Many dams existing today were constructed around fifty years ago. Condition monitoring is essential for maintaining high safety and determining the current level of safety and stability for these dams. There is a need for new monitoring techniques and finite element coupled monitoring could be one of these techniques. A concrete arch dam located in Sweden is modelled and calibrated with respect to concrete temperature measurements. The temperature distribution is then defined as a prescribed strain in a structural mechanical model in which a parametric study is performed. The results from the parametric study are compared to measurements of the crest deformation and a combination of parameters is found giving the lowest difference between measurements and model results for the mid-section. The results show that the finite element model can be used to predict the behavior of the dam with acceptable deviation. The parametric study indicates that the reference temperature of the concrete has little effect on the amplitude of the deformation and that the governing factor is the coefficient of thermal expansion. / Många av de dammar som finns idag byggdes för omkring femtio år sedan. Tillståndsövervakning är avgörande för att kunna bestämma nivån av säkerhet och stabilitet för dessa dammar. Det finns ett behov av ny övervakningsteknik och finita element-kopplad övervakning kan vara en av dessa tekniker. En betongvalvdamm modelleras och kalibreras med avseende på uppmätt betongtemperatur. Den beräknade temperaturfördelningen definieras sedan som en föreskriven töjning en strukturmekanisk modell i vilken en parametrisk studie utförs. Resultaten från parameterstudien jämförs med mätningar av kröndeformation och en kombination av parametrar identifieras som ger lägsta skillnad mellan mätningar och modellresultat för mittsektionen. Resultaten visar att modellen kan användas för att förutsäga dammens beteende med acceptabel avvikelse. Parameterstudien indikerar att referenstemperaturen för betongen har liten inverkan på amplituden för deformationen och att den styrande faktorn är längdutvidgningskoefficienten.

Old concrete buttress dams are sensitive to cracking if exposed to large temperature variations. The cracks can make dams sensitive to failure, depending on the size and location of the cracks. These problems can be overcome by lowering the temperature variations and stabilizing the dams. Insulation walls can be built to lower the temperature variations, and the area inside the insulation wall can be climate controlled to ensure a constant temperature. Stabilizing measures could be installing tendons, anchoring monoliths to the foundation or to keep parts of the monolith together. However, the best way to make sure the dam is functioning as expected is to monitor the behavior of the dam through different sensors. The sensors should be connected to some kind of dam monitoring software, which can indicate whether the dam is going to fail in a near future. For this to work, some kind of alert and alarm values has to be determined. The main purpose for this project is to develop a finite element model that could be used to simulate the real behavior of a concrete buttress dam and predict the future behavior of the dam. This makes it possible to determine alert and alarm values for monitoring equipment installed on the dam. Some steps are necessary to be able to create a finite element model representing the real behavior and to predict the future behavior of a dam. A first step is calibration of the model against real measurements, and during the calibration process it is important to evaluate the predictions made. A second step is to determine the normal variation in the behavior of the dam. A last step is to define suitable alert and alarm values, where the alert values are based on the normal variation of the dam and the alarm values are based on failure analyses. The results show that it is possible to calibrate a finite element model with sufficient accuracy in order for it to be used for predictions of the dams behavior. The results show two failure modes of the concrete buttress dam which deviate from previous research, where post-tensioned tendons were not included. From the results, information is given about where to place sensors to be able to capture a failure, how well the finite element model is calibrated, and what the alarm values should be. Furthermore, the results show that the evaluation of predictions made in the calibration process is of utmost importance to achieve a model representing the real behavior. / Gamla betonglamelldammar är känsliga för sprickbildning om de utsätts för stora temperaturvariationer. Sprickor kan göra dammarna känsliga för brott, beroende på storlek och placering av sprickorna. Dessa problem kan övervinnas genom att sänka temperaturvariationerna och stabilisera dammarna. Isoleringsväggar kan byggas för att sänka temperaturvariationerna, och området innanför isoleringsväggen kan klimatkontrolleras för att säkerställa en konstant temperatur. Stabiliserande åtgärder skulle kunna vara att installera spännkablar, förankring av monoliten till berggrunden eller att hålla ihop delar av monoliten. Emellertid är det bästa sättet att se till dammen fungerar som förväntat för att övervaka beteendet hos dammen genom olika sensorer. Givarna borde anslutas till någon form av programvara för dammövervakning, som kan indikera om dammen kommer att gå till brott inom en snar framtid. För att detta ska fungera måste någon form av mjuka och hårda larmvärden bestämmas. Huvudsyftet för detta projekt är att skapa en finit elementmodell som kan användas för att simulera det verkliga beteendet hos en betonglamelldamm och förutsäga framtida beteende av dammen för att kunna bestämma mjuka och hårda larmvärden för vald övervakningutrustning på dammen. Några steg är nödvändiga för att kunna skapa en finit elementmodell som representerar det verkliga beteendet och göra det möjligt att förutsäga det framtida beteendet av en damm. Ett första steg är kalibrering av modellen mot riktiga mätningar och under kalibreringsprocessen är det viktigt att utvärdera predikterade värden. Ett andra steg är att bestämma den normala variationen av dammens beteende. Ett sista steg är att definiera lämpliga värden för mjuka och hårda larmvärden, där de mjuka värdena baseras på dammens normala variation och de hårda larmvärdena på brottsanalyser. Resultaten visar att det är möjligt att kalibrera en finit elementmodell med tillräckligt god noggrannhet att den kan användas för prediktering av dammens beteende. Resultaten visar två brottmoder av betonglamelldammen som skiljer sig från tidigare studier där spännkablar inte hade inkluderats. Från resultaten ges information om var sensorer ska placeras för att kunna fånga ett brott, hur väl finita elementmodellen kalibrerats, och vilka de mjuka och hårda larmvärdena bör vara. Dessutom visar resultaten att utvärderingen av predikteringar som gjorts i kalibreringsprocessen är av yttersta vikt för att uppnå en modell som representerar det verkliga beteendet.

[EN] The injection system is one of the topics that has been paid most attention to by researchers in the field of direct injection diesel engines, due to its key role on fuel atomization, vaporization and air-fuel mixing process, which directly affect fuel consumption, noise irradiation and pollutant emissions. The increasing injection pressures in modern engines have propitiated the need of studying phenomena such as cavitation, compressible flow or the effect of changes in the fuel properties along the process, whose relative importance was lower in early stages of the reciprocating engines development. The small dimensions of the injector ducts, the high velocities achieved through them and the transient nature of the process hinder the direct observation of these facts. Computational tools have then provided invaluable help in the field. The objective of the present thesis is to analyse the influence of the thermal effects on the performance of a diesel injector. To this end, the fuel temperature variation through the injector restrictions must be estimated. The influence of these changes on the fuel thermophyisical properties relevant for the injection system also needs to be assessed, due to its impact on injector dynamics and the injection rate shape. In order to give answer to the previous objectives, both experimental and computational techniques have been employed. A dimensional and a hydraulic experimental characterization of a solenoid-actuated Bosch CRI 2.20 injector has been carried out, including rate of injection measurements at a wide range of operating conditions, with special attention to the fuel temperature control. A 1D computational model of the injector has been implemented in order to confirm and further extend the findings from the experiments. Local variations of fuel temperature and pressure are considered by the model thanks to the assumption of adiabatic flow, for which the experimental characterization of the fuel properties at high pressure also had to be performed. The limits of the validity of this assumption have been carefully assessed in the study. Results show a significant influence of the fuel temperature at the injector inlet on injection rate and duration, attributed to the effect of the variation of the fuel properties and to the fact that the injector remains in ballistic operation for most of its real operating conditions. Fuel temperature changes along the injector control orifices are able to importantly modify its dynamic behaviour. In addition, if the fuel at the injector inlet is at room temperature or above, the temperature at the nozzle outlet has not been proved to importantly change once steady-state conditions are achieved. However, a significant heating may take place for fuel temperatures at the injector inlet typical of cold-start conditions. / [ES] El sistema de inyección es uno de los elementos que más interés ha despertado en la investigación en el campo de los motores diésel de inyección directa, debido a su papel clave en la atomización y vaporización del combustible así como en el proceso de mezcla, que afectan directamente al consumo y la generación de ruido y emisiones contaminantes. Las crecientes presiones de inyección en motores modernos han propiciado la necesidad de estudiar fenómenos como la cavitación, flujo compresible o el efecto de los cambios de las propiedades del combustible a lo largo del proceso, cuya importancia relativa era menor en etapas tempranas del desarrollo de los motores alternativos. Las pequeñas dimensiones de los conductos del inyector, las altas velocidades a través de los mismos y la naturaleza transitoria del proceso dificultan la observación directa en estas cuestiones. Por ello, las herramientas computacionales han proporcionado una ayuda inestimable en el campo. El objetivo de la presente tesis es analizar la influencia de los efectos térmicos en el funcionamiento de un inyector diésel. Para tal fin, se debe estimar la variación de la temperatura del combustible a lo largo de las restricciones internas del inyector. La influencia de estos cambios en las propiedades termofísicas del combustible más relevantes en el sistema de inyección también debe ser evaluada, debido a su impacto en la dinámica del inyector y en la forma de la tasa de inyección. Para dar respuesta a estos objetivos, se han utilizado técnicas experimentales y computacionales. Se ha llevado a cabo una caracterización dimensional e hidráulica de un inyector Bosch CRI 2.20 actuado mediante solenoide, incluyendo medidas de tasa de inyección en un amplio rango de condiciones de operación, para lo que se ha prestado especial atención al control de la temperatura del combustible. Se ha implementado un modelo 1D del inyector para confirmar y extender las observaciones extra\'idas de los experimentos. El modelo considera variaciones locales de presión y temperatura del combustible gracias a la hipótesis de flujo adiabático, para lo cual también se ha tenido que llevar a cabo una caracterización experimental de las propiedades del combustible a alta presión. Los límites de la validez de esta hipótesis se han analizado cuidadosamente en el estudio. Los resultados muestran una influencia significativa de la temperatura del combustible a la entrada del inyector en la tasa y duración de inyección, atribuida al efecto de la variación de las propiedades del combustible y al hecho de que el inyector permanece en operación balística para la mayoría de sus condiciones de funcionamiento. Los cambios en temperatura del combustible a lo largo de los orificios de control del inyector son capaces de modificar su dinámica considerablemente. Además, si el combustible a la entrada del inyector se encuentra a temperatura ambiente o por encima, se ha observado que la temperatura a la salida de la tobera no varía de manera importante una vez se alcanzan condiciones estacionarias. No obstante, un calentamiento significativo puede tener lugar para temperaturas de entrada típicas de las condiciones de arranque en frío. / [CA] El sistema d'injecció és un dels elements que més interés ha despertat en la investigació en el camp dels motors dièsel d'injecció directa, degut al seu paper clau en l'atomització i vaporització del combustible, així com en el procés de mescla, que afecten directament el consum i la generació de soroll i emissions contaminants. Les creixents pressions d'injecció en motors moderns han propiciat la necessitat d'estudiar fenòmens com la cavitació, flux compressible o l'efecte dels canvis de les propietats del combustible al llarg del procés, la importància relativa dels quals era menor en les primeres etapes del desenvolupament dels motors alternatius. Les menudes dimensions dels conductes de l'injector, les altes velocitats a través dels mateixos i la natura transitòria del procés dificulten l'observació directa en estes qüestions. Per això, les ferramentes computacionals han proporcionat una ajuda inestimable en el camp. L'objectiu de la present tesi és analitzar la influència dels efectes tèrmics en el funcionament d'un injector dièsel. Per a tal fi, es deu estimar la variació de la temperatura del combustible al llarg de les restriccions internes de l'injector. La influència d'estos canvis en les propietats termofísiques del combustible més relevants en el sistema d'injecció també ha de ser avaluada, degut al seu impacte en la dinàmica de l'injector i en la forma de la tasa d'injecció. Per tal de donar resposta a estos objectius, s'han utilitzat tècniques experimentals i computacionals. S'ha dut a terme una caracterització dimensional i hidràulica d'un injector Bosch CRI 2.20 actuat mitjançant solenoide, incloent mesures de tasa d'injecció en un ampli rang de condicions d'operació, per al que s'ha prestat especial atenció al control de la temperatura del combustible. S'ha implementat un model 1D de l'injector per tal de confirmar i estendre les observacions extretes dels experiments. El model considera variacions locals de pressió i temperatura del combustible gràcies a la hipòtesi de flux adiabàtic, per la qual cosa també s'ha hagut de dur a terme una caracterització experimental de les propietats del combustible a alta pressió. Els límits de la validesa d'esta hipòtesi s'han analitzat acuradament en l'estudi. Els resultats mostren una influència significativa de la temperatura del combustible a l'entrada de l'injector en la tasa i duració d'injecció, atribuïda a l'efecte de la variació de les propietats del combustible i al fet que l'injector roman en operació balística per a la majoria de les seues condicions de funcionament. Els canvis en temperatura del combustible al llarg dels orificis de control de l'injector són capaços de modificar la seua dinàmica considerablement. A més, si el combustible a l'entrada de l'injector es troba a temperatura ambient o per damunt, s'ha observat que la temperatura a l'eixida de la tobera no varia de manera important una vegada s'han assolit condicions estacionàries. No obstant això, un escalfament significatiu pot tenir lloc per a temperatures d'entrada típiques de les condicions d'arrancada en fred. / Carreres Talens, M. (2016). Thermal effects influence on the Diesel injector performance through a combined 1D modelling and experimental approach [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/73066

Disertacijos darbo tikslas buvo, modeliuojant bei vykdant eksperimentus, išanalizuoti siūlomo sudėtinio aktyvaus lazerio elemento koncepcijos prielaidas ir taikymų galimybes, bei surasti veiksnius, ribojančius pasiūlyto sudėtinio aktyvaus lazerio elemento galimybes. Šiame darbe buvo pasiūlytas lazerio aktyvusis elementas, kuris apjungia įvairių tipų lazerinių aktyviųjų elementų gerąsias savybes. Tačiau eksperimentai parodė, jog toks sudėtinis elementas neturi pranašumo prieš plačiai naudojamus strypo formos lazerinius aktyviuosius elementus. Siekiant paaiškinti susidarančių optinių iškraipymų priežastis, buvo sukurti ir pritaikyti teoriniai modeliai, aprašantys aktyvios terpės optines, termo-optines bei termo-mechanines savybes. Sukurtas optinių iškraipymų vertinimo metodas, leidžiantis palyginti skirtingų konfigūracijų elementus šiluminių reiškinių sąlygotų optinių iškraipymų atžvilgiu. Taip pat pateiktas paprastas modelis, gerai aprašantis iš daugiamodžio šviesolaidžio išėjusios kaupinimo spinduliuotės intensyvumo skirstinio kitimą. Visi pateikti teoriniai modeliai buvo patvirtinti eksperimentiniais matavimais. Naudojantis sukurtais teoriniais modeliais buvo nustatyta, jog pagrindinė optinių iškraipymų priežastis siūlomame sudėtiniame lazeriniame elemente yra nelegiruota terpė tarp plonų legiruotų sluoksnių, kurioje vykstantys šiluminiai reiškiniai riboja tokio lazerinio aktyvaus elemento galimybes. / The aim of this PhD thesis was to investigate the concept and application abilities of a proposed composite laser element finding factors that limit performance of such laser element. In this work a composite laser element was proposed which combines decent properties of various laser elements. Nevertheless, experiments showed that such element has no advantage over a widely used rod type active laser elements. In order to explain the nature of induced optical aberrations, theoretical models describing optical, thermo-optical and thermo-mechanical properties of active medium were developed and applied. An original method to rate induced optical aberrations which allow unambiguous comparison of different aberrations was presented. A simple model to calculate the variation of intensity distribution as the beam propagates was presented also. All models were confirmed experimentally. Using developed models it was found that the main cause of optical aberrations in the proposed element is the undoped medium between thin doped layers. Generally, abilities of proposed active laser elements are limited by thermal effects in the undoped medium.

The aim of this PhD thesis was to investigate the concept and application abilities of a proposed composite laser element finding factors that limit performance of such laser element. In this work a composite laser element was proposed which combines decent properties of various laser elements. Nevertheless, experiments showed that such element has no advantage over a widely used rod type active laser elements. In order to explain the nature of induced optical aberrations, theoretical models describing optical, thermo-optical and thermo-mechanical properties of active medium were developed and applied. An original method to rate induced optical aberrations which allow unambiguous comparison of different aberrations was presented. A simple model to calculate the variation of intensity distribution as the beam propagates was presented also. All models were confirmed experimentally. Using developed models it was found that the main cause of optical aberrations in the proposed element is the undoped medium between thin doped layers. Generally, abilities of proposed active laser elements are limited by thermal effects in the undoped medium. / Disertacijos darbo tikslas buvo, modeliuojant bei vykdant eksperimentus, išanalizuoti siūlomo sudėtinio aktyvaus lazerio elemento koncepcijos prielaidas ir taikymų galimybes, bei surasti veiksnius, ribojančius pasiūlyto sudėtinio aktyvaus lazerio elemento galimybes. Šiame darbe buvo pasiūlytas lazerio aktyvusis elementas, kuris apjungia įvairių tipų lazerinių aktyviųjų elementų gerąsias savybes. Tačiau eksperimentai parodė, jog toks sudėtinis elementas neturi pranašumo prieš plačiai naudojamus strypo formos lazerinius aktyviuosius elementus. Siekiant paaiškinti susidarančių optinių iškraipymų priežastis, buvo sukurti ir pritaikyti teoriniai modeliai, aprašantys aktyvios terpės optines, termo-optines bei termo-mechanines savybes. Sukurtas optinių iškraipymų vertinimo metodas, leidžiantis palyginti skirtingų konfigūracijų elementus šiluminių reiškinių sąlygotų optinių iškraipymų atžvilgiu. Taip pat pateiktas paprastas modelis, gerai aprašantis iš daugiamodžio šviesolaidžio išėjusios kaupinimo spinduliuotės intensyvumo skirstinio kitimą. Visi pateikti teoriniai modeliai buvo patvirtinti eksperimentiniais matavimais. Naudojantis sukurtais teoriniais modeliais buvo nustatyta, jog pagrindinė optinių iškraipymų priežastis siūlomame sudėtiniame lazeriniame elemente yra nelegiruota terpė tarp plonų legiruotų sluoksnių, kurioje vykstantys šiluminiai reiškiniai riboja tokio lazerinio aktyvaus elemento galimybes.

Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais / The recent progress in the manufacturing of semiconductor quantum dots (QD) systems has made possible the coherent control of quantum states in QDs using optical or electrical techniques. Laser pulses have been recently used to coherently coponto quânticontrol the exciton population in QDs. The coherent manipulation of quantum states is a high priority task to the development of quantum information and quantum computation. One particular signature of coherency in quantum systems is the Rabi oscillations, which were recently observed in a few experimental works. Here we theoretically study a system composed of a semiconductor QD, tunnel coupled to electron reservoirs. In the presence of a laser field an electron-hole pair is created in the QD. An external source-drain (bias) voltage allows electrons and holes to tunnel to the reservoirs. The study was developed via the non-equilibrium Green s function technique. We solve numerically a set of coupled differential equations to the retarded and lesser Green functions. This gives the occupation probabilities of the two levels of the QD and the laserinduced photocurrent as a function of time. We focus our attention on the effects of temperature on the Rabi oscillations. Our main findings encompass a thermal activated Pauli blockade of the Rabi oscillations that can be controlled via the reservoirs temperature. We also discussed the effects of this thermal activation of Pauli blockade on the photocurrent. These results suggest that ability to measure temperatures via quantum coherent signals, thus suggesting the possibility of a new quantum-dot based thermometer. / O recente progresso na fabricação de sistemas de pontos quânticos semicondutores (PQ) tem tornado possível o controle coerente de estados quânticos em PQs utilizando técnicas ópticas ou elétricas. Pulsos de laser têm sido recentemente utilizados para controlar coerentemente a população de éxcitons em PQs. A manipulação coerente de estados quânticos é uma tarefa de alta prioridade para o desenvolvimento da informação e computação quântica. Uma assinatura particular de coerência em estados quânticos são as oscilações de Rabi, as quais foram recentemente observadas em trabalhos experimentais. Neste trabalho estudamos, teoricamente, um sistema composto por um PQ semicondutor, túnel-acoplado a reservatórios de elétrons. Na presença de um campo de laser um par elétron-buraco é criado no PQ. Uma tensão fonte-dreno (bias) permite que elétrons e buracos tunelem para os reservatórios. O estudo foi desenvolvido através da técnica de funções de Green de não-equilíbrio. Resolvemos numericamente um conjunto de equações diferenciais acopladas para as funções de Green retardada e menor. Estas fornecem a probabilidade de ocupação dos dois níveis no PQ e a fotocorrente induzida por laser. Concentramos nossa atenção nos efeitos da temperatura sobre as oscilações de Rabi. Nossos principais resultados incluem um bloqueio de Pauli termicamente ativado na fotocorrente. Estes resultados sugerem a habilidade de medir temperatura via sinais quânticos coerentes, sugerindo, assim, a possibilidade de um novo termômetro baseado em pontos quânticos. / Mestre em Física

Ce travail vise à prédire le comportement dynamique de transmissions par engrenages supportées par des paliers hydrodynamiques, semblables à celles utilisées dans le domaine de la propulsion navale. Un modèle couplé de transmission mécanique est présenté ; il traite la plupart des interactions possibles entre les engrenages, les arbres et les paliers. Un élément d’engrenages à dentures larges, avec raideur non linéaire et dépendante du temps, est combiné à des éléments finis de poutre alors que la contribution des paliers est introduite par la résolution directe de l’équation de REYNOLDS et d’un model thermique simplifié. A cause des jeux de fonctionnement des paliers, une attention particulière a été portée à la définition de l’état de référence et des degrés de liberté. La réponse du système est calculée par la combinaison d’un schéma d’intégration temporelle, d’une méthode de NEWTON-RAPHSON et d’un algorithme de contact normal unilatéral de manière à ce que les conditions de contact aux paliers et entre les dents soient simultanément traitées. Les résultats de simulation sont comparés à des mesures réalisées sur un banc d’essai de haute précision possédant un train simple étage en dentures droites et hélicoïdales, supporté par des paliers lisses de type hydrodynamique. Les comparaisons fournissent un bon accord et aboutissent à la validation du modèle de couplage tant sur les aspects globaux que locaux. Bon nombre de résultats sont également présentés, qui montrent que certains paramètres, bien souvent ignorés dans les modèles de la littérature, tels que la position de la zone d’alimentation des paliers, la température de lubrifiant dans les paliers, les accouplements avec l’environnement extérieur peuvent fortement modifier l’équilibre statique et le comportement dynamique du système, jusqu’aux contacts entre les dents. / The present work is aimed at predicting the dynamic behaviour of geared transmissions supported by hydrodynamic journal bearings, similar to those used in naval propulsion. A global model of mechanical transmissions is introduced which deals with most of the possible interactions between gears, shafts and hydrodynamic journal bearings. A specific element for wide-faced gears with non linear time-varying mesh stiffness and tooth shape deviations is combined with shaft finite elements whereas the bearing contributions are introduced based on the direct solution of REYNOLDS’ equation and a simple thermal model. Because of the large bearing clearances, particular attention has been paid to the definition of the degrees-of-freedom and their datum. Solutions are derived by combining a time-step integration scheme, a NEWTON-RAPHSON method and a normal contact algorithm in such a way that the contact conditions in the bearings and on the gear teeth are simultaneously dealt with. The simulation results are compared with the measurement obtained on a high-precision test rig with single stage spur and helical gears supported by hydrodynamic journal bearings. The experimental and simulation results compare well thus validating the simulation strategy both at the global and local scales. A number of results are presented which show that parameters often discarded in global models such as the location of the oil inlet area, the oil temperature in the bearings and external couplings with mechanical parts can be influential on the static and dynamic behaviour of the system.

Les systèmes radar nécessitent d’être de plus en plus performants et doivent émettre des impulsions les plus identiques possibles. Un critère permet de quantifier la bonne régularité des impulsions radar au cours du temps : la stabilité pulse à pulse. L’amplificateur de puissance est un élément essentiel du système radar. Dans ce sens, ce travail présente une analyse du critère de stabilité pulse à pulse dans le cas d’un amplificateur HEMT GaN. Les formules mathématiques permettant d’extraire la valeur de la stabilité pulse à pulse des mesures temporelles d’enveloppe sont présentées. La conception et la réalisation d’un amplificateur de puissance RF connectorisé 50 Ω sont décrites. Divers cas de rafales radar ont été étudiés au travers des mesures temporelles d’enveloppe pour en quantifier l’impact sur les valeurs de stabilité pulse à pulse. Un banc de mesure hétérodyne de la stabilité pulse à pulse a été spécialement développé pendant ces travaux de thèse. Finalement, ces résultats de stabilité pulse à pulse ont été utilisés pour optimiser le modèle électrique non linéaire du transistor HEMT GaN afin de prendre en compte lors des simulations temporelles d’enveloppe les effets de la thermique et des pièges. / Radar-oriented applications require stringent performances. Among them, emitting pulse train with uniform envelope characteristics in term of amplitude and phase. The criterion to quantify the self-consistency of radar signals over the pulse train is the pulse to pulse stability. The power amplifier is the most critical element in the RF radar chain because it has a strong impact on the overall pulse to pulse stability performances. In this context, this work is focused on the study of the impact of a HEMT GaN power amplifier on the pulse to pulse stability. Mathematical approach is presented to derive the pulse to pulse stability from time domain envelope measurements. Design and implementation of a 50Ω matched RF power amplifier are presented. Different radar bursts scenario are investigated and their impact on the pulse to pulse stability are quantified through extensive time domain envelope measurements. For that purpose, a dedicated experimental heterodyne time domain envelope test bench has been developed. These pulse to pulse stability measurements are finally used to optimize and fully validate a nonlinear electrical model of a HEMT GaN, allowing to quantify the relative impact of thermal and trapping effects during circuit envelope simulation in radar-oriented applications.

Ce travail concerne le développement d’une fibre optique à structure originale permettant la montée en puissance moyenne et crête dans les systèmes lasers à 2μm. La gestion des effets thermiques est devenue aujourd’hui un enjeu primordial notamment pour essayer de repousser le seuil d’apparition des instabilités modales transverses. Le principe mis en avant ici est basé sur la rupture de symétrie de la gaine microstructurée de la fibre afin d’améliorer la délocalisation des modes d’ordre supérieur vers l’extérieur du milieu à gain. Ainsi une propagation quasi-monomode est obtenue dans une fibre apériodique passive avec un coeur de 140μm à 2μm. Un travail de modélisation a été mené de manière à proposer d’autres structures basées sur une modulation contrôlée de l’indice de réfraction dans le milieu à gain afin de repousser encore plus le seuil du régime multimode. En outre, la fabrication de la première fibre dopée thulium à large aire modale (Dcoeur = 18μm) par la méthode REPUSIL a montré une efficacité de 50%. Ensuite, la fabrication de la première fibre rigide complètement apériodique à gaine réduite dopée thulium a été réalisée. Une fibre avec un coeur de 29μm et un diamètre extérieur de 769μm et une longueur de 86cm a été caractérisée en configuration laser et a permis d’obtenir une émission laser à 2μm de 3,8W (puissance limitée par la puissance de la diode de pompe disponible) avec un rendement de 20% et une qualité de faisceau quasi-monomode. De plus, une fibre passive complètement apériodique à polarisation unique avec un coeur de 140μm a également été réalisée et a permis d’obtenir un ratio d’extinction de polarisation de 16,5dB à 2μm. / This work deals with the development of an original leaky structure of optical fiber aiming at generating a high power laser radiation at 2μm in CW and pulsed regimes. The management of thermal effects in high power/energy regime became a major issue, in particular to push further the transverse modal instabilities threshold. Our approach consists in breaking the symmetry of the microstructured fiber cladding for to improve the delocalization of the high order modes outside of the gain medium. Thus, an effective single-mode propagation at a 2μm operating wavelength was first demonstrated into a passive aperiodic fibers whose the core diameter reaches up to 140 μm. After implementing some Stress Applying Parts over our aperiodic design, a PER of 16.5dB was achieved at 2μm using a single polarization passive FA-LPF with a core of 140 μm. Thence, a numerical study on the tailoring the active core refractive index has been carried out so as to fend off the threshold of multimodedness. Additionally, the first LMA Tm-doped fiber (Dcoeur = 18μm) fabricated by the REPUSIL method and showing an efficiency of 50% is demonstrated. Thereafter, the fabrication of the first rod-type Tm-doped FA-LPF with reduced cladding is shown. A 29 μm core FA-LPF was characterized in laser configuration, leading to an effective single-mode emission of 3.8W of average power at 2μm strictly restricted by the available pump power and an efficiency of 20%.

Several types of instability can affect the interface between two fluids. For instance, a Rayleigh-Taylor instability (or density fingering) is encountered when a heavier fluid is placed upon a lighter one in the gravity field and double diffusive instabilities can be triggered by differential diffusivity of the different species present in the fluid. <p>In this context our work aims to understand theoretically in which way a chemical reaction can induce and influence such instabilities in a fluid initially at rest.<p>To understand the dynamics resulting from the coupling between chemical reactions and hydrodynamical instabilities we use chemical fronts as model systems. These fronts result from the coupling between autocatalytical chemical reactions and diffusion and they allow to create a self-organized interface between the products and the reactants. As during a chemical reaction the density may vary due to solutal and thermal effects, the products and the reactants can have different densities which may trigger convection movements leading to the destabilization of the fronts.<p><p>We have in particular studied the influence of the exothermicity of the reaction on the fingering of chemical fronts, focusing first on the influence of heat losses through the walls of the set-up.<p>These leaks have a marked influence on the dynamics because they affect the temperature profiles and hence the density profiles too. We have also classified the various types of instabilities that may appear dues to solutal and thermal effects. We have found a new type of hydrodynamic instability of statically stable fronts induced by the chemical reaction. <p><p>We have furthermore analyzed an isothermal model with two chemical species. If they diffuse at different rates the front can be subject to diffusive instabilities as well. We have shown that the coupling between such a diffusive instability and fingering can trigger complex dynamics. We have eventually studied the influence of an external electric field on the diffusive instabilities and on fingering underlying the possibility to destabilize otherwise stable fronts./<p>Différents types d'instabilités hydrodynamiques peuvent affecter les interfaces entre deux fluides comme par exemple, une instabilité de Rayleigh-Taylor (ou digitation de densité) quand un fluide plus dense se trouve placé au-dessus d'un fluide moins dense dans le champ de gravité ou des instabilités de double diffusion induites par des différences entre les diffusivités d'un soluté et de la chaleur contenus dans les fluides. Dans ce contexte, notre thèse s'attache à comprendre de manière théorique comment une réaction chimique peut influencer ces instabilités voire les générer dans un fluide initialement au repos. Pour étudier les dynamiques résultant du couplage entre réactions chimiques et instabilités hydrodynamiques, nous utilisons des systèmes modèles: les fronts chimiques de conversion résultant de la compétition entre réactions chimiques autocatalytiques et diffusion créant une interface auto-organisée entre les réactifs et les produits. Comme au cours d'une réaction chimique la densité peut varier par des effets solutaux et thermiques, les produits et les réactifs de densités différentes peuvent générer des mouvements de convection qui conduisent à la déstabilisation des fronts. <p><p>Nous avons en particulier étudié l'influence de l'exothermicité de la réaction sur les instabilités de digitation de fronts chimiques, en nous focalisant dans un premier temps sur l'influence des pertes de chaleur par les parois du réacteur.<p>Ces fuites ont un effet marqué sur les instabilitités car elles affectent les profils de température et donc les profils de densité dans le système. Nous avons également classifié les différentes instabilités qui peuvent apparaître via des changements de densité dûs à des effets thermiques et solutaux et mis en évidence un nouveau type de déstabilisation hydrodynamique de fronts statiquement stables induit par une réaction chimique. <p>Nous avons ensuite analysé un modèle isotherme impliquant deux espèces chimiques. Si ces dernières diffusent a des vitesses différentes le front peut être sujet à une instabilité diffusive. Nous avons montré qu'un couplage entre une telle instabilité diffusive et de la digitation peut être à l'origine de dynamiques complexes. Nous avons ensuite considéré l'influence d'un champ électrique sur les instabilité diffusives et de digitation en soulignant la possibilié de déstabiliser via ce champ des fronts initialement stables. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished