A problemática em estudo nesta dissertação aborda a articulação entre conhecimentos integrantes da formação no Curso Técnico em Química (TQ) Integrado ao Ensino Médio, particularmente, do Instituto Federal Farroupilha (IFFarroupilha), e tem como objetivo: Analisar limites e possibilidades de articulação entre conhecimentos técnicos e básicos que perpassam o currículo e a formação de um curso Técnico em Química expressos no contexto da PPI. Essa dissertação teve origem no interesse de compreender limites e possibilidades de concretização do currículo integrado, de investigar se está sendo contemplado no cotidiano das práticas pedagógicas e os resultados que vêm sendo obtidos, particularmente, no contexto da PPI do curso em questão. A atenção foi voltada para os saberes em interlocução no contexto da PPI, assumida como prática profissional integradora na qual são usados e ressignificados os conteúdos/conceitos disciplinares estudados. A pesquisa contempla uma parte empírica que abrangeu a análise de um dos trabalhos desenvolvidos pelos estudantes no contexto da PPI e do Projeto Integrador, no ano 2013. Trata-se da filmagem do momento em que as produções resultantes da PPI foram comunicadas e compartilhadas junto à comunidade interna e externa da Instituição. Outro procedimento de pesquisa foi a análise dos vídeos, para a qual, foi inicialmente feita a degravação das falas dos estudantes, com produção escrita das respectivas transcrições. O processo de construção e análise dos dados foi orientado pelo interesse de identificar a participação/presença das dimensões técnica e básica no processo de formação dos estudantes ao longo da efetivação da PPI, com vistas a compreender possíveis relações entre essas duas dimensões. Com a análise da produção final foi possível perceber indícios de que tais conhecimentos, em diversas situações abrangidas, foram inseridos e que há marcas de incompletude no que se refere à apropriação dos conhecimentos científicos, pelos estudantes. Em diversas falas percebe-se a falta de explicações por meio dessa linguagem. Foi possível perceber, também, que o tema em estudo, por vezes, é abordado de forma superficial e sem contemplar a esperada dimensão dialógica entre formas diversificadas de conhecimento e ação. No entanto, é possível compreender a PPI como ferramenta de articulação entre conhecimentos científicos/básicos e técnicos/tecnológicos para colocar os diversos saberes em interlocução. / 78 f.

Este trabalho de pesquisa aponta para possibilidades de interrelações entre diversos conhecimentos disciplinares e interdisciplinares, a partir da temática “A Prática Profissional Integrada e os diálogos interdisciplinares para a formação profissional, de um Curso Técnico Integrado ao Ensino Médio” que tem como propósito superar a fragmentação do conhecimento, em uma perspectiva interdisciplinar. Trata-se de um Estudo de Caso, que adota uma abordagem qualitativa e quantitativa, conforme propõem os autores como Minayo (2010); Bogdan e Biklen (1994) e Minayo, Deslandes e Gomes (2007). A pesquisa tem como objetivo geral “Investigar os diálogos interdisciplinares da Prática Profissional Integrada que potencializam o conhecimento para uma formação profissional dos alunos do curso Técnico em Química Integrado ao Ensino Médio”. O corpus empírico da pesquisa é constituído pelos relatórios produzidos na Prática Profissional Integrada, no curso Técnico em Química Integrado ao Ensino Médio, ofertado pelo Instituto Federal Farroupilha, Campus Panambi. Os sujeitos da pesquisa foram os alunos da turma que ingressaram no processo seletivo de 2011, lócus empírico, que fizeram o primeiro, o segundo e o terceiro ano, concluído em 2013. A produção dos dados, se constituiu pelas fontes colhidas por meio da pesquisa documental e bibliográfica, a partir da leitura dos relatórios com a literatura pertinente. Para a sistematização, caracterização e análise dos diálogos interdisciplinares seguiu-se as orientações da Análise Textual Discursiva (ATD), por Moraes e Galiazzi (2011). O estudo foi conduzido à luz das “Revoluções Científicas”, que na linguagem epistemológica foi introduzido o termo “Paradigma” por Thomas Kuhn (2000). A interlocução entre os termos disciplinaridade, principalmente pelos pesquisadores André Chervel (1990) e Ivor Goodson (1995); e o termo interdisciplinaridade, tendo como autores Hilton Japiassu (1976), Ivani Fazenda (1993, 1995, 2002, 2011), e outros referenciados. O trabalho está organizado em três capítulos. O primeiro caracteriza o local de pesquisa e descreve o percurso metodológico; o segundo contextualiza o termos disciplinaridade e interdisciplinaridade, seguido de uma abordagem fundamentada no referencial voltado para mudança paradigmática; e o terceiro apresenta os dados produzidos a partir das categorias intuitivas, em que ocorre a caracterização e análise dos diálogos expressos nos relatórios. Ao término verificou-se que a Prática Profissional Integrada, contribui para a construção gradual da prática interdisciplinar, na medida em que as ações são descritas e necessitam reunir diferentes áreas do saber para interpretar, contextualizar, descrever e resolver as temáticas de estudos propostos. Conclui-se, portanto, que a interlocução entre diferentes campos do conhecimento, bem como o diálogo entre o conhecimento científico e outros saberes pode contribuir para o debate epistemológico e, por conseguinte para construção de um conhecimento integrador no âmbito da educação profissional. / 163 f.

A distorção em moduladores eletroópticos integrados, amplamente utilizados em enlaces ópticos, é analisada em termos da faixa dinâmica livre de distorção (Spurious Free Dynamic Range-SFDR), especialmente a causada pela intermodulação de terceira ordem. As características de transmissão de vários tipos de moduladores eletroópticos integrados são apresentadas por meio de modelagens adequadas para uma análise comparativa de suas SFDR. Os seguintes tipos de moduladores são estudados: modulador com cavidade em anel (Ring Resonator Modulator - RRM), modulador Mach-Zehnder com cavidade em anel (Ring Resonator Assisted Mach-Zehnder Modulator - RAMZ), modulador com acoplador direcional, modulador com junção "Y" e o modulador Mach-Zehnder (MZM). Para cada modulador, calculam-se as distorções por intermodulações, especialmente as de terceira ordem, as distorções harmônicas, bem como a composição espectral do sinal na saída de cada modulador. Em outras palavras, os parâmetros ópticos, eletrônicos e geométricos, de cada modulador, são selecionados de forma a evidenciar as não-linearidades de suas características de transmissão. Por exemplo, a análise desenvolvida revela que no caso dos moduladores como o acoplador direcional e junção "Y", uma seleção adequada do comprimento de interação e do espaçamento entre os guias de onda, em combinação com a escolha adequada da voltagem de polarização propicia SFDR da ordem de 126.7dB - Hz4/5 e 125.6dB - Hz4/5 , respectivamente. Com respeito aos moduladores com cavidade em anel e Mach-Zehnder e com cavidade em anel, selecionando-se o coeficiente de acoplamento entre o guia de onda óptico e a cavidade e a voltagem de polarização, obtém-se SFDR da ordem de 126.3dB - Hz4/5 e 128dB - Hz4/5 , respectivamente. Uma vez que a faixa dinâmica do MZM operando em quadratura é igual a 108.6dB - Hz2/3, conclui-se que alguns dos moduladores eletroópticos analisados proporcionam SFDR com 17 dB a 19.4 dB superior à do MZM.

Neste trabalho foram estudados guias ópticos para atuarem como sensores ou em sistemas sensores. Ênfase especial foi dada em guias ópticos retangulares, para dispositivos ópticos integrados, e fibras ópticas elípticas. A analise de fibras ópticas elípticas resultou em um modelamento pratico para projeto das mesmas em aplicações onde se deseja operar com dois modos guiados, situação esta que se mostra muito atraente para implementação de diversos tipos de sensores a fibra óptica. A seguir estendeu-se as aplicações dos dispositivos em guia óptico bimodal com a proposição e analise de dois dispositivos inéditos: o filtro de modos em guia assimétrico, e o sensor a campo evanescente em guia óptico bimodal.

Devido à importância de se construir sensores inerciais de elevado desempenho, surgiu a necessidade de capacitação em novas tecnologias que permitissem maior estabilidade, compactação, baixa suscetibilidade a ruídos externos, baixo peso e reduzidas perdas por acoplamento de radiação óptica. Uma possível metodologia para aumentar o desempenho de sensores inerciais como o Giroscópio a Fibra Óptica (GFO) e o Acelerômetro Opto Mecânico (AOM) é a utilização de circuitos em óptica integrada que venham a substituir parcialmente, ou mesmo totalmente, os dispositivos em fibra óptica presentes nesses sensores. Neste trabalho, propôs-se o estudo do projeto, fabricação e caracterização de dispositivos e de chips em óptica integrada equivalentes aos dispositivos em fibra óptica (fibras ópticas, acopladores a fibra óptica e moduladores) presentes nas atuais versões do GFO e do AOM. Os circuitos ópticos integrados foram projetados de acordo com as especificações dos circuitos equivalentes em fibra óptica, como operação monomodo para os guias, razão de 3dB para os acopladores direcionais e moduladores de fase com baixa tensão para modulação de fase de 180. Este trabalho iniciou-se com o estudo dos circuitos ópticos presentes nos sensores a fibra óptica, os quais serviram de base para este trabalho. Em seguida, estudou-se teoricamente e por meio de simulações alguns dispositivos em óptica integrada como guias planares, guias canais retos e curvos, acopladores direcionais e divisores em Y. Esses estudos iniciais foram fundamentais para o projeto dos circuitos em óptica integrada do GFO e do AOM. Na etapa posterior, realizou-se a caracterização de guias canais fabricados por difusão de titânio em niobato de lítio (LiNbO3), medindo-se a largura à meia altura dos modos fundamentais e medindo-se perda por inserção por acoplamento com fibra óptica. Na etapa seguinte, iniciou-se a elaboração dos circuitos ópticos integrados projetados, partindo-se do projeto e fabricação das máscaras, passando-se pelo corte dos wafers de LiNbO3 com as dimensões adequadas para os chips, até a realização das etapas de litografia para a difusão de titânio. Nas conclusões foram expostas as tarefas executadas durante o trabalho e os resultados obtidos, além de tarefas futuras para dar continuidade a este trabalho.

Este trabalho se insere na área de estudos da detecção interferométrica óptica como forma de interrogação de acelerômetros da vertente tecnológica de sistemas micro-eletro-mecânicos, provenientes do Projeto AcelerAD, financiado pela FINEP, realizado no âmbito do DCTA/IEAv. Acelerômetros são dispositivos capazes de medir acelerações e vibrações, em até três dimensões, às quais é submetido um determinado corpo; sua alta sensibilidade às acelerações é extremamente útil a inúmeras aplicações. Normalmente, o processo de leitura da aceleração é realizado por métodos eletrônicos; contudo, em certas aplicações, é necessário garantir que o processo de obtenção das informações fornecidas pelo acelerômetro seja imune às interferências eletromagnéticas do ambiente de operação. Dessa forma, este trabalho explora a viabilidade de interrogação de acelerômetros por meios ópticos, explorando a natureza interferométrica óptica da topologia estrutural, não intencionalmente concebida para esse propósito, que foi adotada no acelerômetro MEMS desenvolvido no escopo do Projeto AcelerAD.

Na tese apresenta-se a aplicação da Abordagem de Domínio Espectral para o estudo de moduladores eletroópticos integrados com substratos estratificados. As configurações dos moduladores utilizam estruturas de microondas do tipo ondas caminhantes, com seção transversal limitada por paredes condutoras. Os substratos são constituídos por material eletroóptico e camadas dielétricas isotrópicas. A rede de eletrodos planos, utilizada para configurar o campo de modulação, é posicionada em uma interface apropriada do substrato estratificado, e os guias ópticos do tipo canal, estão localizados na camada eletroóptica. A modelagem da interação eletroóptica, para um modulador faixa larga, deve levar em consideração as características de propagação do sinal óptico e do campo elétrico de modulação. Para os guias ópticos obtém-se uma representação análitica para o campo óptico, aplicando-se hipóteses simplificadoras. Por outro lado, o estudo do campo elétrico de modulação, levando-se em consideração os efeitos de dielétricos em multicamadas, da rede de eletrodos com assimetria geométrica e da blindagem elétrica, é realizado através do método de Abordagem de Domínio Espectral. A formulação desenvolvida é aplicada para moduladores com substratos cujos eixos cristalinos são orientados arbitrariamente em relação aos geométricos. Contudo, ênfase especial especial é dedicada aos moduladores que utilizam CPS e CPW com substratos de LiNbO3 ou LiTaO3, com cortes -Z ou -X e buffer-layer de SiO2, por apresentarem grande importância prática. Para moduladores com multi eletrodos, que utilizam um modo de propagação dominante quase-TEM, é apresentado um modelo fundamentado na representação do sinal de modulação através de uma linha de transmissão equivalente. Leva-se em consideração os efeitos do descasamento entre as velocidades dos sinais óptico e de modulação, e os coeficientes de reflexão nas estremidades dos eletrodos. A largura de faixa e a tensão de meia-onda de moduladores são discutidas em detalhes para diversas configurações de interesse prático.

O emprego de sistemas de transmissão óptica de grande capacidade tem-se ampliado de maneira marcante nos últimos anos. A demanda por uma variedade de serviços tem exigido um aumento na largura de faixa que impõe a modulação do feixe óptico por taxas de bits cada vez mais elevadas. A técnica de modulação externa do feixe óptico tem sido uma solução que permite a comunicação em grandes larguras de faixa, através da tecnologia de óptica integrada. Muitos trabalhos têm sido publicados nos últimos anos, procurando sistematizar os métodos de análise e de projeto destes dispositivos. A comparação entre essas publicações mostra a grande dificuldade encontrada na tentativa de se abordarem os problemas que envolvem sinal modulador de freqüência elevada, transmitido em um guia de ondas que utiliza eletrodos de pequenas dimensões tranversais. Neste trabalho, foi feito um estudo dos principais problemas envolvendo o projeto e a análise de desempenho de moduladores eletroópticos em óptica integrada. Estudou-se a influência dos parâmetros geométricos no comportamento desses dispositivos, salientando-se as grandezas responsáveis pela limitação da largura de faixa em altas freqüências. Desenvolveu-se método de cálculo da distribuição do campo modulador em estruturas de múltiplas camadas dielétricas e múltiplos eletrodos e apresentou-se uma abordagem para cálculo das perdas de potência e das características de dispersão. Esta proposta é considerada mais abrangente do que os métodos comumente encontrados na literatura especializada. A maioria das publicações propõem soluções que se aplicam em algumas situações específicas. Os problemas de perda e de dispersão são avaliados a partir da distribuição do campo gerado pelos eletrodos do modulador integrado, levando-se em conta a influência de suas espessuras na distribuição do campo e nas características de propagação. O desenvolvimento teórico foi realizado para uma estrutura com múltiplos condutores e múltiplos dielétricos, com dimensões arbritárias. O tratamento final foi baseado no guia de ondas coplanar, com o qual se garante a propagação de modo único até uma faixa de freqüências bem elevada, determinadas pela geometria do dispositivo.

Este trabalho apresenta um estudo da aplicação de dispositivo multifuncional a óptica integrada em interferômetros de Sagnac a fibra óptica birrefringente. Inicia-se com o estudo teórico de fundamentos em óptica necessários à análise de um interferômetro de Sagnac que utiliza um dispositivo eletroóptico com junção em Y, em substrato em LiNbO3, como dispositivo multifuncional. A dependência da função de transferência do interferômetro com o espectro de potência da fonte de radiação óptica, as características de propagação em fibras ópticas birrefringentes e o dispositivo multifuncional, para várias formas de onda de modulação, foram investigadas teórica e experimentalmente. A formulação desenvolvida resulta em uma compreensível referência sobre a tecnologia de óptica integrada e moduladores eletroópticos, provendo a fundamentação necessária para uma profunda, e em alguns casos original, análise de modulação de fase usando formas de onda senoidal, dente de serra, quadrada, triangular e parabólica. A partir dos resultados desta análise, um arranjo experimental, composto de um interferômetro de Sagnac e de um dispositivo multifuncional a óptica integrada em LINbO3, foi implementado e caracterizado. Os resultados experimentais obtidos encontram-se em boa concordância com as previsões teóricas, e ainda, conclui-se que o dispositivo multifuncional em LiNbO3 permite a implementação de técnicas confiáveis na caracterização de interferômetro de Sagnac a fibra óptica e de circuitos eletrônicos de processamento do sinal interferométrico.

Neste trabalho, formulações do Método dos Elementos Finitos (MEF) são utilizadas no cálculo das soluções de problemas de ondas TEM, TE, TM, em guias de microondas e modos Ex e Ey em guias ópticos. É apresentada a técnica de mapeamento espacial, associada ao MEF, para a solução de modos quasi-guiados (problemas de domínio aberto. São considerados modos TEM e modos Ex e Ey. A abordagem de integração analítica dos elementos de matriz das formulações do MEF é estendida para considerar meios anisotrópicos e não-homogêneos, com qualquer ordem de aproximação polinomial das funções de base de elementos triangulares. O MEF foi aplicado no modelamento de moduladores eletroópticos tipo Mach-Zehnder com guias ópticos construídos por difusão de Titânio em substrato cristalino de Niobato de Lítio (LiNbO3). É apresentada, também, uma análise crítica dos modelos que relacionam a concentração de prótons às variações do índice de refração extraordinário em guias ópticos manufaturados pela técnica de troca de prótons em LiNbO3, seguido de recozimento ("annealing").