Este trabalho tem como objetivo compreender o comportamento térmico da excitatriz estática da Usina Hidrelétrica Derivação do Rio Jordão (UHEDRJ), empregando redes de Bragg em fibra ótica como sensor de temperatura. São apresentados os componentes da excitatriz estática, com foco na ponte retificadora trifásica controlada a tiristores. Com a calibração pôde-se conhecer os erros e incertezas dos sensores, tendo as maiores contribuições de incerteza devidas à dispersão das amostras e ajuste das curvas pelo método dos mínimos quadrados. A instrumentação da excitatriz estática permite que sejam realizados ensaios em diversas condições de operação da unidade geradora: partida da unidade, excitação a vazio, ou seja, com o gerador energizado, mas sem estar conectado ao sistema elétrico; excitada e sincronizada, ou seja, gerador energizado e sincronizado com o sistema elétrico; rampa de carga até a carga nominal e parada da unidade. Os ensaios realizados permitem estimar o comportamento térmico da ponte retificadora, variações de temperatura de cada tiristor no painel e como ocorrem as dissipações térmicas. / This work aims to study the static exciter thermal behavior of the hydroelectric power plant Rio Jordão (UHEDRJ) using fiber Bragg gratings as temperature sensor. The components of the static exciter are presented, with a focus on three-phase thyristor controlled bridge rectifier. The calibration allows knowing the errors and uncertainties of the sensors and the greatest uncertainty contributions due to dispersion of the samples and adjusting the curves by the method of minimun squares. The static exciter instrumentation allows performed the tests in various operating conditions of the generating unit: starting unit, excitation empty (with the generator energized but not connected to the grid); excited and synchronized (energized and synchronized with the power grid), ramp load to rated load and the unit stopped. The tests allow to estimate the thermal behavior of the bridge rectifier, temperature variations of each thyristor in the panel and how occur the thermal dissipation.

CAPES / O presente trabalho estuda o comportamento de um biosensor que utiliza redes de Bragg em fibra ótica capaz de mensurar deformações em tecido ósseo. O objetivo é calibrar e caracterizar o sensor com seu encapsulamento para que este possa futuramente ser implantado em um animal vivo e assim permita aprimorar estudos a respeito do comportamento ósseo em sua microestrutura. Para o desenvolvimento deste estudo e preciso conhecer o comportamento ósseo como um todo, a biomecânica do local específico onde pretende-se implantar o sensor, o funcionamento do sensor, bem como o comportamento de seu encapsulamento; portanto, todos esses aspectos são estudados. Para caracterização e calibração do sensor encapsulado foi realizado teste de tração em um programa de computador (simulação numérica) e arranjo experimental de calibração (teste prático), para que seja possível sua aplicação final desejada. Os testes realizados são descritos neste trabalho. Os resultados obtidos demonstram que o transdutor e o encapsulamento utilizado são adequados para captar deforma coes inferiores a 0,1 N, apresentam resposta linear, com um coeficiente de correlação da média dos 5 sensores testados em 0,999, incerteza expandida de 0,07 N e coeficiente de carga de 77 pm/N; boa repetibilidade, e componentes biocompatíveis, sendo assim, o sensor e adequado para aplicações in vivo. Através dos testes também foi possível determinar o melhor local e maneira para sua implementação em uma aplicação específica, que e a análise de deformação óssea em uma superfície externa de mandíbula bovina durante movimentos mastigatórios de diferentes alimentos. / The present work studies behavior of a biosensor that uses Bragg gratings in optical fibers, capable to measuring deformations in bone tissue. The aim is to characterize and calibrate the sensor with its encapsulation so that it can be implanted in a living animal in the future and thus allow to improve studies about bone behavior in its microstructure. For the development of this study it is necessary to know the bone behavior as a whole, the biomechanics of the specific area where the sensor will be implanted, the sensor operation, as well as the behavior of its encapsulation; herefore, all these aspects are studied. For the characterization and calibration of the encapsulated sensor, a software traction test (numerical simulation) and an experimental calibration arrangement (practical test) were carried out, so that its desired final application could be possible. The tests performed are described in this work. The results show that the transducer and the encapsulation used are adequate to capture deformations lower than 0.1 N, presented a linear response, with a correlation coefficient of the average of 5 sensors at 0.999, expanded uncertainty of 0.07 N and slope 77 pm/N; good repeatability, and biocompatible components. The sensor is suitable for in vivo applications. Through the tests it was also possible to determine the best place and way for its implementation in a specific application, that is the analysis of bone deformation on an external surface of bovine mandible during chewing movements of different foods.

Submitted by Fabio Sobreira Campos da Costa (fabio.sobreira@ufpe.br) on 2017-02-15T13:05:07Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Compressão de Ruído Quantico em um Interferometro Sagnac em Fibra com um Laser Pulsado em 1,55 Microns - Dissertação de Mestrado em Física - Lucero Plazas Ortega.pdf: 7191693 bytes, checksum: 4eba611a9cee045f7f06747bb63a80cb (MD5) / Made available in DSpace on 2017-02-15T13:05:07Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Compressão de Ruído Quantico em um Interferometro Sagnac em Fibra com um Laser Pulsado em 1,55 Microns - Dissertação de Mestrado em Física - Lucero Plazas Ortega.pdf: 7191693 bytes, checksum: 4eba611a9cee045f7f06747bb63a80cb (MD5) Previous issue date: 2015-02-24 / CAPES / Componentesemquadraturadocampoeletromagn´eticoobedecemaoprincipio de incerteza de Heisenberg. Como resultado a Mecˆanica Quˆantica prevˆe que estas componentes n˜ao podem ser especificadas simultaneamente com precis˜ao ilimitada. Estados de incerteza m´ınima (estados coerentes) permitem atingir o menor produto das incertezas em cada quadratura, ambas de mesma magnitude. Al´em disto ´e poss´ıvel construir estados quˆanticos comprimidos, para os quais uma das suas quadraturas atinge um valor menor para o desvio padr˜ao queaqueledefinidoparaumestadodem´ınimaincerteza,incrementandoconsequentemente a incerteza na outra quadratura. Nesta disserta¸c˜ao fazemos uma revis˜ao destes conceitos e apresentamos um esquema experimental com o qual geramosestadoscomprimidos(squeezedstates)daradia¸c˜ao. Este´ebaseadoem umlaserdefibrapulsado(comprimentodeondaλ = 1.56µm, taxaderepeti¸c˜ao fR = 146MHz, largura de pulso τp = 200fs) associado a um interferˆometro de Sagnac n˜ao linear em fibra. Al´em de uma descri¸c˜ao dos principais componentes ´opticos ser˜ao discutidos os mecanismos de gera¸c˜ao e caracteriza¸c˜ao dos estados comprimidos. / QuadraturecomponentsofthefieldobeyaHeisenberguncertaintyrelation. As a result, quantum mechanics predicts that these components cannot be specified simultaneously with unlimited accuracy. Minimum uncertainty states or coherent states, allow reaching the lowest value of the uncertainty in each quadrature component, both having the same magnitude. It is still possible to construct squeezed quantum states, for which, one of its quadrature components achieves a less value for standard deviation than one that have a state of minimum uncertainty, with the consequence of an increase in the uncertainty of the other quadrature. In this dissertation, these concepts are reviewed and we provide an experimental scheme in order to generate squeezed states of light. This design is based on a pulsed fiber laser (λ = 1.56µm, repetition rate fR = 146MHz, pulse width τp = 200fs) coupled with a nonlinear interferometer, which is composed by a fiber loop in a Sagnac configuration. In order to discuss the experimental results obtained with this scheme, will be carried out adescriptionofthemainopticalcomponents,takingintoaccounttheprincipal mechanisms of generating and measuring of squeezed states.

Neste trabalho é investigada uma nova classe de fibras ópticas, baseada no conceito de cristais fotônicos, denominada fibra microestruturada. Sua geometria particular, com materiais de diferentes índices de refração estruturados de forma periódica, permite uma alta flexibilidade de projeto. Consegue-se, portanto, ajustar, conforme a necessidade, as propriedades de dispersão, área efetiva, perdas por confinamento, entre outras, o que torna estas fibras especialmente úteis para aplicações em comunicações ópticas. Para o estudo das propriedades das fibras microestruturadas foi implementado, em diferenças finitas, o método numérico da sobre relaxação sucessiva - SOR com as três aproximações possíveis para a equação de Helmholtz: escalar, semivetorial e vetorial completa. Adicionalmente, no intuito de melhorar alguns aspectos do formalismo SOR, como precisão e velocidade de convergência, foi proposta a aproximação em diferenças finitas de quarta ordem. / This work investigates a new class of optical fibers based on the photonic crystal concept. The main advantage of these fibers is the flexibility offered by their particular geometry, which is formed by materials of different refractive index periodically arranged in a specific pattern. The dispersion properties of these microstructured optical fibers are analyzed by using the finite difference Successive Over Relaxation (SOR) method, where three different formalisms are implemented under the scalar, semivectorial and full vectorial approximations. Finally, a fourth order approximation for the SOR method is proposed in order to improve the convergence and precision.

O presente trabalho tem como objetivo principal o estudo e o desenvolvimento de um sensor óptico de umidade usando o polímero polipirrol. Inicialmente, estudou-se o princípio teórico dos diversos sensores de umidade encontrados no mercado, assim como fundamentos básicos sobre guias de onda, umidade e polímeros (especialmente polipirrol). Realizou-se também um estudo da influência da umidade nas características físicas e ópticas do polipirrol mediante a técnica elipsométrica. Particularmente, foi estudado em detalhe o comportamento do índice de refração do polipirrol frente a grandes variações de concentrações de umidade, e se demonstrou que o valor do índice de refração do polipirrol aumenta quando exposto a vapor de água. Com os resultados alcançados na caracterização óptica do polímero, foram desenvolvidos sensores de umidade à fibra óptica, baseados na técnica de fibra interrompida, e sensores à guia de onda ARROW (Anti-Resonant Reflecting Optical Waveguide), baseados na técnica de detecção por campo evanescente, sendo o polipirrol usado como camada ativa de sensoriamento. Os dispositivos baseados em fibra óptica e guia de onda ARROW mostraram que a potência de saída dos dispositivos diminui inversamente em relação à umidade relativa (para uma concentração de 50 a 80%). / The aim of the present work is the study and development of an optical humidity sensor using polymer polypyrrole. Initially, it was studied theoretical principles of common humidity sensors and it was also studied the theoretical basis of optical waveguides. The first part of the present project involved a study of polypyrrole refractive index behavior when exposed to different humidity concentrations, using the ellipsometric technique. The characterization results showed an increment on polypyrrole refractive index when exposed to water vapor. With these results, a based optical fiber sensor was developed using the air gap configuration, and polypyrrole was used as the sensor element. The last part of the project involved an optical humidity sensor development based on ARROW waveguide (Anti-Resonant Reflecting Optical Waveguide), using the evanescent field configuration. In this case, polypyrrole was also used as the sensor element. These devices (based on optical fiber and ARROW waveguide) showed that the power output decreases inversely with relative humidity concentration (from 50% to 80%).

No presente trabalho é apresentada uma nova abordagem para medida de potenciais em altos níveis de tensão que utilizam sensores eletro-ópticos Pockels. Também descreve a aplicação da técnica de interferometria de luz branca em sistemas de alta tensão por fibras ópticas. Neste sistema a informação é codificada no espectro da luz, permitindo assim que a medida seja independente da potência óptica transmitida pelo link de fibras ópticas. Um protótipo foi construído e testado sob excitação de tensão a.c. até 20 kV em 60 Hz mostrando boa resposta e demonstrando a viabilidade deste método. / A new approach to perform measurement of potentials in high voltage levels using electrooptical Pockels sensors is presented here. This work describes an application of the White Light Interferometry technique to a high voltage optical fiber measurement system. In this system the information is encoded in the spectrum of the light, allowing the measurement to be independent of the optical power transmitted by the optical fiber link. A prototype was built and tested under excitation of a.c. voltages up to 20 kV in 60 Hz showing good response and demonstrating the feasibility of this method.

No presente trabalho é apresentada uma nova abordagem para medida de potenciais em altos níveis de tensão que utilizam sensores eletro-ópticos Pockels. Também descreve a aplicação da técnica de interferometria de luz branca em sistemas de alta tensão por fibras ópticas. Neste sistema a informação é codificada no espectro da luz, permitindo assim que a medida seja independente da potência óptica transmitida pelo link de fibras ópticas. Um protótipo foi construído e testado sob excitação de tensão a.c. até 20 kV em 60 Hz mostrando boa resposta e demonstrando a viabilidade deste método. / A new approach to perform measurement of potentials in high voltage levels using electrooptical Pockels sensors is presented here. This work describes an application of the White Light Interferometry technique to a high voltage optical fiber measurement system. In this system the information is encoded in the spectrum of the light, allowing the measurement to be independent of the optical power transmitted by the optical fiber link. A prototype was built and tested under excitation of a.c. voltages up to 20 kV in 60 Hz showing good response and demonstrating the feasibility of this method.

Submitted by Hellen Luz (hellencrisluz@gmail.com) on 2017-09-04T16:05:51Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_Regenerador3RTotalmente.pdf: 2919327 bytes, checksum: 5fbe6ee3c460a8bfd7320e6b53e317f6 (MD5) / Approved for entry into archive by Irvana Coutinho (irvana@ufpa.br) on 2017-09-12T15:09:27Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_Regenerador3RTotalmente.pdf: 2919327 bytes, checksum: 5fbe6ee3c460a8bfd7320e6b53e317f6 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-09-12T15:09:27Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_Regenerador3RTotalmente.pdf: 2919327 bytes, checksum: 5fbe6ee3c460a8bfd7320e6b53e317f6 (MD5) Previous issue date: 2017-05-26 / O presente trabalho teve como objetivo investigar por meio de simulações numéricas, um dispositivo capaz de realizar uma regeneração 3R (Reamplificação, Ressincronização e Reformatação) de maneira totalmente óptica dos sinais propagados em um sistema de comunicação por fibra óptica com taxa de bit de 10 Gbit/s, potência de transmissão inicial de 0 dBm e comprimento de onda de 1550 nm. Como aliados ao processo de regeneração, utilizou-se os efeitos dispersivos e os não lineares de automodulação de fase (Self-Phase Modulation - SPM), modulação de fase cruzada (Cross-Phase Modulation - XPM) e mistura de quatro ondas (Four – Wave Mixing - FWM) em um interferômetro de Mach-Zehnder, cujo um dos braços é composto por uma fibra de cristal fotônico altamente não linear (HNL-PCF). As simulações foram realizadas através do software comercial OptiSystem da empresa canadense Optiwave Corporation. O desempenho do sistema foi analisado através da comparação entre os valores do fator de qualidade (fator Q), da taxa de erro de bit (BER), do espectro óptico e da relação sinal ruído óptico (OSNR) dos sinais regenerados, pré-regenerados e degradados na entrada e na saída do sistema proposto. Através deste projeto foi possível obter uma regeneração eficiente do sinal, com valores ótimos de OSNR, de fator de qualidade (fator Q) e baixa taxa de erro de bit (BER). / The present work aimed to investigate by means of numerical simulations, a device able to perform 3R regeneration (Re-amplifying, Re-timing and Re-shaping) fully propagated signal in an optical communication system for optical fiber with bit rate of 10 Gbit/s, the initial transmit power 0 dBm and wavelength of 1550 nm. As an ally to the regeneration process using dispersive and nonlinear effects of self-phase modulation (SPM), cross-phase modulation (XPM) and four-wave mixing (FWM) in a Mach-Zehnder Interferometer, whose one of the arms is composed of a Highly Nonlinear Photonic Crystal Fiber (HNL-PCF). The simulations were performed using OptiSystem commercial software of company canadian Optiwave Corporation. System performance was analyzed by comparing the values of the quality factor (Q-factor), of the bit error rate (BER), of optical spectrum and the optical signal-to-noise ratio (OSNR) optical signals are regenerated, before regenerated and degraded in the entrance and exit of the proposed system. Through this project, it was possible to obtain an efficient signal regeneration, with optimal values of OSNR, quality factor (Q-factor) and low bit error rate (BER).

CAPES / Esta tese tem como objetivo investigar a interação de ondas acústicas e redes de Bragg (FBGs) em fibras ópticas convencionais e fibras de núcleo suspenso (SCFs), para avaliar a influência do projeto da fibra, da rede e do modulador, no aumento da eficiência de modulação, largura de banda e frequência. Inicialmente, a resposta em frequência e os modos acústicos de ressonância de um modulador acusto-óptico de baixa frequência (f < 1,2 MHz), são investigados numericamente usando o método dos elementos finitos. Posteriormente, também é investigada numericamente a interação de ondas acústicas longitudinais e FBGs em SCFs. Os parâmetros geométricos das fibras são variados e as propriedades da rede são simuladas por meio do método dos elementos finitos e o método da matriz de transferência. O estudo indica que os furos de ar que compõem a SCF causam uma redução significativa da quantidade de sílica na secção transversal da fibra, aumentando a interação acusto-óptica no núcleo. Modulação experimental da refletividade de FBGs gravadas em duas SCFs diferentes indica evidências do aumento dessa interação. Além disso, um método para induzir acusticamente uma mudança de fase dinâmica em uma FBG com gorjeio, empregando um projeto aperfeiçoado de modulador é mostrado. Posteriormente, uma combinação deste modulador e uma FBG gravada em uma SCF com três furos de ar é aplicada para modular um laser mode-locked em fibra dopada com itérbio. Para melhorar o projeto do modulador para futuras aplicações, outros dois dispositivos distintos são investigados visando aumentar a interação acusto-óptica, a largura de banda e a frequência (f > 10 MHz). Uma modulação forte de refletividade foi obtida para um modulador baseado em uma fibra com diâmetro reduzido. Além disso, um aumento da largura de banda de modulação (320 pm) foi obtido com um modulador baseado na interação de uma rede de período longo radial (RLPG) e uma FBG gravada em uma fibra convencional. Em resumo, os resultados mostram uma redução considerável do comprimento da rede/fibra e do tamanho do modulador, indicando possibilidades de dispositivos acusto-ópticos mais rápidos e compactos em fibra. Além disso, o aumento da eficiência de interação, da largura de banda modulada e da frequência, pode ser útil para reduzir a largura do pulso de lasers mode-locked totalmente em fibra, assim como, para outros dispositivos que requerem o controle da luz em fibras ópticas usando ondas acústicas sintonizáveis eletricamente. / This thesis aims to investigate the interaction of acoustic waves and fiber Bragg gratings (FBGs) in standard and suspended-core fibers (SCFs), to evaluate the influence of the fiber, grating and modulator design on the increase of the modulation efficiency, bandwidth and frequency. Initially, the frequency response and the resonant acoustic modes of a low frequency acousto-optic modulator (f < 1.2 MHz) are numerically investigated by using the finite element method. Later, the interaction of longitudinal acoustic waves and FBGs in SCFs is also numerically investigated. The fiber geometric parameters are varied and the strain and grating properties are simulated by means of the finite element method and the transfer matrix method. The study indicates that the air holes composing the SCF cause a significant reduction of the amount of silica in the fiber cross section increasing acousto-optic interaction in the core. Experimental modulation of the reflectivity of FBGs inscribed in two distinct SCFs indicates evidences of this increased interaction. Besides, a method to acoustically induce a dynamic phase-shift in a chirped FBG employing an optimized design of modulator is shown. Afterwards, a combination of this modulator and a FBG inscribed in a three air holes SCF is applied to mode-lock an ytterbium doped fiber laser. To improve the modulator design for future applications, two other distinct devices are investigated to increase the acousto-optic interaction, bandwidth and frequency (f > 10 MHz). A high reflectivity modulation has been achieved for a modulator based on a tapered fiber. Moreover, an increased modulated bandwidth (320 pm) has been obtained for a modulator based on interaction of a radial long period grating (RLPG) and a FBG inscribed in a standard fiber. In summary, the results show a considerable reduction of the grating/fiber length and the modulator size, indicating possibilities for compact and faster acousto-optic fiber devices. Additionally, the increased interaction efficiency, modulated bandwidth and frequency can be useful to shorten the pulse width of future all-fiber mode-locked fiber lasers, as well, to other photonic devices which require the control of the light in optical fibers by electrically tunable acoustic waves.

ANEEL; FINEP; CAPES; CNPQ; Fundação Araucária / Neste trabalho é apresentada uma aplicação de sensores à fibra ótica baseados em redes de Bragg encapsulados em compósito de resina polimérica com reforço de fibra de vidro. Foram avaliadas três resinas epóxi comerciais. O objetivo do trabalho é caracterizar os compósitos e investigar a viabilidade de embeber sensores a fibra ótica, baseados em redes de Bragg em fibras óticas em compósito epóxi. Na caracterização das amostras, foram realizados: Ensaios para avaliar a tensão residual após a cura das amostras. Nos ensaios, foram utilizados sensores FBGs incrustados no compósito. Ensaios para avaliar a temperatura de transição vítrea através da técnica Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC). Ensaios de tração axial e flexão simples utilizando máquina de teste universal e ensaios para avaliar o comportamento do compósito quando sujeito a uma carga fixa e temperatura variando de 20 °C até a temperatura limite da transição vítrea do compósito. Os resultados mostram um elevado grau de integração das FBGs no compósito epóxi. Um dos resultados é promissor para aplicações em um gerador de alta potência e em ambientes hostis com temperatura de trabalho até 127 °C. / This work presents an application of optical fiber sensors based on Bragg gratings encapsulated in polymeric composite resin with glass fiber reinforcement. Three commercial epoxy resins were evaluated. The main objective of the study is to characterize the composites and investigate the feasibility of embedding the optical fiber sensors based on Bragg gratings in epoxy composite. In the characterization of the samples tensile tests were performed to evaluate the residual stress after the curing process. The residual stress was investigated by mains of a FBG sensor embedded in the composite. Additionally, tests were conducted to evaluate the glass transition temperature by DSC technique. The values of the axial tensile and simple flexural stress were investigated using a universal testing machine. In addition, tests were performed for evaluating the composite behavior when subjected to a fixed load and variable temperature ranging from 20 °C to the temperature limit of the glass transition of the composite. The results show a high level of integration of the FBGs with the epoxy composite. One of the results is promising for applications in a high power generator and in hostile environments working at temperatures up to 127 °C. / 5000