem causar prejuízos às concessionárias. São apresentados levantamentos de dados indicativos das quantidades de TIs em uso e dos preços de aquisição desses equipamentos. Também é apresentado o resultado de uma enquete que avaliou o grau de familiaridade que os engenheiros do setor elétrico brasileiro tem com a tecnologia de TIs ópticos. O trabalho apurou que os TIs ópticos demonstram superioridades técnicas e econômicas frente aos TIs convencionais, mas que, para que eles sejam utilizados mais amplamente nas subestações, além de uma maior divulgação dos mesmos por parte de seus fabricantes, ainda são necessários esforços de adaptação e/ou aplicação de novas tecnologias que facilitem a conexão dos TIs ópticos aos sistemas de proteção e medição em uso. O trabalho indica também que esse problema, no futuro, deverá ser eliminado com a natural modernização das subestações e com a implantação de redes de comunicação aderentes à norma IEC 61850-9-2. / The instruments transformers (ITs) are essential equipment to perform the measurement and protection functions in electrical power systems. The malfunctioning of ITs in protection systems can cause undue actuations as well as operation failures and, in both cases, the utilities or third parties will face financial losses and, also, personal or material damages can be generated. When current transformers (CTS) or potential transformers (PTs) are used for revenue metering applications and do not work with the necessary precision, thousands or millions of reais may be lost per year, either by those who sell energy, or by whom purchase it. This study examines the viability of optical ITs applications in brazilian electric power systems. Technical and economical comparisons between conventional and optical ITs were carried out, and economic aspects of situations in which malfunctions (or failures) of conventional ITs can cause financial losses to utilities are discussed. Data about quantities and prices of conventional ITs in use in Brazil are shown. Also, results of a research evaluating the familiarity of engineers working in electric power utilities with the optical ITs technology are presented. The study found that optical ITs have shown technical and economical superiorities over conventional ITs, but, in order to be widely used in substations there are still needed adaptation efforts and/or application of new technologies that facilitate the connection of optical ITs to protection and measurement systems already in use. The present work also indicates that this problem, in the future, should be eliminated by natural modernization of substations and the installation of communication networks compliant to the IEC 61850-9-2 standard.

Os metais nobres são admirados desde as culturas mais antigas por sua capacidade de refletir a luz. Com os desenvolvimentos na área da nanotecnologia se pode entender um pouco mais sobre a interação entre a luz e estes metais. Devido a esta interação foi criada a Plasmônica e a partir dela começaram os estudos acerca dos plasmons de superfície (SP). Estes estudos vêm gerando inúmeros desenvolvimentos nas pesquisas de gravação magneto-ótica, microscopia, detectores moleculares biológicos entre outras. Como os SPs são ondas evanescentes, eles precisam ser observados em campo próximo. Com o intuito de observar e compreender a propagação destes SPs foi utilizado um microscópio ótico de varredura em campo próximo (SNOM). Para isto, o SNOM foi adaptado para operar em modo de transmissão. A sonda do SNOM serviu de coletora de luz para que a partir de imagens óticas em amostras de Ag e Au pudéssemos caracterizar a propagação destes SPs na superfície do material e também a sua dependência com a distância de detecção. Os resultados mostraram que a propagação do SP é maior que 70m e a intensidade do SP na superfície do metal depende fortemente da rugosidade da amostra e de possíveis defeitos. Foi possível ainda estimar a que distância a partir da superfície da amostra, em que o SP decai para 1/e. Este resultado está de acordo com o esperado teoricamente, que prevê para a distância de propagação do SP, o valor de 420nm. Através do SP ainda foi possível analisar defeitos existentes na amostra. E pelas imagens topográficas do SNOM também foi possível observar os grãos de Ag e Au da amostra. Em posse destes resultados pudemos concluir que o SNOM é uma ótima ferramenta para a análise dos plasmons de superfície. / The noble metals are largely admired since ancient cultures because of its capability to reflect light. With the development of nanotechnology it is possible now to understand the interaction between these metals and light. Due to this strong interaction, the Plasmonic area was created and the studies on Surface Plasmons(SP) started. These studies are responsible for important new developments in magneto-optical recording, new optical microscopy apparatus, molecular biological sensors, among others. As SPs are evanescent waves, they need to be observed in near-field optics. For the observation and study of the propagation of these SPs a scanning near-field optical microscope (SNOM) was used. The SNOMs probe was used in collection mode so that we could characterize the propagation of SPs in the material surface and the dependence with the distance of detection in air, for thin films of Ag and Au. The results showed that the propagation of the SP inside the metallic film is beyon 70m. And the SPs intensity in the metal surface is strongly dependent on the roughness of the sample. It was also possible to estimate the distance from the samples surface the SP decay to 1/e. Our measurements agree to the theoretical calculation of 420nm for this distance. The SP made it possible to analyze existing defects on the sample. Furthermore, with the SNOM topographical images it was also possible to observe the grains of the policrystalline Ag and Au samples. From these results we could conclude that the SNOM is a very useful tool for the analysis of surface plasmons in thin films.

The work reported in this thesis has been carried out in the following two areas of Optical metrology: 1. Measurement and correction of prism angles 2. Measurement of refractive indices using a spectrograph. The prism angles are conventionally tested by mechanical bevel protractors, autocol-limators (angle dekkors), simple interference techniques and interferometers. All these methods have their own limitations either in accuracy or in terms of cost. Mechanical methods are usually employed to measure the angles of prisms. Interference techniques and interferometers are also used but they need optically polished components. For both mechanical and simple interference methods of testing, it is essential to fabricate more than a single component in number. The process of building interferometers or purchasing interferometers, angle dekkors and standard angle gauges is not cost effective for many research laboratories, and medium scale industries. To overcome these difficulties simple and inexpensive methods without sacrificing the accuracy in the bargain are suggested for the measurement of prism angles, based on the principles of reflection of light. The refractive indices of prism materials for invisible and weaker spectral lines are usually determined from spectrograms using dispersion formulae and numerical interpolation techniques. In these methods, the accuracy of the results depends on the accuracy of determining the constants of the dispersion formulae. A simple experimental technique, using a spectrograph, is devised for the measurement of refractive indices of solids and liquids both for visible and invisible spectral lines (wavelengths). The thesis has been divided into six chapters. The first chapter starts with the general introduction. The second chapter presents the literature review of the existing methods for angle and refractive index measurements. The third chapter describes the proposed new techniques for prism angle measurements. The fourth chapter presents the experimental results of angle measurements, and the discussion of the accuracy of the results. This chapter also gives the scope for further research. The fifth chapter describes a newly proposed technique for measuring refractive indices and the experimental results. This chapter also gives the scope for further research. The summary of the results, conclusions, and suggestions for further work are presented in chapter six.