The transient response of one-dimensional nonuniform dispersive media is studied through the use of numerical techniques for the inversion of the Laplace transforms of the transient signals. The media considered are those in which the permittivity varies in one spatial dimension only and for which an analytical or numerical solution of the wave equation can be obtained. Two numerical techniques for the inversion of Laplace transforms are used, one in which the inverse transform is obtained in terms of a series of generalized Laguerre polynomials and the other in which the inverse is obtained by direct numerical integration of the complex inversion integral. Responses are calculated for the following cases; (a) a uniform isotropic plasma, (b) dielectric media with a piecewise linear variation in permittivity and (c) isotropic cold plasmas with a piecewise linear variation in electron density, for step-modulated and rectangular-pulse-modulated carrier input signals. It is shown that the results for case (a) compare favorably with the known exact solution, for a unit-step-modulated carrier input signal. / Applied Science, Faculty of / Electrical and Computer Engineering, Department of / Graduate

This thesis presents the results for the temperature variation of the Differential Group Delay (DGD) measurements of a Dispersion Compensation Module (DCM) and interprets the results with a theoretical DGD model based on glass viscoelastic properties and estimated values of some of glass parameters. The results of our analysis demonstrate the existence of long birefringence relaxation times on the order of many hours in response to temperature changes. These results could be of significance in interpreting the behavior of optical fiber systems.

This thesis presents the results for the temperature variation of the Differential Group Delay (DGD) measurements of a Dispersion Compensation Module (DCM) and interprets the results with a theoretical DGD model based on glass viscoelastic properties and estimated values of some of glass parameters. The results of our analysis demonstrate the existence of long birefringence relaxation times on the order of many hours in response to temperature changes. These results could be of significance in interpreting the behavior of optical fiber systems.

The diversity of the genus Trichomycterus Valenciennes 1832 in the Rio Doce basin is investigated using conventional and modern morphology and DNA analyses. The work is presented in two Chapters. Chapter One, entitled Diversity of the genus Trichomycterus Valenciennes, 1832 (Siluriforms, Trichomycteridae) in the Rio Doce basin: a systematic study integrating phenotypes, DNA and classical taxonomy integratively analyzes specimens of the genus from the entire Rio Doce drainage and adjacent basins, both from available world-wide collections and from active sampling efforts. A combination of phenotypic and DNA (COI barcoding analysis) provides evidence for the existence of 14 species in the basin, 10 of which are new: T. alternatus Eigenmann, 1917; T. argos Lezama et al., 2012; T. astromycterus sp. nov.; T. barrocus sp. nov.; T. brucutu sp. nov.; T. brunoi Barbosa & Costa, 2010; T. immaculatus (Eigenmann & Eigenmann, 1889)] T. illuvies sp. nov.; T. melanopygius sp. nov.; T. ipatinguensis sp. nov.; T. pussilipygius sp. nov.; T. sordislutum sp. nov.; T. vinnulus sp. nov; and T. tantalus sp. nov. . In addition, a lectotype is designated for T. immaculatus and the species is considered as a senior synonym of Trichomycterus pradensis Sarmento-Soares et al., 2005. Although remarkable, such increase in species number of Trichomycterus in a single drainage matches similar recent increments in some other Southeastern Brazilian basins, such as the Paraíba do Sul and Iguaçu. The kind of differentiation among species herein recognized varies, with some of them being well-differentiated in morphology but not in barcoding data, and others showing the opposite phenomenon. The geographical distribution of each of the 14 species is plotted in the Rio Doce basin. The wide geographical distribution of some species (T. alternatus and T. immaculatus) is explained against data from geomorphological processes and comparative information on their biology. Chapter two, The type specimens of Trichomycterus alternatus (Eigenmann, 1917) and T. zonatus (Eigenmann, 1918), with elements for future revisionary work (Teleostei, Siluriformes, Trichomycteridae) focuses on the complex taxonomy, nomenclature and type material status of T. alternatus and T. zonatus. The type series of the two species are analyzed in detail, both in morphology and locality data. Osteological information was obtained with conventional and a new technique of radiographic stereo-triplets. Our new data elucidates their species distinctiveness, diagnostic characteristics, type localities and show that T. zonatus does not occur in the Rio Doce basin. / A diversidade do gênero Trichomycterus Valenciennes 1832 na bacia do Rio Doce é investigada utilizando métodos convencionais e modernos em análises morfológicas e moleculares. Os resultados desta dissertação são apresentados em dois capítulos. Capítulo um, intitulado Diversity of the genus Trichomycterus Valenciennes, 1832 (Siluriforms, Trichomycteridae) in the Rio Doce basin: a systematic study integrating phenotypes, DNA and classical taxonomy examinou espécimes pertencentes a este gênero encontrados no Rio Doce e em bacias adjacentes disponíveis em coleções nacionais e internacionais e coletados durante esta dissertação. O conjunto de dados obtidos através de análises morfológicas e moleculares (COI, DNA barcoding) revelou a existência de 14 espécies na bacia do Rio Doce, das quais 10 novas: T. alternatus Eigenmann, 1917; T. argos Lezama et al., 2012; T. astromycterus sp. nov.; T. barrocus sp. nov.; T. brucutu sp. nov.; T. brunoi Barbosa & Costa, 2010; T. immaculatus (Eigenmann & Eigenmann, 1889)] T. illuvies sp. nov.; T. melanopygius sp. nov.; T. ipatinguensis sp. nov.; T. pussilipygius sp. nov.; T. sordislutum sp. nov.; T. vinnulus sp. nov; and T. tantalus sp. nov. Além disso, é designado um lectótipo para T. immaculatus, espécie aqui proposta como sinônimo sênior de Trichomycterus pradensis Sarmento-Soares et al., 2005. O acentuado incremento em número de espécies de Trichomycterus para uma única bacia segue um padrão de crescimento em biodiversidade conhecida do gênero para outras drenagens do sudeste brasileiro a exemplo do rio Paraíba do Sul e Iguaçu. Os tipos de diferenciação detectada entre as espécies aqui tratadas variam, com algumas bem corroboradas morfologicamente, porém muito similares ou indiferenciáveis em análise de DNA barcoding, e outras apresentando o fenômeno oposto. As distribuições geográficas de cada uma das 14 espécies são mapeadas com base em todo o material examinado. A ampla distribuição geográfica de algumas espécies (T. alternatus and T. immaculatus) é explicada através de processos geomorfológicos e informações comparativas sobre suas biologias. O capítulo dois, The type specimens of Trichomycterus alternatus (Eigenmann, 1917) and T. zonatus (Eigenmann, 1918), with elements for future revisionary work (Teleostei, Siluriformes, Trichomycteridae) se concentra em esclarecer a complexa taxonomia, nomenclatura e o status do material tipo de T. alternatus e T. zonatus. As séries tipos das duas espécies foram minuciosamente analisadas tanto para morfologia como para suas respectivas localidades de proveniência. Informações osteológicas foram obtidas através de técnicas de radiografia convencionais e uma nova metodologia chamada stereo triplets. Os dados obtidos corroboram as respectivas espécies como distintas, e permitem uma avaliação precisa de seus respectivos caracteres diagnósticos e localidades tipo. Também se chegou à conclusão que T. zonatus não ocorre na bacia do Rio Doce.

FundaÃÃo de Amparo à Pesquisa do Estado do Cearà / O presente trabalho apresenta um estudo de resistÃncia à injeÃÃo de carga orgÃnica na zona estuarina de um importante manancial da RegiÃo Metropolitana de Fortaleza, no caso o Rio CocÃ. Para tanto, foi desenvolvido um programa em C++, com a finalidade de simular o escoamento e a dispersÃo de poluentes em um trecho especÃfico do rio, que recebe influÃncia direta da marÃ. Para a simulaÃÃo do escoamento, foi utilizada uma forma das equaÃÃes de Saint Vennant, com as condiÃÃes de contorno apropriadas. Na resoluÃÃo numÃrica foi aplicado um esquema explÃcito de diferenÃas finitas, no caso o de McCormack. Uma vez calculados os perfis temporais do escoamento, a equaÃÃo de AdvecÃÃo-DispersÃo (A-D) foi utilizada, usando um fator de decaimento de 1 ordem, para simular o transporte de massa de DBO (Demanda BioquÃmica de OxigÃnio). O programa desenvolvido aplicou um mÃtodo pseudoespectral com passo de tempo explÃcito. Para a soluÃÃo dos sistemas gerados foi utilizado o algoritmo de Gauss sem condensaÃÃo pivotal. Os resultados encontrados para o escoamento atestam o perfeito ajuste do esquema de McCormack a situaÃÃes de estuÃrio, onde o movimento de marà faz com que o fluxo esteja uma hora em um sentido e em outra hora no sentido oposto. Jà os resultados de A-D demonstraram a sensibilidade dos mÃtodos espectrais Ãs condiÃÃes de contorno impostas. Ao se resolver a equaÃÃo para o trecho em estudo do Rio CocÃ, houve acÃmulo de massa no estuÃrio, indicando que alguma condiÃÃo de contorno de escoamento nÃo era condizente com a realidade. Aplicando-se a resoluÃÃo para um estuÃrio hipotÃtico, dez vezes maior que o considerado, o acÃmulo de massa desapareceu, e resultados ficaram de acordo com a fÃsica do problema. Este fato ratificou a hipÃtese que a condiÃÃo de contorno da interface com o rio (aproximadamente no KM 20) nÃo poderia ser estacionÃria, resultado que està de acordo com o encontrado por Villela (1988). / The present work represents a study of the resistance of the estuarine zone of the Cocà river in Fortaleza, Cearà - Brazil, to the injection of organic pollutant. In order to accomplish this goal a mathematical model was developed and a C++ code was written to solve the model equations. The flow and pollutant dispersion were simulated for a particular section of the Cocà River under tidal influence. The Saint-Vennant equations were solved using boundary conditions appropriated to that situation. The McCormackâs explicit approach was applied to implement a numerical solution of the equations. The mass transport was simulated by an Advection-Dispersion equation using a first order decay. A pseudo-spectral method with explicit time step was applied and the solution of the system of equations was performed by Gauss algorithm without pivot condensation. The results of the McCormackâs approach were reliable to estimate estuary conditions where the flow was influenced by the tidal movement. The results of Advection â Dispersion (A-D) equations have shown that spectral methods were sensible to the boundary conditions of the problem. On the other hands, the results of A-D equations presented a mass retention in the estuarine zone. That fact lets one to believe that the defined boundary conditions to the problem were not appropriated to that situation. Thus, another boundary conditions were defined by using a hypothetical new estuarine zone ten times bigger than the Cocà River estuarine zone. As a result of that change, the mass retention cease to exist, and the problem became physically correct. The Villelaâs (1988) hypothesis on nonstationary behavior of the estuarine zone â Cocà River interface was confirmed.

O presente trabalho realizou simulações meteorológicas e de dispersão de poluentes com fontes de emissão da Região Metropolitana de São Paulo (RMSP) e de Cubatão, entre 23 a 26/08/2006. Neste período ocorreu um experimento de inverno realizado pelo IGC-USP, me- dindo e fazendo a análise elementar de Material Particulado Inalável (diâmetro aerodinâmico médio < 10m, M P 10 ) em Cubatão e em outros dois pontos de amostragem da RMSP (USP e Juquitiba). Empregou-se de modo articulado o modelo meteorológico de mesoescala BRAMS (Brazilian Regional Atmospheric Modelling System) e o modelo lagrangeano estocástico de dispersão de partículas SPRAY. Na área da RMSP considerou-se a dispersão das emissões de Monóxido de Carbono (CO) por veículos, enquanto em Cubatão tomou-se o MP proveniente das fábricas do Polo industrial de Cubatão. Os resultados da simulação de dispersão foram comparados com os valores medidos nas estações da CETESB (Companhia Ambiental do Estado de São Paulo), na estação meteorológica do IAG-USP e no experimento de inverno. O acoplamento BRAMS/SPRAY mostrou boa habilidade para simulação da meteorologia e das concentrações de poluentes. Foi possível discutir o transporte de poluentes entre a RMSP, Cubatão e arredores, durante este período, considerando inclusive um episódio particular ocorrido nos dias 25 e 26/08/2006. / This work performed meteorological and pollutants dispersion simulations using sources of the Metropolitan Area of São Paulo (MASP) and Cubatão city, between 23 and 26 August, 2006. During this period, a wintertime experiment was realized by IGC-USP (Institute of Geosciences - University of São Paulo) to measure and make the elemental analysis of the inhalable particulate matter from Cubatão, USP (In São Paulo, capital of São Paulo State, and MASPs major city) and Juquitiba (a MASPs border limits city). BRAMS/SPRAY (Brazilian Regional Atmospheric Modelling System, and the lagrangean stochastic dispersion Model SPRAY) were coupled to simulate meteorological variables and pollutant concentrations. The vehicular emissions of CO was the source used as input at MASP for SPRAY, and the imput used at Cubatão was the industrial emissions of PM at Cubatão industrial city. The results of the simulations were compared with meteorological data and the concentrations of pollutants measured in the CETESBs stations (CETESB - São Paulos Environmental Agency), at IAGs meteorological station (IAG - Institute for Astronomy, Geophisics and Atmospheric Sciences of University of São Paulo), and in the wintertime experiment stations. BRAMS/SPRAY coupled model showed good skill to simulate meteorological data and the concentrations of pollutants. They enabled the discussion of the pollutants transport between MASP, Cubatão and nearby areas, during studied period, specially a particular episode that took place in August 25 and 26, 2006

O presente trabalho realizou simulações meteorológicas e de dispersão de poluentes com fontes de emissão da Região Metropolitana de São Paulo (RMSP) e de Cubatão, entre 23 a 26/08/2006. Neste período ocorreu um experimento de inverno realizado pelo IGC-USP, me- dindo e fazendo a análise elementar de Material Particulado Inalável (diâmetro aerodinâmico médio < 10m, M P 10 ) em Cubatão e em outros dois pontos de amostragem da RMSP (USP e Juquitiba). Empregou-se de modo articulado o modelo meteorológico de mesoescala BRAMS (Brazilian Regional Atmospheric Modelling System) e o modelo lagrangeano estocástico de dispersão de partículas SPRAY. Na área da RMSP considerou-se a dispersão das emissões de Monóxido de Carbono (CO) por veículos, enquanto em Cubatão tomou-se o MP proveniente das fábricas do Polo industrial de Cubatão. Os resultados da simulação de dispersão foram comparados com os valores medidos nas estações da CETESB (Companhia Ambiental do Estado de São Paulo), na estação meteorológica do IAG-USP e no experimento de inverno. O acoplamento BRAMS/SPRAY mostrou boa habilidade para simulação da meteorologia e das concentrações de poluentes. Foi possível discutir o transporte de poluentes entre a RMSP, Cubatão e arredores, durante este período, considerando inclusive um episódio particular ocorrido nos dias 25 e 26/08/2006. / This work performed meteorological and pollutants dispersion simulations using sources of the Metropolitan Area of São Paulo (MASP) and Cubatão city, between 23 and 26 August, 2006. During this period, a wintertime experiment was realized by IGC-USP (Institute of Geosciences - University of São Paulo) to measure and make the elemental analysis of the inhalable particulate matter from Cubatão, USP (In São Paulo, capital of São Paulo State, and MASPs major city) and Juquitiba (a MASPs border limits city). BRAMS/SPRAY (Brazilian Regional Atmospheric Modelling System, and the lagrangean stochastic dispersion Model SPRAY) were coupled to simulate meteorological variables and pollutant concentrations. The vehicular emissions of CO was the source used as input at MASP for SPRAY, and the imput used at Cubatão was the industrial emissions of PM at Cubatão industrial city. The results of the simulations were compared with meteorological data and the concentrations of pollutants measured in the CETESBs stations (CETESB - São Paulos Environmental Agency), at IAGs meteorological station (IAG - Institute for Astronomy, Geophisics and Atmospheric Sciences of University of São Paulo), and in the wintertime experiment stations. BRAMS/SPRAY coupled model showed good skill to simulate meteorological data and the concentrations of pollutants. They enabled the discussion of the pollutants transport between MASP, Cubatão and nearby areas, during studied period, specially a particular episode that took place in August 25 and 26, 2006

Em tecidos biológicos lesados, a viscoelasticidade é a propriedade física que mais se modifica em relação ao tecido normal. Palpação manual é geralmente usada para identificar estas lesões, tais como nódulos e cistos. Recentemente, vários estudos envolvendo técnicas ultrassônicas e de ressonância magnética, denominadas elastografia, têm sido empregadas para avaliar as propriedades viscoelásticas dessas lesões. Uma das dificuldades neste tipo de estudo está relacionada ao desenvolvimento de simuladores de tecidos biológicos com inclusões equivalentes, uma vez que, essas estruturas lesadas originam-se a partir do próprio tecido biológico. Com base nessas motivações, técnicas quantitativas de elastografia por ressonância magnética e ultrassom foram exploradas para avaliar lesões simuladas em fantomas viscoelásticos. Estas lesões, com diferentes propriedades viscoelásticas, foram geradas no interior de um fantoma usando radiação ionizante. Os fantomas, também conhecidos como gel dosimétrico, foram desenvolvidos a base de pele animal, e irradiados utilizando um sistema de terapia de radiação convencional. Imagens de relaxometria por ressonância magnética (RRM) foram adquiridas nestes fantomas e usadas como referência padrão da dose absorvida e de sua distribuição. Os perfis da distribuição de dose avaliados nessas imagens de RRM e pelo sistema de planejamento radioterápico TPS 3D foram comparados aos de rigidez das imagens elastográficas. O estudo elastográfico nestes fantomas foi realizado utilizando os métodos de Vibroacustografia (VA), Vibrometria por Ultrassom (VU) e Elastografia por Ressonância Magnética (ERM). O segundo objetivo desta tese foi explorar a viabilidade de existência de speckle em imagens de vibroacustografia. Para testar essa idéia, um modelo tridimensional (3D) para a função de espalhamento de ponto (PSF) do sistema de VA foi simulada. O código da simulação foi desenvolvido em ambiente MATLAB e empregando sub-rotinas do programa Field II para simulação numérica dos transdutores. Imagens de ultrassom modo-B (IUSB) e vibroacustografia foram simuladas usando esse modelo de PSF-3D para um transdutor esférico e confocal, respectivamente. Essas IUSB foram simuladas para servir como um parâmetro comparativo com as imagens geradas por VA. As imagens de ultrassom foram exibidas em um plano tomográfico que corresponde ao plano de imagem da VA. As simulações foram realizadas utilizando um cluster de computadores de alto desempenho. Todas as imagens foram simuladas empregando um modelo de fantoma virtual não homogêneo com dimensões de (10 × 10 × 50) mm3. Os resultados preliminares mostraram um padrão de interferência nas imagens de VA, semelhantes à speckles, obtidas empregando o transdutor confocal. Estas imagens foram produzidas a partir de espalhadores localizados no interior do volume da célula de resolução da PSF-3D. / The viscoelasticity of injured biological tissues is the physical property that changes the most in relation to normal tissue. Manual palpation is commonly used to identify these lesions, such as nodules and cysts. Recently, several studies involving ultrasound and magnetic resonance imaging techniques, called elastography, have been employed to assess the viscoelastic properties of these lesions. One difficulty in this type of study is related to the development of biological tissues mimicking materials with similar inclusions, once these injured structures originate from anomalies within the biological tissue. Based on these motivations, quantitative elastographic techniques based on magnetic resonance and ultrasound modalities have been used to assess injuries in viscoelastic mimicking-tissue phantom materials. These lesions, with different viscoelastic properties, were generated within a phantom using ionizing radiation. The phantoms, also known as dosimeter gel, were developed based on animal skin powder, and irradiated using a conventional radiation therapy system. Magnetic resonance relaxometry images (MRR) were acquired in these phantoms, and were used as absorbed dose standard reference and its distribution. The estimated dose distribution profiles from these images and the ones provided by TPS 3D software radiotherapy planning system were compared to the elastograms. The elastographic studies were conducted using Vibro-acoustography (VA), Magnetic Resonance Elastography (MRE) and Shearwave Dispersion Ultrasound Vibrometry (SDUV) techniques. The second goal of this thesis was to explore the feasibility of speckle existence in vibro-acoustography images. To test that, a three-dimensional (3D) model for the systems point spread function (PSF) was simulated. The simulation code was implemented in MATLAB and using the program Field II subroutines. The numerical simulations were performed using a cluster of high performance computers. B-mode ultrasound and VA images were simulated using that PSF 3D model, for a spherically focused and a confocal transducer, respectively. These B-mode images were simulated as a comparative parameter to the images generated by VA. The B-mode ultrasound images were displayed in a tomographic plane corresponding to the VA imaging plane. All images were simulated using a virtual phantom with dimensions (10 × 10 × 50) mm3. Preliminary results showed a interference pattern in VA images taken with a confocal transducer. These images were produced from scatterers located inside the PSF resolution cell volume.

Em tecidos biológicos lesados, a viscoelasticidade é a propriedade física que mais se modifica em relação ao tecido normal. Palpação manual é geralmente usada para identificar estas lesões, tais como nódulos e cistos. Recentemente, vários estudos envolvendo técnicas ultrassônicas e de ressonância magnética, denominadas elastografia, têm sido empregadas para avaliar as propriedades viscoelásticas dessas lesões. Uma das dificuldades neste tipo de estudo está relacionada ao desenvolvimento de simuladores de tecidos biológicos com inclusões equivalentes, uma vez que, essas estruturas lesadas originam-se a partir do próprio tecido biológico. Com base nessas motivações, técnicas quantitativas de elastografia por ressonância magnética e ultrassom foram exploradas para avaliar lesões simuladas em fantomas viscoelásticos. Estas lesões, com diferentes propriedades viscoelásticas, foram geradas no interior de um fantoma usando radiação ionizante. Os fantomas, também conhecidos como gel dosimétrico, foram desenvolvidos a base de pele animal, e irradiados utilizando um sistema de terapia de radiação convencional. Imagens de relaxometria por ressonância magnética (RRM) foram adquiridas nestes fantomas e usadas como referência padrão da dose absorvida e de sua distribuição. Os perfis da distribuição de dose avaliados nessas imagens de RRM e pelo sistema de planejamento radioterápico TPS 3D foram comparados aos de rigidez das imagens elastográficas. O estudo elastográfico nestes fantomas foi realizado utilizando os métodos de Vibroacustografia (VA), Vibrometria por Ultrassom (VU) e Elastografia por Ressonância Magnética (ERM). O segundo objetivo desta tese foi explorar a viabilidade de existência de speckle em imagens de vibroacustografia. Para testar essa idéia, um modelo tridimensional (3D) para a função de espalhamento de ponto (PSF) do sistema de VA foi simulada. O código da simulação foi desenvolvido em ambiente MATLAB e empregando sub-rotinas do programa Field II para simulação numérica dos transdutores. Imagens de ultrassom modo-B (IUSB) e vibroacustografia foram simuladas usando esse modelo de PSF-3D para um transdutor esférico e confocal, respectivamente. Essas IUSB foram simuladas para servir como um parâmetro comparativo com as imagens geradas por VA. As imagens de ultrassom foram exibidas em um plano tomográfico que corresponde ao plano de imagem da VA. As simulações foram realizadas utilizando um cluster de computadores de alto desempenho. Todas as imagens foram simuladas empregando um modelo de fantoma virtual não homogêneo com dimensões de (10 × 10 × 50) mm3. Os resultados preliminares mostraram um padrão de interferência nas imagens de VA, semelhantes à speckles, obtidas empregando o transdutor confocal. Estas imagens foram produzidas a partir de espalhadores localizados no interior do volume da célula de resolução da PSF-3D. / The viscoelasticity of injured biological tissues is the physical property that changes the most in relation to normal tissue. Manual palpation is commonly used to identify these lesions, such as nodules and cysts. Recently, several studies involving ultrasound and magnetic resonance imaging techniques, called elastography, have been employed to assess the viscoelastic properties of these lesions. One difficulty in this type of study is related to the development of biological tissues mimicking materials with similar inclusions, once these injured structures originate from anomalies within the biological tissue. Based on these motivations, quantitative elastographic techniques based on magnetic resonance and ultrasound modalities have been used to assess injuries in viscoelastic mimicking-tissue phantom materials. These lesions, with different viscoelastic properties, were generated within a phantom using ionizing radiation. The phantoms, also known as dosimeter gel, were developed based on animal skin powder, and irradiated using a conventional radiation therapy system. Magnetic resonance relaxometry images (MRR) were acquired in these phantoms, and were used as absorbed dose standard reference and its distribution. The estimated dose distribution profiles from these images and the ones provided by TPS 3D software radiotherapy planning system were compared to the elastograms. The elastographic studies were conducted using Vibro-acoustography (VA), Magnetic Resonance Elastography (MRE) and Shearwave Dispersion Ultrasound Vibrometry (SDUV) techniques. The second goal of this thesis was to explore the feasibility of speckle existence in vibro-acoustography images. To test that, a three-dimensional (3D) model for the systems point spread function (PSF) was simulated. The simulation code was implemented in MATLAB and using the program Field II subroutines. The numerical simulations were performed using a cluster of high performance computers. B-mode ultrasound and VA images were simulated using that PSF 3D model, for a spherically focused and a confocal transducer, respectively. These B-mode images were simulated as a comparative parameter to the images generated by VA. The B-mode ultrasound images were displayed in a tomographic plane corresponding to the VA imaging plane. All images were simulated using a virtual phantom with dimensions (10 × 10 × 50) mm3. Preliminary results showed a interference pattern in VA images taken with a confocal transducer. These images were produced from scatterers located inside the PSF resolution cell volume.

L’objectif principal de cette thèse était d’examiner dans quelle mesure il est possible d’étendre l’approche de la courbe maîtresse à des composants complexes afin de déterminer des conditions de déverminage et de réaliser une prédiction de durée de vie en fonction de ces conditions de déverminage. Nous avons considéré la stabilité d’un réseau dit élémentaire (réseau carré, à pas constant et droit) puis le problème de la stabilité (selon des critères spécifiques) des composants complexes: les CDC et les monofiltres GFF. Cette thèse a permis de décrire de façon rigoureuse, puis d'utiliser le cadre de travail VAREPA pour résoudre des problèmes issus de l'industrie de télécoms. A cet effet, des séries d’études de vieillissement accéléré sur des réseaux simples et complexes ont été menées. Un protocole de mesure permettant de déterminer les incertitudes de mesure a été mis au point afin de déterminer de façon fiable des intervalles de confiance sur les prédictions de durée de vie.Nous avons étudié les cinétiques de croissance des réseaux inscrits dans une fibre dédiée à l’inscription des CDC (Coreactive). Cette étude nous a permis de montrer que la réaction prédominante à l’origine des changements d’indice de réfraction est activée par une absorption à 1 photon. D’autre part, nous avons étendu le cadre de travail utilisé pour prédire l’effacement des réseaux (VAREPA) afin de rendre compte de leurs cinétiques d’inscription. Puis nous avons cherché à déterminer les conditions de passivation et à prédire la durée de vie des réseaux déverminés en présence d’hydrogène résiduelle (procédé industriel actuel). Pour cela, nous avons établi la courbe maîtresse de réseaux photoinscrits non déverminés puis nous avons validé les conditions de déverminage et les prédictions de durée de vie en construisant une nouvelle courbe maîtresse sur des réseaux déverminés.Nous avons étudié la stabilité thermique des réseaux inscrits dans une fibre hydrogénée dédiée aux futurs monofiltres GFF dans des conditions d’inscription similaires à celles de ces composants. Nous avons utilisé les courbes maîtresses établies à partir des réseaux élémentaires (mais apodisés) simplement dégazés « à froid » (ici 2jours à 50°C puis 2 jours à 110°C). Puis, nous avons fait vieillir le profil d’indice (cœur et gaine) d’un monofiltre GFF. Puis, nous avons recalculé la réponse spectrale de ce filtre vieilli (e.g. 30jours à 200°C) et nous l’avons comparé à des mesures expérimentales. Cette approche reste générale et permet de changer les conditions de déverminage au besoin. Cette étude nous a permis de mettre en évidence que la stabilité des variations d’indice photo-induites dans le cœur dépend peu de l’amplitude initiale de la modulation pour des valeurs comprises entre quelques 10-5 et 10-3. Du fait de la présence d’une gaine optique fortement photosensible (car fortement dopée en Ge), nous avons établi les courbes maîtresses des variations d’indice photo-inscrites dans le cœur et la gaine optique pour des valeurs allant jusque 10-3 dans le cœur et 3.10-3 dans la gaine. Nous avons ainsi obtenu des courbes maîtresses présentant le même k0 (fréquence d'essai, i.e facteur pré exponentiel) mais dont la forme est légèrement différente. La stabilité des variations d’indice est meilleure dans le cœur (moins dopé en Ge) que dans la gaine photosensible. Dans un second temps, nous avons cherché à déterminer les conditions de passivation et à prédire la durée de vie des réseaux déverminés à partir des réseaux de Bragg qualifiés d’élémentaires. Pour la première fois à notre connaissance, nous avons validé de façon fiable les conditions de passivation et les prédictions de durée de vie en construisant une nouvelle courbe maîtresse sur des monofiltres GFF préalablement déverminés. Conformément à la théorie, cette courbe maîtresse présente le même k0 et une forme similaire à celle établie au moyen de réseaux non déverminés, ce qui valide la fiabilité de nos prédictions. / The main objective of this thesis was to investigate how it is possible to extend the master curveapproach to complex components, in order to calculate annealing conditions and giving a life timeprediction according those annealing conditions. We studied the stability of a simple Bragg grating (noapodisation, constant pitch, no tilt). Then, we have been able to study the problem of the stability(according to specific criteria) of complex components: CDC and GFF monofilters. This thesis allowed toshow precisely what is the VAREPA framework and how to apply it to optical telecommunicationsproblems. To give an answer to the question of the possibility of extending the master curve approach tocomplex components, series of accelerate aging studies have been carried out. For this purpose, ameasurement protocol including the determination of the measurement uncertainty was developed. Thisprotocol allow, to determine confidence intervals on the life time prediction.We studied the kinetics of photo induced index growth in the optical fiber dedicated forfabrication of CDC (Coreactive). This study allowed us to demonstrate that the predominant reaction atthe origin of changes in refractive index is activated by a one photon absorption. On the other hand wehave extended the VEREPA framework used to predict the Bragg gratings erasure to take into account thegrowing kinetics. In a second step we tried to calculate annealing conditions in the presence of residualmolecular hydrogen and associated Bragg grating life time prediction. For that purpose we established themaster curve of photo-induced Bragg gratings without annealing, then we validated the annealingconditions and lifetime predictions by building a new master curve from aging of annealed Bragg gratings(in presence of residual hydrogen).We studied the thermal stability of hydrogenated fiber Bragg gratings dedicated to futuremonofiltres GFF in similar conditions to those components. We used master curves from basic Bragggratings (ie no apodisation, constant pitch, no tilt) simply out-gazed at "cold" temperature (here 2 days at50 ° C and 2 days at 110 ° C). Then the aging of the index profile of a GFF monofilter have beensimulated (index profile of the core and of the cladding, each of them having a different master curve).For that purpose the profile have been separated into 35 "basic" filters. Then the spectral response of thisaged monofilter (e.g. 30 days at 200°C) have been calculated and compared with experimentalmeasurements. The advantage of this approach is that it is general and allow to change the annealingconditions if needed. Firstly, this study allowed to highlight that the stability of photo-induced indexchanges in the core depend little on the initial amplitude modulation for values between several 10-5 and10-3. Secondly, due to the presence of a highly sensitive optical cladding (and therefore highly Ge doped),Master curves, of photo-induced index change in the core and the cladding have been established forvalues ranging up to 10-3 in the core and 3.10-3 in the cladding. Master Curves with the same k0 havebeen obtained but the elbow and the slopes are different. Stability of index variations in the core is better(less Ge doped) than in the photosensitive cladding. In a second step, from the basic Bragg gratings, theannealing conditions and the lifetime have been determined. For the first time to our knowledge, thereliably of the annealing conditions and the life time predictions have been validated by building a newmaster curve on annealed GFF monofilters. According to the theory, this master curve show the same k0as the one determined using non-annealed gratings. More beyond the elbow, the two curves are same,which validates the reliability of our predictions.