Se describe la aplicación de pulsos láser ultracortos (≤10fs) en espectroscopía y microscopía de dos fotones llevada a cabo en nuestro grupo de investigación, subrayando las ventajas y requerimientos de este enfoque. Además se presenta una breve descripción de la manipulación de pulsos, de las distorsiones de fase experimentadas por los pulsos láser de femtosegundo y de cómo corregir tales distorsiones utilizando manipuladores de pulsos. / Femtosecond laser pulses in two-photon spectroscopy and microscopy: The application of shaped ultrashort laser pulses (≤10fs) in two-photon spectroscopy and microscopy carried out in our group is  described, highlighting the advantages and requirements of this approach. In addition, a brief description of pulse shaping, phase distortions experienced by femtosecond laser  pulses and how to correct these distortions using a pulse shaper is also presented.

Baseado em uma seqüência já conhecida de Multislice Spin Echo convencional, implementamos uma seqüência do tipo Modified Driven Equilibrium Fourier Transform (MDEFT) adiabática multislice em um sistema de 2T e um de microimagens (9.4T). Essa metodologia utiliza, como pulso de inversão, um pulso de RF com modulação em amplitude e freqüência, conhecido por pulso adiabático. Dessa forma, os tempos de inversão são iguais para todos os planos selecionados, resultando num contraste por T1 uniformemente distribuído ao longo dos mesmos. O uso de um único e longo pulso adiabático de inversão tem, ainda, a vantagem de utilizar uma potência de pico menor para operar da mesma forma que um grupo de m pulsos convencionais. Utilizamos pulsos cujas modulações correspondentes de fase e freqüência foram calculadas com base nas condições de “Offset Independent Adiabaticity" (OIA) e a real eficiência dos mesmos foi avaliada através de simulações e experimentalmente. Para realização dos testes da metodologia desenvolvemos e caracterizamos dois “phantoms", cujas imagens demonstram a aplicabilidade da metodologia nos dois sistemas utilizados. / Based on the conventional Multislice Spin Echo pulse sequence, we implemented an adiabatic multislice Modified Driven Equilibrium Fourier Transform (MDEFT) pulse sequence on a 2T and a 9.4T microimaging system. This methodology uses, as inversion pulse, an amplitude and frequency modulated RF pulse, known as adiabatic pulse. In that way, the inversion times are the same for all slices, resulting in an evenly distributed T1 contrast. A single and long adiabatic inversion pulse has in addition the advantage of using a reduced peak power to perform in the same way as the group of m conventional pulses. We used pulses whose corresponding phase and frequency modulations were based on Offset Independent Adiabaticity and their real efficiency were evaluated both through simulations and experimentally. To test the methodology, we developed and characterized two phantoms, whose images demonstrate the applicability of the methodology in the two mentioned systems.

Neste trabalho foi investigado o controle do processo de fluorescência excitada por absorção de dois fótons no polímero conjugado MEH-PPV, utilizando um sistema de formatação espectral da fase dos pulsos ultracurtos. Para tal estudo, foi utilizado um oscilador laser de Ti:Safira (15 fs, ~ 800 nm e largura de banda de 60 nm). Através de dois distintos métodos de formatação, observa-se a influência destes no processo de fotodegradação do MEHPPV, inferido pela diminuição da intensidade do sinal de fluorescência. No primeiro método de formatação, é estudada a influência de diferentes chirps impostos aos pulsos no processo de fluorescência do MEH-PPV. Observa-se uma menor taxa de fotodegradação para pulsos com maiores chirps, independente do sinal, em comparação a pulsos no limite de transformada. Esse efeito foi relacionado ao acréscimo na duração temporal dos pulsos com chirp, com consequente diminuição da intensidade. Numa segunda etapa, através do uso de um espelho deformável, a fase espectral do pulso é formatada usando uma máscara de fase senoidal. Neste caso, a intensidade de fluorescência foi modulada em aproximadamente 25%, num claro processo de controle coerente, sem nenhuma diferença apreciável no processo de fotodegradação. Desta forma, técnicas de controle coerente com formatação espectral da fase poderiam ser utilizadas para modular a intensidade do sinal de fluorescência no MEH-PPV, sem detrimento ao processo fotodegradativo. / In this work we studied the control of two-photon excited fluorescence in the conjugated polymer MEH-PPV, using pulse-shaping techniques to manipulate the pulse spectral phase. The experiments were carried out with a Ti:sapphire laser oscillator (15 fs, ~ 800 nm and 60 nm of bandwidth). We investigated the influence of two distinct pulse-shaping methods in the MEH-PPV photodegradation, inferred by the decrease in the fluorescence intensity. In the first method, we studied the effect of different pulse chirps on the MEH-PPV fluorescence. A smaller photodegradation rate was observed for pulses with higher chirps, independently of its sing, in comparison with pulses close to the Fourier Transform limit. This effect was attributed to the increase in the pulse duration for chirped pulses, and consequent decrease in the pulse intensity. In a second stage, we modulate the pulse spectral phase by employing a senoidal phase mask though a deformable mirror. In this case, a 25% modulation in the fluorescence intensity was determined, whereas no considerable effect was observed in the photodegradation. In this way, coherent control techniques employing spectral phase pulse-shaping could be used to modulate MEH-PPV fluorescence, without any negative effect to its photodegradation.

O presente estudo visou caracterizar a secreção de PRL e estudar suas interrelações com a PGFM durante a pré-luteólise, luteólise e pós-luteólise em éguas (Experimento 1); avaliar o efeito da inibição de PRL e PGF2α na luteólise e definir a sincronia entre PRL e PGFM em novilhas (Experimento 2); definir a sincronia entre PRL e PGFM em éguas (Experimento 3); e avaliar a constante estimulação da PRL durante o ciclo estral em éguas (Experimento 4). No experimento 1 em éguas, amostras de sangue foram coletadas durante as 24 h da préluteólise, luteólise e pós-luteólise. As concentrações de PRL e PGFM foram rítmicas, sendo a duração dos pulsos de PRL de 5 h, com intervalos de 7,5 h entre pulsos e 12 h entre picos. Durante a luteólise e pós-luteólise, os pulsos de PRL foram mais proeminentes, as concentrações de PRL durante um pulso de PGFM foram maiores no pico de PGFM e notouse uma maior sincronia entre picos de PRL e PGFM. No experimento 2 em novilhas, as secreções de PRL e PGF2α foram inibidas durante a luteólise. A inibição da PRL associou-se a maiores concentrações de P4 e LH, sem efeito sobre a PGFM. Entretanto, a inibição da PGF2α associou-se a uma queda nas concentrações de PRL. A mensuração da área do CL mostrou-se eficiente em detectar a luteólise. No experimento 3 em éguas, no verão e outono, inibiu-se a secreção de PGF2α e PRL no Dia 14. As concentrações de PGFM foram reduzidas com a inibição de PGF2α, mas não com a inibição da PRL. No verão, a inibição tanto de PRL quanto de PGF2α reduziu as concentrações de PRL. As concentrações de PGFM não diferiram entre o verão e o outono, enquanto que as concentrações de PRL foram menores no outono. No experimento 4 em éguas, estimulou-se a secreção de PRL a cada 8 h. Amostras de sangue foram coletadas a cada 12 h do Dia 13 até a ovulação e a cada hora por 12 h no Dia 14. A estimulação repetida da PRL não aparentou manter as concentrações de PRL elevadas após o Dia 14. Nas amostras a cada hora, concentrações de PRL atingiram um valor máximo 4 horas após a estimulação e os pulsos de PRL foram aumentados. O aumento na PRL não afetou a PGFM, P4 e fluxo sanguíneo do CL. Entretanto, a estimulação da PRL quebrou a sincronia entre PGFM e PRL. Estão contidos nessa dissertação o primeiro relato em éguas sobre a caracterização e ritmicidade de pulsos de PRL, sincronia entre pulsos de PRL e PGFM e maior atividade da PRL durante a luteólise e pós-luteólise. A inibição da PRL interferiu na secreção de P4 em novilhas, mas foi confundida pelo aumento de LH. A sincronia entre pulsos de PGFM e PRL representa um efeito positivo da PGF2α sobre a PRL, tanto em éguas quanto em novilhas. / The aim of the present study was to characterize the PRL secretion and study the relationship between PRL and PGFM during preluteolysis, luteolysis and postluteolysis in mares (Experiment 1); evaluate the effect of PRL and PGF2α inhibition on luteolysis and define the synchrony between PRL and PGFM in heifers (Experiment 2); define the synchrony between PRL and PGFM in mares (Experiment 3); and evaluate the frequent stimulation of PRL during the estrous cycle in mares (Experiment 4). On experiment 1 in mares, blood samples were collected during the 24 h of preluteolysis, luteolysis and postluteolysis. Concentrations of PRL and PGFM were rhythmic. Prolactin pulses had 5h of duration, interval of 7,5 h between pulses, and 12 h between peaks. Pulses of PRL were more prominent during luteolysis and postluteolysis. Concentrations of PRL during PGFM pulses differ during luteolysis and postluteolysis, and were greater at the peak of PGFM. The synchrony between peaks of PRL and PGFM was greater during luteolysis and postluteolysis. On experiment 2 in heifers, the secretion of PRL and PGF2α were inhibited during luteolysis. The PRL inhibition was associated with greater concentrations of P4 and LH. The inhibition of PGF2α was associated with a decrease on PRL concentrations, but no effect on PGFM was observed after PRL inhibition. The CL area measurement was an efficient method to target luteolysis. On experiment 3 in mares, in summer and autumn, secretion of PGF2α and PRL were inhibited on Day 14. The inhibition of PGF2α reduced PGFM concentrations. No effect on PGFM was observed after PRL inhibition. Concentrations of PGFM were not different between summer and autumn, and PRL concentrations were low in the autumn. In the summer, PRL inhibition reduced PGF2α concentrations. On experiment 4 in mares, PRL was stimulated every 8 h. Blood samples were collected every 12 h from Day 13 to ovulation, and every hour for 12 h on Day 14. The frequent stimulation on PRL did not appear to maintain higher concentrations of PRL after Day 14. On hourly samples, concentrations of PRL reached maximum value 4 h after stimulation and pulses of PRL were increased. The increase on PRL did not affect PGFM, P4, and blood flow of the CL. The synchrony between PGFM and PRL was partially disrupted by PRL stimulation. This was the first report on characterization and rhythm of PRL pulses, synchrony between PRL and PGFM pulses, and greater PRL activity during luteolysis and postluteolysis. The inhibition of PRL interfered with P4 secretion in heifers, but was confounded by the LH increase. In mares and heifers, the synchrony between PGFM and PRL pulses represents a positive effect of PGF2α on PRL.

La present tesi doctoral és un compendi dels treballs publicats en revistes científiques d'àmbit internacional durant el transcurs del període formatiu de tercer cicle a la Universitat Autònoma de Barcelona. Durant aquest període s'han dissenyat noves metodologies (seqüències de pulsos) de Ressonància Magnètica Nuclear basades en l'espectroscòpia bidimensional de detecció inversa. Aquestes es discuteixen tant des d'un punt de vista teòric del desenvolupament metodològic així com des del punt de vista de nova aplicabilitat. S'han fet aven?os en diferents camps d'investigació: la polarització creuada heteronuclear en mostres líquides, els mètodes d'estat de spin selectiu i mètodes amb adquisició simultània de diferents espectres. I s'ha demostrat la seva utilitat en el camp de l'elucidació estructural de molècules orgàniques i biomolècules. / The present thesis is a compendium of the work published in international scientific journals during the formative period of third cycle at the Universitat Autònoma de Barcelona. During this period new Nuclear Magnetic Resonance methodologies (pulse sequences) based on inverse detection spectroscopy have been developed. Those are discussed from the theoretical point of view of the methodological development as well as from the point of view of new application. Advances at different research fields have been performed: heteronuclear cross polarization in liquid state, spin state selective methodologies and methods for the simultaneous acquisition of two spectra within a single experiment. The utility of the new pulse sequences herein presented is demonstrated for the structural analysis of biomolecules and organic compounds.

La banda de los terahertz (THz) ha sido una de las regiones menos estudiadas del espectro electromagnético debido a la falta de fuentes y detectores. No obstante, desde mediados de los ochenta con los avances tecnológicos se comenzaron a desarrollar sistemas que permitían generar y detectar dichas señales. Los mismos, fueron útiles para realizar espectroscopía que es la aplicación que suscita mayor interés. Esto es debido a que trabajar en la región de los THz posibilita estudiar materiales de manera no invasiva, y no ionizante. También lo es, porque contribuye a aplicaciones en imágenes que es una herramienta que ya se esta utilizando como medio de diagnostico médico, o como sistema de seguridad entre otras cosas. En el trabajo de tesis se desarrolló un espectrómetro de THz mediante el uso de un láser de pulsos ultracortos de luz y antenas fotoconductoras. Para su realización, se desarrollaron piezas mecánicas e implementaciones de hardware y software. También, se propuso una técnica de medición del ancho del pulso láser necesaria para asegurar el correcto funcionamiento del sistema. Finalizado el montaje del espectrómetro, se realizaron medidas de materiales verificando el buen funcionamiento del mismo. En una segunda parte, se innovaron en técnicas de procesamientos de datos para materiales monocapa, birrefringente, y multicapa. Tales enfoques, valieron tres publicaciones en revistas internacionales.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Físicas e Matemáticas. Programa de Pós-Graduação em Física / Made available in DSpace on 2012-10-26T12:09:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 304095.pdf: 2007296 bytes, checksum: d86002ee60d58ec3f2149553a28c8fc3 (MD5) / Dois métodos de controle quântico são aplicados à dinâmica coerente de sistemas de dois níveis utilizando o campo eletromagnético de um laser que interage com o sistema. Inicialmente apresentamos uma breve revisão sobre as propriedades gerais de pulsos de laser ultracurtos, pois o laser é a ferramenta de controle mais utilizada. Estuda-se detalhadamente a teoria quântica de sistemas de dois e três níveis interagindo com um campo eletromagnético monocromático. Além do formalismo da função de onda para um sistema quântico fechado, estuda-se o formalismo da matriz densidade para obtermos a equação nas aproximações de Born e de Markov comumente usadas para o sistema de dois níveis interagindo com um laser. Quando se incluem os efeitos de decoerência e de dissipação, a dinâmica do sistema é afetada pelo vácuo eletromagnético e a dinâmica oscilatória das populações tem sua amplitude amortecida, decaindo exponencialmente com um tempo característico da interação do sistema quântico com o ambiente. Finalmente, implementa-se computacionalmente o procedimento de controle por ondas contínuas seccionado no tempo para um sistema de dois níveis. Controlando a função de onda ou a matriz densidade do sistema quântico, conseguimos que o valor esperado de um observável (qualquer) siga uma trajetória específica desejada. O controle total é conseguido quando ignoramos os efeitos de decoerência e dissipação. Quando incluímos tais efeitos, o controle é perdido após certo tempo. Por último, implementamos o método de controle ótimo para um sistema de dois níveis. Obtemos um pulso laser capaz de transferir a população do estado base para o estado excitado. Esta dissertação discute as características que têm cada um dos métodos. / Two methods of quantum control are used to obtain the coherent quantum dynamics of two-level systems by means of the electromagnetic field of a laser that interacts with the system. First, we make a short review of the general properties of laser pulses, which are an important tool to control quantum systems. We study, in detail, the quantum theory of two and three-level quantum systems interacting with a monochromatic electromagnetic field. In addition to the wave function formalism for a closed quantum system, we also study the density matrix formalism where the master equation is obtained in the framework of Born and Markov approximations, commonly used for two-level systems interacting with a laser. When the effects of decoherence and dissipation are included, the quantum dynamics of the system is affected by the electromagnetic vacuum and the the populations dynamics are damped. Finally, we implemented computationally the procedure for piecewise coherent control in two-level systems. By controlling the wavefunction and density matrix, we are able to control the expected value of an observable through a specific trajectory. Total control is achieved when we ignore the effects of decoherence and dissipation. By including such effects, the control is lost after some time. Additionally, we applied the optimal control method for a two-level system, and obtained a laser pulse that is capable of transfering the population from the ground state to the excited state. The dissertation analyses the characterisitics of each method.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:29:41Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2006-05-02Bitstream added on 2014-06-13T19:38:59Z : No. of bitstreams: 1 goncalves_va_me_ilha.pdf: 2872091 bytes, checksum: 81ed1113b369e242f34f8801629c4f82 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Este trabalho apresenta o estudo comparativo de diversas topologias de conversores CA-CC trifásicos de múltiplos pulsos, baseados nas conexões especiais de transformadores, principalmente nas conexões diferenciais de autotransformadores. Esta técnica de retificação trifásica apresenta as vantagens do baixo conteúdo harmônico de corrente na rede e da reduzida potência aparente processada pelo núcleo dos autotransformadores. As conexões Y-diferenciais e Delta-diferenciais de 12 e de 18 pulsos são generalizadas através de expressões algébricas únicas que descreve toda a família dos conversores desta natureza, para quaisquer valores de tensão de entrada e de saída. Dentre estes conversores, a topologia Delta-diferencial de 18 pulsos é escolhida para estudo detalhado da distorção harmônica de corrente na rede de alimentação, além do projeto e da implementação de dois protótipos, um de 1 kW e outro de 6 kW. As saídas das estruturas retificadoras são ligadas em paralelo com o uso de transformadores de interfase que absorvem as diferenças instantâneas de tensão entre as saídas dos retificadores, possibilitando assim a operação do conversor com carga única. Desta forma, a proposta principal deste trabalho é gerar múltiplos pulsos de tensão na carga e, como conseqüência, obter conversores que apresentem múltiplos pulsos na forma de onda da corrente na rede de alimentação. Os resultados experimentais dos protótipos implementados são então comparados com a análise matemática desenvolvida e com os resultados de simulação. / This work presents a comparative study of several multiple pulse AC-DC three-phase converter topologies, based on the special connections of transformers and differential connections of autotransformers. This three-phase technique presents the advantages of low harmonic current in the mains and the reduced power rated to the magnetic system of the autotransformer. The 12 and 18-pulse differential Y-connections and differential delta-connections are generalized by one algebraic expression. This expression describes the family of these converters for any value of input and output voltages. Among these converters, the 18-pulse delta-connected topology is chosen for a detailed study on the line current harmonic distortion, and two prototypes are designed and experimented on, one with 1 kW and another one with 6 kW. The outputs of the rectifiers structures are connected in parallel with the use of the interphase transformers, reducing this way, the current efforts in each rectifier and making possible the connection from DC outputs of the three rectifiers. In this way, the proposal aim of this work is to generate a multipulse voltage on the load, so that, it has as important result, the multipulse current, with reduced harmonics, in the mains. The experimental results of the prototypes are compared to the simulated circuits and the analytical results.

Baseado em uma seqüência já conhecida de Multislice Spin Echo convencional, implementamos uma seqüência do tipo Modified Driven Equilibrium Fourier Transform (MDEFT) adiabática multislice em um sistema de 2T e um de microimagens (9.4T). Essa metodologia utiliza, como pulso de inversão, um pulso de RF com modulação em amplitude e freqüência, conhecido por pulso adiabático. Dessa forma, os tempos de inversão são iguais para todos os planos selecionados, resultando num contraste por T1 uniformemente distribuído ao longo dos mesmos. O uso de um único e longo pulso adiabático de inversão tem, ainda, a vantagem de utilizar uma potência de pico menor para operar da mesma forma que um grupo de m pulsos convencionais. Utilizamos pulsos cujas modulações correspondentes de fase e freqüência foram calculadas com base nas condições de “Offset Independent Adiabaticity” (OIA) e a real eficiência dos mesmos foi avaliada através de simulações e experimentalmente. Para realização dos testes da metodologia desenvolvemos e caracterizamos dois “phantoms”, cujas imagens demonstram a aplicabilidade da metodologia nos dois sistemas utilizados. / Based on the conventional Multislice Spin Echo pulse sequence, we implemented an adiabatic multislice Modified Driven Equilibrium Fourier Transform (MDEFT) pulse sequence on a 2T and a 9.4T microimaging system. This methodology uses, as inversion pulse, an amplitude and frequency modulated RF pulse, known as adiabatic pulse. In that way, the inversion times are the same for all slices, resulting in an evenly distributed T1 contrast. A single and long adiabatic inversion pulse has in addition the advantage of using a reduced peak power to perform in the same way as the group of m conventional pulses. We used pulses whose corresponding phase and frequency modulations were based on Offset Independent Adiabaticity and their real efficiency were evaluated both through simulations and experimentally. To test the methodology, we developed and characterized two phantoms, whose images demonstrate the applicability of the methodology in the two mentioned systems.

Neste trabalho foi investigado o controle do processo de fluorescência excitada por absorção de dois fótons no polímero conjugado MEH-PPV, utilizando um sistema de formatação espectral da fase dos pulsos ultracurtos. Para tal estudo, foi utilizado um oscilador laser de Ti:Safira (15 fs, ~ 800 nm e largura de banda de 60 nm). Através de dois distintos métodos de formatação, observa-se a influência destes no processo de fotodegradação do MEHPPV, inferido pela diminuição da intensidade do sinal de fluorescência. No primeiro método de formatação, é estudada a influência de diferentes chirps impostos aos pulsos no processo de fluorescência do MEH-PPV. Observa-se uma menor taxa de fotodegradação para pulsos com maiores chirps, independente do sinal, em comparação a pulsos no limite de transformada. Esse efeito foi relacionado ao acréscimo na duração temporal dos pulsos com chirp, com consequente diminuição da intensidade. Numa segunda etapa, através do uso de um espelho deformável, a fase espectral do pulso é formatada usando uma máscara de fase senoidal. Neste caso, a intensidade de fluorescência foi modulada em aproximadamente 25%, num claro processo de controle coerente, sem nenhuma diferença apreciável no processo de fotodegradação. Desta forma, técnicas de controle coerente com formatação espectral da fase poderiam ser utilizadas para modular a intensidade do sinal de fluorescência no MEH-PPV, sem detrimento ao processo fotodegradativo. / In this work we studied the control of two-photon excited fluorescence in the conjugated polymer MEH-PPV, using pulse-shaping techniques to manipulate the pulse spectral phase. The experiments were carried out with a Ti:sapphire laser oscillator (15 fs, ~ 800 nm and 60 nm of bandwidth). We investigated the influence of two distinct pulse-shaping methods in the MEH-PPV photodegradation, inferred by the decrease in the fluorescence intensity. In the first method, we studied the effect of different pulse chirps on the MEH-PPV fluorescence. A smaller photodegradation rate was observed for pulses with higher chirps, independently of its sing, in comparison with pulses close to the Fourier Transform limit. This effect was attributed to the increase in the pulse duration for chirped pulses, and consequent decrease in the pulse intensity. In a second stage, we modulate the pulse spectral phase by employing a senoidal phase mask though a deformable mirror. In this case, a 25% modulation in the fluorescence intensity was determined, whereas no considerable effect was observed in the photodegradation. In this way, coherent control techniques employing spectral phase pulse-shaping could be used to modulate MEH-PPV fluorescence, without any negative effect to its photodegradation.