Orientador: Jose Roberto de França Arruda / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Campinas / Made available in DSpace on 2018-07-14T19:55:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Meirelles_PabloSiqueira_M.pdf: 2209585 bytes, checksum: b84ab0d0713d63101d8b5830a09d5824 (MD5) Previous issue date: 1989 / Resumo: Este trabalho analisa as potencialidades e limitações de um método para a simulação de vibra,ões em estruturas. Com este propósito, foram efetuadas simulações em computador do comportamento Dinâmico de estruturas, lineares ou não, e aplicou-se o método proposto para determinar as excitações que, se aplicadas na estrutura provocariam respostas pré-determinadas na mesma. Estas experiências foram efetuadas para estruturas de 2 e 4 graus de liberdade simuladas mediante um integrador que utiliza o método de Newmark, nas quais foram introduzidas não linearidades do tipo atrito de Coulomb, amortecimento proporcional ao quadrado da diferença de velocidade entre suas extremidades (amortecimento quadrático) e rigidez proporcional ao quadrado da variação da distância entre as suas extremidades (rigidez quadrática). Para dar maior consistência aos resultados obtidos, foi montado um protótipo experimental simples, constituído por duas massas espaçadas por molas/amortecedores de borracha (não lineares), e no qual é possível alterar a influência das não-linearidades mudando o aperto de parafusos que fazem a ligação entre as duas peças. Neste protótipo foram efetuadas várias experiências com objetivo de mostrar a aplicabilidade do método na prática. As experiências efetuadas podem ser resumidas na obtenção dos sinais de excitação que conduzem a respostas semelhantes às obtidas no protótipo quando este é submetido a diversas solicitações (bati da, seqüência de batidas, balançando aleatoriamente) e com diversas intensidades. Também foram alteradas as características de não linearidade do protótipo mudando o aperto dos parafusos de regulagem ¿Observação: O resumo, na íntegra poderá ser visualizado no texto completo da tese digital. / Abstract: In this work, the possibilities and limitations of a method for the experimental simulation of vibrations on structures the laboratory are investigated. The method consists of determining the excitation forces that will make the structure vibrate in a predetermined way, which is usually the vibration measured "in situ" under normal or special operation conditions. Numerically simulated data are used to investigate the method The dynamic responses of linear and non-linear structures of 2 and 4 degrees of freedom are simulated. Different types of non-linear models are used, e. g. Coulomb damping, quadratic damping and quadratic stiffness ...Note: The complete abstract is available with the full electronic digital thesis or dissertations. / Mestrado / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Newton Cesário Frateschi / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-28T23:46:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Rezende_GuilhermeForniasMachadode_M.pdf: 3592220 bytes, checksum: e91127c5e777f7e4dfeeff9c5257f907 (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: Microrressonadores óticos são blocos fundamentais para a integração fotônica. A busca por transmissão de sinais cada vez mais rápidos (atualmente, em dezenas de Gbps) faz com que novos projetos de combinações topológicas entre microanéis sejam exigidos constantemente. Quando aplicados ao processamento de sinais fotônicos, as características de um microrressonador ¿ a saber, espaçamento espectral livre, fator de qualidade e finesse ¿ costumam funcionar como figuras de mérito para avaliar sua capacidade de processamento, filtragem e modulação. Uma estratégia para o aumento da densidade espectral de resposta de transmissão utilizada neste trabalho consiste em acoplar microanéis menores no interior de um maior, mantendo-se o tamanho compacto original do ressonador maior. Neste trabalho, elaboramos uma ferramenta de projeto objetivando prever e descrever as características espectrais deste tipo de dispositivo. Para tanto, foram utilizados o Método de Matriz de Espalhamento, a Teoria de Modos Acoplados e a generalização e sistematização da Regra de Mason para o Ganho de Grafos Direcionais. Nossa ferramenta permite compreender as diferentes combinações de caminhos óticos executados pela luz no interior das cavidades, resolve analiticamente o espectro de transmissão de microanéis acoplados e providencia uma análise da potência ótica no interior de cada cavidade, provendo uma comparação eficiente com os resultados da Teoria de Modos Acoplados. Comparando as previsões teóricas com medidas de caracterização de dispositivos fabricados, encontramos a necessidade de reformulação das ideias dos chamados modos escuros ¿ os quais não são excitados dependendo da forma na qual o sistema é bombeado ¿ para descrição destes sistemas fotônicos / Abstract: Microring resonators are building block for photonic integration. The demand for faster signal transfer (nowadays, in the orders of Gbps) constantly requires new designs of topological combinations between microrings. When applied to photonic signal processing, their characteristics of free spectral range, quality factor and finesse are used as figure of merit in order to evaluate their capacity of processing, filtering and modulation. A strategy for enhancing the spectral density of transmission response, used in this work, consists in coupling smaller microrings inside a bigger one, keeping the original compact size of the bigger resonator unchanged. In this work, we elaborated a design tool in order to predict and describe the behavior of spectral characteristics of this kind of device. For that purpose, it was used the Scattering Matrix Method, the Coupled Mode Theory and the generalization and systematization of Mason¿s Rule for the Gain of Directional Graphs. Our tool provides a full understanding of all combinations of optical path inside the cavities, solve analytically the transmission spectrum of the coupled microrings and provides an optical power analysis inside each cavity, implying an efficient comparison with the results of Coupled Mode Theory. By comparing theoretical predictions with the measurements of characterization of fabricated devices, we found the necessity of reformulation of the ideas of the so-called dark states ¿ those which are not excited depending the way the system is pumped ¿ for describing theses photonic systems / Mestrado / Física / Mestre em Física / 131434-6/2013 / CNPQ

Dissertação (mestrado) - Pontifícia Universidade Católica do Paraná, Curitiba, 2006 / Inclui bibliografia / Objetivo principal deste trabalho foi o desenvolvimento de um modelo matemático obtido por elementos finitos que represente a interação veiculo - ponte (VBI) em análises dinâmicas de pontes que suportam cargas veiculares móveis com velocidades quaisquer. / The main objective of this work is the development of a finite element for modeling the vehicle-bridge interaction (VBI) in dynamic bridge analysis subjected to moving loads with any speed. The developed model, as proposed by Yang & Yau (1997), considers

Orientador: Gustavo Silva Wiederhecker / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-09-02T10:33:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Luiz_GustavoDeOliveira_D.pdf: 5507367 bytes, checksum: 506db63a5a93a33d67a84dbb1f7b33ce (MD5) Previous issue date: 2017 / Resumo: Nas últimas décadas a optomecânica de microcavidades chamou a atenção de cientistas e engenheiros, que encontraram na interação entre luz e ondas acústicas aplicações que variam de sensores de massa com resolução atômica, até a preparação de estados quânticos de osciladores harmônicos mesoscópicos, passando por simuladores quânticos, filtros ópticos controláveis opticamente, criação de estados topológicos para luz e fônons, apenas citando alguns exemplos. Apesar das diversas demonstrações de vários dispositivos, sendo discos e cristais fotônicos os formatos mais comuns, há ainda um grande esforço no sentido de aperfeiçoá-los reduzindo perdas ópticas e mecânicas e suprimindo outros fenômenos de óptica não-linear, como absorção de dois fótons, que podem impedir seu funcionamento apropriado. Como ressonadores ópticos e mecânicos tipicamente compartilham a mesma estrutura nestes dispositivos, seus projetos são acoplados, dificultando o aprimoramento independente de cada um. Nesta tese usamos dispositivos optomecânicos de campo próximo, cuja interação entre modos mecânicos e ópticos se dá através do campo evanescente do último, para desacoplar o projeto mecânico do óptico, o que nos permitiu estudar a otimização do ressonador mecânico sem qualquer efeito sobre a cavidade óptica. Com um ressonador mecânico de silício composto por dois osciladores acoplados, pudemos demonstrar que o correto equilíbrio das massas de cada oscilador é um método simples e eficiente para suprimir as perdas devido à radiação de energia mecânica para o substrato na escala de frequência de 50 MHz. Este processo permitiu que fatores de qualidade limitados por perdas relacionadas ao material e à superfície, da ordem de 10 mil à temperatura ambiente e de 50 mil a aproximadamente 25 K, fossem obtidos. Também observamos nestes dispositivos o fenômeno de auto-pulsação, que apresenta uma dinâmica própria tão interessante quanto a optomecânica, apesar de impedir a operação apropriada dos osciladores optomecânicos. Estudamos este fenômeno separadamente e demonstramos que estes pulsos, ocorrendo em duas cavidades ópticas acopladas por seus campos evanescentes, podem sincronizar com o campo óptico sendo o único intermediador. Ambas as demonstrações têm implicações importantes, abrindo caminho para o desenvolvimento de novas plataformas de interesse tanto científico quanto tecnológico, como estruturas para o estudo de estados topológicos para a luz e para ondas acústicas e geradores de sinal de radio-frequência de alto desempenho. Além disso, os dispositivos foram todos produzidos em uma fábrica comercial, o que também demonstra que sua fabricação está pronta para ser escalada para produção em massa / Abstract: Cavity optomechanics in the micro-scale has attracted the attention of scientists and engineers on the last few decades, who encountered applications to the interaction of light and acoustic waves ranging from atomic resolution mass sensors to the preparation of quantum states of mesoscopic harmonic oscillators, passing by quantum simulators, optically controllable optical filters, formation of topological states for both photons and phonons, just to mention a few examples. Although various devices have been demonstrated, with disks and photonics crystals being the most common designs, there is still a large effort to improve them by reducing optical and mechanical losses and suppressing other non-linear phenomena, such as two-photon absorption, that may affect their proper operation. Because optical and mechanical resonators typically share the same structure in these devices, their designs are coupled, which complicates the independent improvement of each one. In this thesis we used near-field optomechanical devices, whose mechanical modes interact with the optical through the latter¿s evanescent field, to decouple the mechanical design from the optical, what allowed us to focus all attention on the mechanical resonator. With a silicon mechanical resonator composed of two coupled oscillators, we could demonstrate that the correct balance of the masses of the oscillators is an efficient and simple way to suppress losses due to energy radiation to the substrate at the 50 MHz frequency range. This strategy led to material and surface limited quality factors close to 10k at room temperature and 50k at approximately 25 K. We also observed the phenomenon of self-pulsing in these devices, which presents dynamics as interesting as the optomechanical interactions do, in spite of being a problem for the proper operation of the optomechanical devices. We studied this phenomenon separately and demonstrated that these pulses, when occurring in two evanescently coupled optical cavities, may synchronize with the optical field being the sole intermediary. These two demonstrations have important implications, paving the way for new platforms of scientific and technological interest, such as structures for the study of topological states for both light and acoustic weaves as well as high efficiency radio-frequency signal generators. Moreover, these devices were all fabricated in a commercial foundry, which also demonstrates that the fabrication of such technology is ready to be scaled up to mass production / Doutorado / Física / Doutor em Ciências / 153044/2013-6 / CNPQ

Orientador: Renato Pavanello / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-23T16:29:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 PaucarCasas_WalterJesus_D.pdf: 11209231 bytes, checksum: ed76027cff17f4a62e9dfcff2f0e03d2 (MD5) Previous issue date: 1998 / Resumo: Neste trabalho desenvolveram-se metodologias para a obtenção de formas ótimas em sistemas vibroacústicos acoplados, via mudança de parâmetros geométricos, usando a análise de sensibilidade e ferramentas de programação não linear. As equações matriciais do problema são determinadas com o método dos elementos finitos, e expostas de forma a se tornarem dependentes dos parâmetros estruturais. Uma formulação não simétrica em deslocamento da estrutura e pressão do fluido é utilizada para descrever o sistema. Obtidas as freqüências e modos próprios para um conjunto de parâmetros, executa-se o processo de otimização usando a análise de sensibilidade modal. O objetivo é maximizar o afastamento de freqüências naturais adjacentes, ou diminuir a resposta numa região do sistema para uma faixa predefinida de freqüências de excitação, modificando para isso os parâmetros de forma. O efeito do amortecimento proporcional é incluído na modelagem. Os resultados obtidos são validados a partir de soluções numéricas disponíveis na literatura. A utilização da predição modal no processo de otimização também é analisada. A implementação da metodologia desenvolvida encontra aplicação, por exemplo, na melhora do conforto vibroacústico / Abstract: In this research some methodologies for obtaining optimal forms in coupled vibroacoustic problems are developed, through geometrical parameter changing, using sensitivity analysis and non linear programming tools. The matrix equations of the problem are determined through the finite element method, and then put in such a form that they become functions of the structural parameters. A non symmetrical formulation in structural displacement and tluid pressure is used to describe the system. Once the natural frequencies and modes for a set of parameters are found, the optimization process is conducted using the modal sensitivity analysis. The objective is either to maximize the gap between some adjacent natural frequencies,or to minimizethe frequency response in a specific region of the system for one set of excitation frequencies.This is done by modifying the shape parameters. The effect of proportional damping is included in the model. The results are validated with numerical solutions available in the literature. Additional results using the modal prediction in the optimization are also analyzed. The implemented methodology can be applied, for example, in the improvement of the vibroacoustic confort / Doutorado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Doutor em Engenharia Mecânica

Este trabalho visa o projeto, modelagem e fabricação de estruturas multicamadas baseadas em polímeros para aplicações como sensores ópticos integrados. A grande motivação para este trabalho está no fato de que estas estruturas, diferente da geometria Mach-Zehnder, dispensam o uso de litografia pois são completamente planares. Isto permite uma diminuição no custo de fabricação dos dispositivos além de permitir que estruturas mais curtas sejam utilizadas. Em se tratando de óptica integrada, as dimensões reduzidas da estrutura impõem severas penalidades no processo de lançamento de potência óptica na mesma. Por isso, será considerada neste estudo a utilização de prismas para o acoplamento de entrada do acoplador. Esta técnica, além de reduzir drasticamente os problemas de alinhamento decorrentes de acoplamento convencional do tipo \"End Fire\", permite uma transferência de potência óptica superior a 80% entre a fibra e o guia retangular. As variações na transferência de potência entre os guias de ondas da estrutura multicamada serão medidas através de um fotodetetor MSM integrado ao sensor. Este detetor, além de sua extrema facilidade de fabricação e baixos custos, torna o conjunto sensor mais robusto. Em se tratando de uma proposta de plataforma para sensores, serão também investigadas possíveis aplicações para esta estrutura, como por exemplo: refratômetro integrado, sensor de glicose, sensor de adulteração de combustível, etc. A análise das estruturas será efetuada por meio de técnicas de modelagem analíticas (Técnica da Matriz de Transferência - TMT e Teoria de Modos Acoplados - TMA), e numéricas (Método da Propagação de Feixe de Ângulo Largo formulado em Diferenças Finitas - WA-FD-BPM). Esta última permite que a estrutura do fotodetetor seja levada em consideração simultaneamente nas simulações. / This work concerns with design, modeling and fabrication of polymer based planar multilayer structures for integrated optic sensor applications. The motivation for this work is that planar multilayer structures, differently from the Mach-Zehnder geometry, do not require a lithographic process. As a consequence, significantly cheaper and shorter structures can be realized. The reduced dimensions of the structure, by its turn, pose a severe penalty in terms of optical power coupling. Therefore, this investigation will focus primarily on input (and output) prism coupling configuration. This technique, besides reducing the alignment requirements observed for conventional end-fire coupling, allows optical power coupling efficiency as high as 80% from fiber to rectangular waveguide. Any optical power transfer between the waveguides of the multilayer structure will be detected by an MSM photodetector integrated with the sensor. This low cost photodetector, besides improving the structure robustness, is quite ease to fabricate. Since the idea of this work is to develop a platform for integrated optic sensors, it will also be investigated possible applications for this structure, such as: integrated optic refractometer, glucose sensor and fuel adulteration sensor. The analysis of such structures will be carried out by means of analythical (Transfer Matrix Technique-TMT and Coupled Mode Theory-CMT) and numerical (Wide-Angle Finite Difference Beam Propagation Method-WA-FD-BPM) modeling techniques. The WA-FD-BPM technique allows one to simulate the multilayer waveguide and the MSM photodetector simultaneously.

Este trabalho visa o projeto, modelagem e fabricação de estruturas multicamadas baseadas em polímeros para aplicações como sensores ópticos integrados. A grande motivação para este trabalho está no fato de que estas estruturas, diferente da geometria Mach-Zehnder, dispensam o uso de litografia pois são completamente planares. Isto permite uma diminuição no custo de fabricação dos dispositivos além de permitir que estruturas mais curtas sejam utilizadas. Em se tratando de óptica integrada, as dimensões reduzidas da estrutura impõem severas penalidades no processo de lançamento de potência óptica na mesma. Por isso, será considerada neste estudo a utilização de prismas para o acoplamento de entrada do acoplador. Esta técnica, além de reduzir drasticamente os problemas de alinhamento decorrentes de acoplamento convencional do tipo \"End Fire\", permite uma transferência de potência óptica superior a 80% entre a fibra e o guia retangular. As variações na transferência de potência entre os guias de ondas da estrutura multicamada serão medidas através de um fotodetetor MSM integrado ao sensor. Este detetor, além de sua extrema facilidade de fabricação e baixos custos, torna o conjunto sensor mais robusto. Em se tratando de uma proposta de plataforma para sensores, serão também investigadas possíveis aplicações para esta estrutura, como por exemplo: refratômetro integrado, sensor de glicose, sensor de adulteração de combustível, etc. A análise das estruturas será efetuada por meio de técnicas de modelagem analíticas (Técnica da Matriz de Transferência - TMT e Teoria de Modos Acoplados - TMA), e numéricas (Método da Propagação de Feixe de Ângulo Largo formulado em Diferenças Finitas - WA-FD-BPM). Esta última permite que a estrutura do fotodetetor seja levada em consideração simultaneamente nas simulações. / This work concerns with design, modeling and fabrication of polymer based planar multilayer structures for integrated optic sensor applications. The motivation for this work is that planar multilayer structures, differently from the Mach-Zehnder geometry, do not require a lithographic process. As a consequence, significantly cheaper and shorter structures can be realized. The reduced dimensions of the structure, by its turn, pose a severe penalty in terms of optical power coupling. Therefore, this investigation will focus primarily on input (and output) prism coupling configuration. This technique, besides reducing the alignment requirements observed for conventional end-fire coupling, allows optical power coupling efficiency as high as 80% from fiber to rectangular waveguide. Any optical power transfer between the waveguides of the multilayer structure will be detected by an MSM photodetector integrated with the sensor. This low cost photodetector, besides improving the structure robustness, is quite ease to fabricate. Since the idea of this work is to develop a platform for integrated optic sensors, it will also be investigated possible applications for this structure, such as: integrated optic refractometer, glucose sensor and fuel adulteration sensor. The analysis of such structures will be carried out by means of analythical (Transfer Matrix Technique-TMT and Coupled Mode Theory-CMT) and numerical (Wide-Angle Finite Difference Beam Propagation Method-WA-FD-BPM) modeling techniques. The WA-FD-BPM technique allows one to simulate the multilayer waveguide and the MSM photodetector simultaneously.