Dispositivos feitos totalmente em fibra optica possuem umagrande aplicacao nos campos de sensores e de comunicacoes. Dentre os diversos dispositivos a fibra existentes, sao largamente empregados aqueles que convertem um modo optico em outro devido a um efeito externo. Fez-se uma analise detalhada e generalizada da interacao de ondas acústicas flexurais com os modos opticos propagantes em um cilindro composto. A teoria pode ser aplicada tanto em materiais solidos quanto em fluidos, desde que sejam lineares, homogeneos, isotropicos e sem perdas. As densidades dos materiais do cilindro afetam significativamente os coeficientes de acoplamento entre os modos, enquanto que as velocidades transversais em cada material sao os fatores preponderantes na definicao da frequencia acústica necessaria a uma conversao eficiente dos modos opticos. Sem perda degeneralidade, concentrou-se este trabalho na conversao do modo optico LP01 em LP11 atraves do emprego do modo acustico flexural de ordem mais baixa.

Para monitorar o comportamento mecanico de uma estrutura aeronautica em pleno voo e necessario instalar sensores nas regioes de interesse para medir as diversas grandezas influentes como temperatura, deformacoes e impactos. Um metodo viavel e a utilizacao de sensores a fibra optica. O sensor estudado neste trabalho, para este fim, utiliza-se de uma fibra optica de nucleo eliptico bimodal.O sinal resultante e proporcional a integral dos campos que provoca malteracao no comprimento e no indice de refracao ao longo da fibra. Para implementar um sensor como este e necessario conhecer ocomportamento deste tipo de sensor aos varios campos presentes em estruturas aeronauticas, bem como controlar sua sensibilidade a cada campo. Neste trabalho e enfatizado o comportamento de sensores afibra optica em termos de sua sensibilidade aos varios tipos decampos com torcao, flexao, tracao, compressao e temperatura. A possibilidade de controle de sensibilidade aos varios tipos de campos com torcao tambem e explorada. Ou seja, estudos iniciais revelaram que e possivel controlar a sensibilidade de fibras opticas a alguns tipos de campos atraves de torcao. Tambem e descrito alguns metodos de embebimento de fibras opticas no processo de fabricacao RTM e PRE-PREG.

O objetivo deste trabalho foi o de estudar o comportamento da resistência à tração em função do tamanho do corpo de prova e do equacionamento da força axial de tracionamento, quando um monofilamento é submetido a um Nó, para f ibras de carbono obtidas a partir da fibra poliacrilonitrila (PAN). As estimativas estatísticas da resistência à tração em função da presença de defeitos na superfície das fibras de carbono, permitiram otimizar o tamanho do corpo de prova onde a pouca ou quase nenhuma população de defeitos residentes na superfície ao longo do comprimento da fibra, geraram valores de resistência à tração consistentes em corpos de prova com comprimentos não superiores a 2,5cm. Para corpos de prova com tamanhos abaixo de O,lmm, os testes de Nó forneceram valores efetivos da resistência e módulo de elasticidade em flexão, tanto para fibras de carbono de alto módulo de elasticidade, como para fibras de aI ta resistência à tração. Isto foi enfatizado devido à estimativa ser altamente dependente de anomalias na superfície quando a fibra sofreu deformação de flexão e tração. A uniformidade do módulo de elasticidade, e principalmente do diâmetro das fibras, foram preponderantes nos cálculos teóricos e nos valores experimentais quando o XI monofilamento foi submetido a cargas de tracionamento em Nó. OS valores encontrados para a carga axial tanto em fibras de alto módulo de elasticidade, como em fibras de alta resistência à tração, demonstraram que as variações no diâmetro ao redor de 10% foram representativas.As fraturas que ocorreram quando o monof ilamento foi submetido à tração simples, bem como à tração em "Nó", apresentaram características de fraturas típicas de tração e flexão em fibras de carbono. Essas fraturas foram estudadas e analisadas através de microscópio eletrônico de varredura, onde se pode dectetar visíveis diferenças entre elas.

Sistemas interferométricos a fibra óptica têm sido largamente empregados como sensores de alta precisão. Este trabalho propõe técnicas que simultaneamente reduzem a deriva e eliminam o desvanecimento do sinal em giroscópio a fibra óptica convencional operando em regime monomodo. A análise teórica do funcionamento do sistema é apresentada, e os resultados experimentais indicam uma redução da deriva por um fator de 103 para uma topologia otimizada do circuito óptico, que leva em conta as características da fonte óptica e da fibra utilizada.

Os compósitos termoestruturais, como por exemplo, as gargantas de tubeira de foguetes, e proteções térmicas re-irradiativas são manufaturadas mediante a utilização de preformas, portanto são materiais com solicitações termo-mecânicas extremas. O esqueleto dessas preformas é por sua vez montado pela utilização de varetas. Estas varetas são moldadas com fibra de reforço (usualmente fibras de carbono), pelo processo de pultrusão. A utilização dessa tecnologia permite a concepção e manufatura de preformas complexas e de dimensões as mais diversas possíveis, permitindo assim uma flexibilidade no projeto do componente a ser obtido. Este trabalho visa, mediante a utilização de técnicas de cálculo que combinam as propriedades individuais dos constituintes do compósito (fibras de reforço e matriz) e as características geométricas da preforma, obter as propriedades elásticas médias de um determinado grupo de compósitos termo-estruturais com configurações de reforço 3D e 4D. As propriedades foram calculas tendo-se por base as propriedades dos componentes individuais à temperatura ambiente. As propriedades elásticas obtidas serão então comparadas às dos grafites sintéticos utilizados atualmente na concepção de gargantas de tubeiras de veículos lançadores.

Grades de Bragg em fibras ópticas vêm sendo bastante utilizadas nas áreas de telecomunicações e sensores. Na área de sensores, elas servem para medir grandezas como deformação e temperatura. Uma das vantagens da utilização de grades de Bragg em sensores a fibra óptica é que estas grandezas alteram o comprimento de onda do pico de refletividade e não o nível de potência do elemento sensor, fazendo com que o sensor a grade de Bragg seja menos sujeito à variação da potência da fonte e degradação dos componentes.Uma forma de se detectar a variação do comprimento de onda da grade é através de um analisador de espectro óptico. Entretanto, essa solução não é muita prática para testes de campo com esses sensores. Uma forma mais adequada de se medir esse parâmetro é através do uso dos chamados Interrogadores de sensores a grade de Bragg. Esses Interrogadores transformam variações de comprimento de onda em variações de amplitude, facilmente detectadas através de um fotodetector. Dois tipos de Interrogadores foram analisados e estudados experimentalmente nesta tese: o interrogador a filtro casado (IFC) e o interrogador a filme fino (IFF). Suas características principais são apresentadas nesta tese e o desempenho de cada um deles é analisado. O Interrogador a filtro casado apresentou um desempenho melhor do que aquele baseado em filme fino, mas com a desvantagem de requerer muitos componentes para sistemas com um número grande de sensores.

This work verses about contributions in the optimization of laminated fiber reinforced composites. At first, it is presented a new solution concept to Discrete Material Optimization (DMO) problems based on Sequential Approximate Optimization (SAO) techniques, employing new compliance approximations in terms of intermediate variables which are explicit functions of the DMO weights. The proposed methodology improves significantly the quality of the approximations and consequently the general convergence characteristics of several DMO compliance minimization (stiffness maximization) problems. Then, it is presented a Hierarchical Optimization scheme for laminated composite structures, considering simultaneous design of macroscopic (structural) and microscopic (material) levels. The macroscopic level takes into account orientations and fiber volume fractions of unidirectional composite layers. The microscopic level considers the cross-sectional size and shape of the reinforcement fibers, assuming them elliptical. Both levels are coupled and the objective is to minimize compliance under a total fiber volume fraction constraint. It is shown that changes in the shape of the fibers permit to increase structural stiffness. An assessment of microstructural stresses is also included and shows the fibers'; shape influence on layers'; stress concentrations.

Este trabalho trata da geração de micro-ondas objetivando a implementação futura de fontes de sinais de alta frequência. Após uma breve discussão sobre osciladores eletrônicos indicados para a geração de sinais elétricos até 100 GHz, é feita uma contextualização das técnicas de micro-ondas em fibras ópticas e suas aplicações, especialmente na geração de sinais de micro-ondas. A configuração de oscilador optoeletrônico definido é estabelecida a partir de um enlace de micro-ondas baseado em fibras ópticas mais uma malha de realimentação e seus fundamentos são discutidos. Os componentes e configurações do oscilador optoeletrônico são apresentados assim como as montagens. São apresentados resultados associados com a geração de sinais com frequências até 3 GHz e intensidade da ordem de + 5 dBm. Medidas de ruído de fase, largura de linha e estabilidade em frequência obtidas forneceram valores de -100 dB/Hz -100 kHz, > 1 kHz e 30 kHz. Os resultados permitem considerar um fator de qualidade Q da ordem de 106. Considerando uma configuração heterodina é apresentado o resultado do batimento do sinal gerado com uma fonte arbitrária (antena ou gerador) em uma montagem típica de estação remota resultando na translação do espectro de frequência de um sinal em 300 MHz com modulação AM de 200 kHz. Por último são apresentadas as conclusões, sugestões para trabalhos futuros relacionando o trabalho realizado com outras técnicas fotônicas de geração de sinais de micro-ondas.

Este trabalho está organizado com o objetivo de apresentar um estudo teórico e experimental do enlace de sinais analógicos de RF por fibra óptica empregando técnica de multiplexagem por divisão de comprimento de onda (WDM) sem amplificação. Este enlace apresenta uma arquitetura utilizando moduladores eletro-ópticos do tipo Mach-Zehnder e multiplexadores/demultiplexadores do tipo Arrayed Waveguide Grating (AWG). O emprego deste enlace a fibra óptica visa à transmissão de sinais de RF às antenas remotamente localizadas em relação à estação geradora do sinal, distribuição de sinais de RF e recepção de sinais de RF de um parque de antenas distribuídas remotamente da estação de análise de sinais. Realizou-se uma análise de alguns dos parâmetros de desempenho do enlace, bem como de alguns efeitos que o afetam. Esta análise se pautou em cálculos referentes às características individuais dos diversos componentes que integram o sistema. Posteriormente, foi implementada a verificação e validação dos cálculos com base em medições feitas no Laboratório de Guerra Eletrônica do ITA. Estes cálculos se basearam em fundamentos teóricos sobre alguns fenômenos físicos presentes nos dispositivos empregados neste tipo de enlace WDM passivo. Estes fenômenos são a propagação da onda eletromagnética em meios anisotrópicos e não lineares, efeito eletro-óptico, linearidade de moduladores, multiplexagem óptica no AWG, perdas por inserção e diafonia. Foram propostas arquiteturas de enlaces passivos do tipo WDM NxN (com o demutiplexador) e do tipo WDM Nx1 (sem o demutiplexador). Respeitaram-se as características individuais dos componentes constituintes do enlace e as condições de operação do sistema, tais como a tensão de polarização, a influência da intensidade do sinal óptico na fibra óptica e a influência do meio óptico no sinal de RF modulado acoplado a fibra óptica e convertido no fotodetector. Empregaram-se os parâmetros S para análise do sistema. As formulações matemáticas para o cálculo do ganho de potência do sinal de RF no enlace foram discutidas e inter-relacionadas. Estas formulações matemáticas dão origem ao método com reduzidas quantidades de simplificações aplicando o teorema de Graf e ao método para pequenos sinais. Foram também abordados os efeitos de distorção harmônica inerentes ao processo de modulação do sinal óptico e os efeitos que a dispersão no meio de propagação óptica produzem no sinal de RF de saída do enlace, bem como os limites de potência para evitar os efeitos não lineares na fibra óptica. Verificou-se em laboratório a consistência do método de cálculo do ganho de potência de RF que emprega o teorema de Graf. Foram apresentas algumas aplicações do enlace de sinais analógico de RF a fibra óptica com o emprego de WDM, sem amplificação óptica, em geração de sinais em raias de cenários de GE simulados, em recepção remota de sinais (tanto para fins militares como civis) e em distribuição de sinais a bordo de navios.

O objetivo dessa tese foi avaliar o efeito da adição de fibras e tipo de processamento (sinterização versus injeção) na microestrutura, propriedades mecânicas (resistência à flexão f e parâmetros de Weibull m, 0 e 5%), parâmetros de crescimento subcrítico (n e f0) e propriedades ópticas de razão de contraste (RC), parâmetro de translucidez (PT) e índice de opalescência (IO) de uma porcelana odontológica à base de leucita. Fibras de hexatitanato de potássio foram misturadas a uma porcelana à base de leucita que foi processada por sinterização e por injeção (com e sem fibras). Por meio de um estudo piloto realizado, variando-se temperaturas de sinterização e de injeção com 5% ou 10% de fibras, em massa, foram escolhidos o grupo controle (CS) sinterizado conforme recomendações do fabricante; o grupo sinterizado com fibras (SF), o grupo injetado sem fibras (ISF) e o grupo injetado com fibras (IF). A adição de fibras à porcelana processada por sinterização resultou em um material com fração volumétrica de poros mais do que duas vezes maior do que aquela encontrada para o grupo controle e a área média desses poros também foi mais do que o dobro da área média dos poros do controle. Outro problema apresentado pelo grupo sinterizado com fibras foi o aumento significativo da sua opacidade, representada pela razão de contraste que aumentou de 0,7 no controle para 1,0 no grupo sinterizado com fibras. Além disso, adição de fibras ao material processado por sinterização, apesar de ter causado aumento significativo da densidade e coeficiente de Poisson, não causou alterações significativas no módulo de elasticidade, dureza e tenacidade à fratura. Com relação à resistência à flexão biaxial, a adição de fibras na porcelana sinterizada causou aumento significativo da resistência média (f), porém os parâmetros da análise de Weibull (módulo de Weibull, m, resistência característica, 0, e resistência correspondente à probabilidade de falha de 5%, 5%) não foram alterados significativamente em relação ao grupo controle. Os parâmetros de crescimento subcrítico (coeficiente de susceptibilidade ao crescimento subcrítico, n, e resistência inicial, f0) também não foram alterados significativamente após a adição de fibras no material sinterizado. Embora o processamento por injeção sem adição de fibras não tenha afetado significativamente (em relação ao grupo controle) algumas propriedades como tenacidade à fratura, dureza, módulo de elasticidade, módulo de Weibull e 5%, houve um aumento significativo de parte das propriedades avaliadas como a resistência média, resistência característica e parâmetros de crescimento subcrítico. Com relação às propriedades ópticas, o processamento por injeção resultou em aumento da translucidez da porcelana, o que foi comprovado pela queda significativa no valor de razão de contraste e no aumento significativo no valor do parâmetro de translucidez em comparação com o grupo controle. Uma característica importante observada para o grupo injetado sem fibras foi seu baixo grau de porosidade em relação ao controle e também em relação aos outros dois grupos experimentais (SF e IF). Com relação ao grupo IF, o mesmo problema de alto grau de porosidade observado para o grupo sinterizado com fibras (SF) foi notado. Entretanto, os poros do grupo IF apresentaram área média significativamente menor e tamanho de poro aproximadamente 3 vezes menor do que os dos poros do grupo SF. Dentre as propriedades que não se alteraram comparando-se os grupos controle e injetado com fibras estão o módulo de elasticidade, coeficiente de Poisson, tenacidade à fratura, 5%, e as propriedades ópticas de razão de contraste e parâmetro de translucidez. Entretanto, é importante ressaltar que o grupo injetado com fibras obteve maiores valores médios em relação ao grupo controle para os seguintes parâmetros: densidade, dureza, resistência média, resistência característica, coeficiente de susceptibilidade ao crescimento subcrítico (foi o maior de todo o experimento) e resistência inicial (f0). / The objective was to evaluate the processing methods (conventional sintering and heat pressing) and fibers incorporation on the microstructure, mechanical properties (flexural strength f, and Weibull parameters m, 0 e 5%), slow crack growth parameters (n e f0) and contrast ratio (CR), translucency parameter (TP), opalescence parameter (OP) optical properties. Potassium Titanate fibers were mixed with a feldspathic porcelain, and then processed with conventional sintering and heat pressing (with or without fibers). A pilot study was carried out varying the sintering and heat pressing temperature with 5 or 10 wt% of fibers. The selected groups were the control group (CG), conventionally sintered processes following manufactures recommendations; conventionally sintered with fibers (SF); heat pressed without fibers (HP) and heat pressed with fibers (HPF). The hypothesis were: 1) The incorporation of fibers to the conventionally processed porcelain would improve the mechanical properties and slow crack growth parameters and would not affect the optical properties; 2) heat pressing the porcelain without fibers would improve the mechanical properties and slow crack growth parameters and would not affect the optical properties. 3) heat pressing the porcelain with fibers would improve the mechanical properties and slow crack growth parameters and would not affect the optical properties. Specimens were tested for biaxial flexural strength in water. Weibull analysis was used to determine m, 0 and 5% and the dynamic fatigue test was used to determine n e f0 values. The SF group showed percentage of porosity two times higher than the CG, higher values of f, but had no improvement on the Weibull parameters m, 0 and 5% values and slow crack growth parameters n and f0. It presented significant optical changes reaching 100% of opacity. The first hypothesis was partially accepted because there was increase only in f. The HP group presented 10 times lower porosity than CG. It showed higher values of f, and 0 but had no improvement on m and 5%. The HP group also showed higher values of n and f0 and significantly higher TP, and lower CR and OP. The second hypothesis was partially accepted as well because there were mechanical properties increases and changes in optical properties. The HPF group showed porosity two times higher than the CG, higher values of f, and showed an improvement on the Weibull parameters 0 and 5% and slow crack growth parameters n and f0. It presented significant changes OP.