Made available in DSpace on 2014-06-12T18:05:00Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo502_1.pdf: 4410988 bytes, checksum: 044aeb3e87c891836eec101e604034ae (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2007 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Este trabalho teve como objetivo principal a construção e utilização de um laser pulsado operando com travamentos de modos passivo. O laser construído tem a sua tecnologia toda baseada em fibras ópticas, e o travamento de modos é obtido através da rotação não linear da polarização. Foram realizadas caracterizações espectrais, temporais e medidas de rotação de polarização utilizando um polarímetro, em função da potência de bombeamento. Foi analisado também o efeito da dispersão na cavidade. O meio ativo laser foi uma fibra dopada com o íon terra rara Er+3 com absorção de 35 dB/m em 1530 nm, sendo esse meio ativo bombeado com um laser de diodo operando em 980 nm, gerando emissão laser em torno de 1560 nm. Com o laser foram gerados pulsos em torno de 5 picosegundos de largura temporal e uma taxa de repetição de aproximadamente 16 MHz. Dependendo do comprimento da cavidade, a taxa de repetição pode ser variada. O laser foi utilizado para medir o índice de refração não linear da água, utilizando para isso a técnica de varredura Z (Z-scan) com controle térmico. Na montagem do experimento foi usado o laser de fibra operando em 1562 nm, com pulsos da ordem de 6 ps de duração, e uma taxa de repetição da ordem de 29 MHz. Obtivemos para o índice de refração não linear da água o valor de n2 = −1,62×10−14cm2/W, que tem como origem o efeito não linear térmico presente em líquidos

[pt] Neste trabalho, descreve-se a geração de pulsos ópticos curtos com diferentes taxas de repetição, para aplicações em sistemas de transmissão de sólitons. Para isto foi desenvolvido um laser a fibra em anel operando na terceira janela de comunicações ópticas (em 1.55 mm), capaz de gerar pulsos curtos, utilizando a técnica de mode-locking ativo. Na configuração empregada o modulador de Mach- Zehnder, normalmente usado, foi substituído por um laser DFB, funcionando como modulador de intensidade e, ao mesmo tempo, como filtro óptico sintonizável. O laser semicondutor tem seu ganho chaveado através de modulação direta, levando a cavidade e operar no regime de mode- locking harmônico. Uma sintonia contínua de comprimentos de onda pode ser obtida, simplesmente, variando-se a temperatura do diodo laser. Foram analisados aspectos como estabilidade, duração e pureza espectral dos pulsos ópticos emitidos por essa fonte, bem como sua faixa de sintonia de comprimentos de onda e possíveis taxas de repetição. Os pulsos ópticos gerados foram transmitidos através de enlaces ópticos com fibra óptica convencional, comprovando-se a propagação de sólitons. / [en] In this dissertation, it is depicted short optical pulses generation with different repetition rates, for soliton based transmission systems applications. In order to accomplish that, a fiber laser operating at the third window of the optical communication (1.55 um) was developed, capable of generate short pulses, through the active mode-locking technique. Within the current configuration, the Mach-Zehnder modulator, usually employed, was replaced by a DFB laser, running as both an intensity modulator and tunable optical filter. The semiconductor laser was gain switched through direct modulation, leading the cavity to operate on harmonic mode- locking scheme. A continuous wavelength tuning could be achieved by changing the temperature of the diode laser. Several aspects were analyzed, such as stability, duration and spectral purity of the optical pulses generated by this source. The wavelength tuning range and its possible repetition rates were also investigated. The optical pulses were transmitted through standard optical fiber links, demonstrating the propagation of solitons.

[pt] Neste trabalho descreve-se a geração de pulsos ópticos curtos estáveis, com durações na faixa de alguns psicossegundos, e diversas taxas de repetição. Para isto foi construído um laser a fibra dopada com érbio, na configuração em anel e operando nos regimes de mode- locking ativo harmônico e racional (MLEFL). As características temporal e espectral dos pulsos são estudadas. Os pulsos de saída apresentam potência de pico elevada e são limitados pela transformada, ou seja, na forma de sólitons. Esses pulsos são extremamente adequados para sistemas de comunicações solitônicos. Os lasers a fibra dopada com érbio operando no regime de mode-locking ativo (MLEFL), têm-se mostrado como um dos candidatos mais promissores para os sistemas solitônicos. Isto se deve ao fato desses dispositivos além de produzirem pulsos ultracurtos e com as características necessárias a esses sistemas, eles apresentam alta potência de saída e possibilitam a variação da taxa de repetição. Para a montagem desses lasers de forma razoavelmente compacta são utilizados componentes ópticos, tais como controladores de polarização, filtros e moduladores, em versões integradas (pigtailed) e já disponíveis comercialmente. / [en] This work describes a simple and stable harmonically mode- locked erbium-doped fiber ring laser, that produces high power, ~ 1 ps transform-limited sech optical pulses. Pulse trains with different high repetition rates were obtained using harmonic mode-locking and rational harmonic mode- locking techniques. The temporal and spectral characteristics of the pulses are studied. The pulses are extremely appropriate for soliton based systems communications. Actively mode-locked erbium doped fiber ring lasers (MLEFL), have attracted much attention and are one of most promising candidates for soliton systems. This is due to some characteristics which are very convenient for high capacity optical systems: they can produce very short transform limited optical pulses at gigahertz rates. Such lasers also present high output powers, long term stability and can be easily tuned to operate in a wide region of wavelengths.

[pt] Neste trabalho, desenvolvemos um laser a fibra, monomodo e de cavidades acopladas, cujo meio de ganho é uma Fibra Dopada com Érbio. As duas cavidades, C1 e C2, foram feitas no mesmo pedaço de fibra dopada, com a mesma concentração de Érbio (Er) e mesmo índice de refração. A Fibra Dopada com Érbio usada era também dopada com Germânio (Ge), que aumenta a fotossensitividade da fibra. Portanto, foi possível escrever Redes de Bragg na mesma fibra para serem usadas como os espelhos da cavidade. A configuração do laser consiste em três Redes de Bragg, escritas no mesmo núcleo da fibra, centradas em 1532nm e separadas por 30cm. As reflectividades das Redes de Bragg eram de 95 por cento, 80 por cento e 60 por cento. Com essa configuração simples de cavidades acopladas, conseguimos uma emissão laser estável e monomodo. Será apresentado também um estudo teórico para descrever o sistema. / [en] In this work, we developed a single mode coupled cavity fiber laser, in which the gain medium is an Erbium Doped Fiber. The two cavities, C1 and C2, were made in the same piece of the doped fiber, with the same concentration of Erbium (Er) and the same refraction index. The Erbium Doped Fiber used was codoped with Germanium (Ge), which increases the photosensitivity of the fiber. Therefore, it was possible to write bragg Gratings in the same fiber to be used as the cavity mirrors. The laser configuration consists of three Bragg Gratings, written in the core of the fiber, centered in 1532 nm and separated by 30cm. Ther Bragg Grating reflectivities were 95 per cent, 80 per cent and 60 per cent. With this simple configuration of coupled cavities, a stable, single mode laser emission was achieved. A theoretical study to describe the system will also be presented.

Materiais compósitos são projetados e fabricados para várias aplicações de alto desempenho, incluindo componentes para os segmentos automobilístico, aeroespacial, aeronáutico, naval, de defesa, de óleo e gás, energia eólica e até equipamentos esportivos. Porém, a união por soldagem de Compósitos de Matriz Metálica de Alumínio (Al-CMM) ainda é um grande obstáculo para a maior disseminação desta classe de materiais estruturais. As mudanças microestruturais decorrentes do ciclo de soldagem e/ou do tratamento térmico afetam sensivelmente as propriedades mecânicas e físico-químicas finais da junta e do metal base nas proximidades de mesma, daí a importância de se estudar a evolução microestrutural que prospera nestas etapas. O presente trabalho caracterizou a microestrutura do compósito liga-A356/SiCp soldado por laser de fibra de Itérbio, empregando-se nessa tarefa técnicas de microscopia óptica, radiografia e microscopia eletrônica de varredura, assim como difração de raios-X e de elétrons retroespalhados, ensaio instrumentado de dureza e microtomografia computadorizada. O foco das análises realizadas restringiu-se à geometria dos cordões de solda, à expulsão de SiC particulado da zona soldada, à volatilização de elementos químicos da poça de soldagem, à formação de precipitados fragilizantes de Al4SiC4 em formato de agulhas no cordão de solda e à determinação das regiões com concentração de poros, todos estes fenômenos tendo efeitos nocivos, em maior ou menor extensão, no desempenho global da junta do Al-CMM soldada a laser, notadamente em suas propriedades mecânicas e eletroquímicas. / Microstructural materials composites are designed and manufactured for various high performance applications, including components for different industries like automobile, aerospace, aeronautical, naval, defense, oil and gas, wind energy and even sports equipment. However, the junction by welding of Aluminum Metal Matrix Composite (Al-MMC) is still a major obstacle to the further spread of this class of structural materials. The microstructural changes resulting from the welding cycle and / or post-weld heat treatment significantly affect the final mechanical and physicochemical properties of the joint and the base metal near it, hence the importance of studying the microstructural evolution that thrives in these steps. This study aims to characterize the microstructure of the composite alloy-A356 / SiCp welding by Ytterbium fiber laser, using optical microscopy, X-ray, scanning electron microscopy, X-ray diffraction, electron backscatter diffraction, instrumented test hardness and computed microtomography. The focus of the analyzes was restricted to the geometry of the weld bead, the particulate SiC expulsion of the welded zone, volatilization of chemical elements from the welding zone, formation of precipitates embrittlement of Al4SiC4 in needle shape in the weld bead and determining the concentration of regions with pores, all these phenomena have harmful effects to a greater or lesser extent, the overall performance of the joining Al-CMM laser welded, mainly in their mechanical and electrochemical properties.

[pt] Esta dissertação faz parte de um projeto mais abrangente que visa caracterizar os parâmetros ideais para perfuração e corte a laser em rochas, metais e cimentos tipicamente utilizados na indústria do petróleo. Este trabalho teve por objetivo de caracterizar cortes a laser em placas de aço. Procurou-se correlacionar a morfologia do corte e a formação de rebarbas com parâmetros operacionais, tais como densidade de potência e posição do ponto focal. O estudo foi desenvolvido para o aço SAE 1020 com e sem anteparo rochoso (Travertino). Foram avaliadas também as mudanças na microestrutura de regiões adjacentes do aço duplex 2205 para diferentes faixas de densidade de potência. Finalmente, avaliou-se também o uso do laser no corte do aço inox submerso em água. Conclui-se que existe uma formação de rebarba, que aumenta conforme a densidade de potência diminui. Por outro lado, quanto maior a densidade de potência, maior é a extensão da mudança na microestrutura do aço. O corte de aço com anteparo rochoso abre novas perspectivas para o desenvolvimento de uma ferramenta baseada em laser de alta potência para completação de poços na indústria do petróleo. / [en] This work is part of a larger project that aims to characterize the optimal parameters for laser cutting and drilling into rocks, metals and cement typically used in the oil industry. This study had as objective to characterize laser cuts in steel plates. An attempt to establish a correlation between the morphology of the cut and the burrs with operating parameters such as power density and position of the focal point. The study was developed for the SAE 1020 steel with and without rocky bulkhead (Travertine). Also, the changes in the microstructure of adjacent regions of duplex steel in 2205 for different ranges of power density were assessed and finally it was evaluated the use of laser cutting of stainless steel submerged in water. It follows that there is a burr formation, which increases as the power density decreases. On the other hand, the higher the power density, the greater is the extent of change in the steel microstructure. Cutting steel with rocky bulkhead opens new perspectives for the tool development with high power laser for well completion in the oil industry tool.

Materiais compósitos são projetados e fabricados para várias aplicações de alto desempenho, incluindo componentes para os segmentos automobilístico, aeroespacial, aeronáutico, naval, de defesa, de óleo e gás, energia eólica e até equipamentos esportivos. Porém, a união por soldagem de Compósitos de Matriz Metálica de Alumínio (Al-CMM) ainda é um grande obstáculo para a maior disseminação desta classe de materiais estruturais. As mudanças microestruturais decorrentes do ciclo de soldagem e/ou do tratamento térmico afetam sensivelmente as propriedades mecânicas e físico-químicas finais da junta e do metal base nas proximidades de mesma, daí a importância de se estudar a evolução microestrutural que prospera nestas etapas. O presente trabalho caracterizou a microestrutura do compósito liga-A356/SiCp soldado por laser de fibra de Itérbio, empregando-se nessa tarefa técnicas de microscopia óptica, radiografia e microscopia eletrônica de varredura, assim como difração de raios-X e de elétrons retroespalhados, ensaio instrumentado de dureza e microtomografia computadorizada. O foco das análises realizadas restringiu-se à geometria dos cordões de solda, à expulsão de SiC particulado da zona soldada, à volatilização de elementos químicos da poça de soldagem, à formação de precipitados fragilizantes de Al4SiC4 em formato de agulhas no cordão de solda e à determinação das regiões com concentração de poros, todos estes fenômenos tendo efeitos nocivos, em maior ou menor extensão, no desempenho global da junta do Al-CMM soldada a laser, notadamente em suas propriedades mecânicas e eletroquímicas. / Microstructural materials composites are designed and manufactured for various high performance applications, including components for different industries like automobile, aerospace, aeronautical, naval, defense, oil and gas, wind energy and even sports equipment. However, the junction by welding of Aluminum Metal Matrix Composite (Al-MMC) is still a major obstacle to the further spread of this class of structural materials. The microstructural changes resulting from the welding cycle and / or post-weld heat treatment significantly affect the final mechanical and physicochemical properties of the joint and the base metal near it, hence the importance of studying the microstructural evolution that thrives in these steps. This study aims to characterize the microstructure of the composite alloy-A356 / SiCp welding by Ytterbium fiber laser, using optical microscopy, X-ray, scanning electron microscopy, X-ray diffraction, electron backscatter diffraction, instrumented test hardness and computed microtomography. The focus of the analyzes was restricted to the geometry of the weld bead, the particulate SiC expulsion of the welded zone, volatilization of chemical elements from the welding zone, formation of precipitates embrittlement of Al4SiC4 in needle shape in the weld bead and determining the concentration of regions with pores, all these phenomena have harmful effects to a greater or lesser extent, the overall performance of the joining Al-CMM laser welded, mainly in their mechanical and electrochemical properties.

Made available in DSpace on 2016-04-18T21:39:49Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Camila Campos Dias1.pdf: 2379886 bytes, checksum: f6caa3559713f5aee5905312eed15997 (MD5) Camila Campos Dias2.pdf: 1312698 bytes, checksum: feece23943bc176a275e8b5e11dc217c (MD5) Previous issue date: 2009-01-30 / Fundo Mackenzie de Pesquisa / In this work we show a study of mode-locking stabilization in an Erbium doped fiber laser with assynchronous mode-locking generating ultra-short pulses at the rate of 10 GHz. The fiber effects are presented as well as the mode-locking techniques. Also is presented a study of energy pulse stabilization, frequency and cavity, in addition an overview of stabilization techniques. Using different cavities setups with different accumulated dispersion, we analyzed the stabilization of the pulse. The temperature effects and state of polarization were studied too and we found that the temperature has greater influence on the stability. After the results of passive approach of the stabilization, we studied two methods of active stabilization, using a feedback and proposed a new one that is a new way of controlling the frequency variations in the cavity. By the use the asynchronous mode-locking, through the cavity frequency, we control the modulator frequency. For the implementation of our proposal, there are two approaches to data acquisition, using a frequency counter or a spectrum analyzer, in this work the tests were performed with the first. / Apresentamos neste trabalho um estudo da estabilização do acoplamento de modos de um laser de fibra dopada com Érbio com modos acoplados assíncronamente operando a uma taxa de 10 GHz com pulsos ultracurtos. Os efeitos que ocorrem na fibra são apresentados assim como os métodos de acoplamento de modos que geram o trem de pulsos. Também é apresentado um estudo da estabilização da energia do pulso, freqüência e cavidade, além do histórico dos meios de estabilização. Utilizando diferentes configurações de cavidade, com diferentes dispersões acumuladas, analisamos o tempo de estabilidade do pulso. Os efeitos da temperatura e do estado de polarização também foram estudados e verificamos que a temperatura tem maior influência na instabilidade. Depois dos resultados da abordagem passiva de estabilização do acoplamento de modos, estudamos dois métodos de estabilização ativa, utilizando um feedback e propusemos um novo método de feedback que é uma nova maneira de controlar as variações de freqüência na cavidade. Como utilizamos o acoplamento de modos assíncrono, através da freqüência da cavidade, controlamos a freqüência do modulador. Para a realização da nossa proposta, existem duas abordagens de aquisição de dados, utilizando um freqüencímetro ou um analisador de espectro elétrico, sendo que os testes deste trabalho foram realizados com o primeiro.

Made available in DSpace on 2016-12-12T20:15:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 elementos pre-textuais.pdf: 162361 bytes, checksum: 82f1f3cdfd0bb7d2b36c65252dee4600 (MD5) Previous issue date: 2012-02-24 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The erbium-doped fiber dual-ring laser is a four-dimensional continuous-time dynamical system, modeled by a set of four autonomous, first-order ordinary differential equations, and has been investigated in the last years due to several applications, as an example, chaos control, chaos synchronization and telecommunications systems. In this work we study the nonlinear dynamics of an erbium-doped fiber dual-ring laser from two points of view, analytical and numerical. The analytical investigation consists in to analyse the stability of an equilibrium point, using the Routh-Hurwitz criterion and some eigenvalues of the Jacobian matrix. The numerical investigation was performed in a the two-dimensional parameter-space of a set autonomous, seven-parameter, four-dimensional first-order ordinary differential equation system, tuning two parameters that control the dynamics. By using the Lyapunov exponents spectrum as a measure of chaotic and periodic behaviors, we construct parameter-space diagrams to characterize the dynamics of the model. We study the self-organized periodic structures embedded in a chaotic region by means of bifurcation diagrams, showing that there are directions in two-dimensional parameter-spaces in which the periodic structures are arranged in period-adding bifurcation cascades. / O laser de fibra de dois anéis dopado a érbio é um sistema dinâmico quadridimensional a tempo contínuo, modelado por um conjunto de quatro equações diferenciais ordinárias de primeira ordem autônomas, e tem sido investigado nos últimos anos devido as diversas aplicações, como por exemplo, controle de caos, sincronização de caos e sistemas de telecomunicações. Neste trabalho estudamos a dinâmica não linear do laser de fibra de dois anéis dopado a érbio a partir de dois pontos de vista, analítico e numérico. A investigação analítica consiste em analisar a estabilidade de um ponto de equilíbrio do sistema, usando o critério de Routh-Hurwitz e alguns autovalores da matriz Jacobiana. A investigação numérica foi realizada em um espaço de parâmetros bidimensional de um conjunto de quatro equações diferencias ordinárias de primeira ordem autônomas com sete parâmetros, variando dois parâmetros que controlam a dinâmica. Usando o maior Expoente de Lyapunov como uma medida dos comportamentos caótico e periódico construímos diagramas do espaço de parâmetros para caracterizar a dinâmica do modelo. Estudamos as auto-organizações de estruturas periódicas imersas em uma região caótica usando diagramas de bifurcação, mostrando que existem direções específicas no espaço de parâmetros bidimensional em que tais estruturas periódicas são arranjadas em cascatas de bifurcação por adição de período.

Made available in DSpace on 2016-03-15T19:37:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Claudia Barros dos Santos.pdf: 3294972 bytes, checksum: b848d69d9c6a8c824e5142a4e3659d37 (MD5) Previous issue date: 2011-01-21 / In this work, we inserted two Arrayed Waveguide Gratings (AWGs), in an Erbium doped fiber ring cavity laser, where a single gain medium at room temperature can emit laser in multiples wavelengths, simultaneous and individualy controlled. The setup allowed us to check different functions in the ring cavity. Here we show emission in CW regime, Passive Mode-Locking, using Carbon Nanotubes as saturable absorbers and finally Active mode-locking at 7GHz, simultaneously. / Neste trabalho, fez-se a inserção de duas grades de difração matriciais com guias de onda, ou AWGs (Arrayed Waveguide Gratings) em uma cavidade laser de fibra dopada com Érbio, onde um único meio de ganho em temperatura ambiente pode gerar ação laser em múltiplos comprimentos de onda, com emissões simultâneas e controladas individualmente. A configuração utilizada permitiu o teste com diferentes regimes de operação simultâneos dentro da cavidade. Mostramos a possibilidade de emissão laser em regime CW, em regime de mode-locking passivo, com o uso de nanotubos de carbono como absorvedor saturável e, por último, em regime de modelocking ativo com uma freqüência de modulação de 7 GHz.