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A utilização de lasers de estado sólido bombeados por diodos laser tem atraído interesse crescente devido a sua alta eficiência, seu tamanho compacto e com a possibilidade da operação com altas potências-pico. O objetivo deste trabalho foi estudar configurações de cavidades ressonantes laser, que possibilitem a obtenção de pulsos chaveados Q e futura dobra de freqüência, para aplicações em LIDAR (Light Detection and Ranging), utilizando como meio ativo cristais de Nd:YLF crescidos pelo método de Czochralski no Centro de Lasers e Aplicações IPEN USP, com bombeio lateral por diodo laser, com uma, duas, quatro e nove reflexões internas totais do feixe laser na superfície do cristal. Das seis cavidades construídas, três cavidades foram desenvolvidas para operarem com baixo ganho, grande armazenamento de energia e com grande aproveitamento de inversão de população, bombeadas com diodo laser em 806 nm e outras três cavidades foram desenvolvidas para operarem com alta absorção de bombeio e alto ganho, bombeadas com diodo laser emitindo em 797 nm. Das seis cavidades desenvolvidas, as que apresentaram melhor eficiência de conversão óptica, foram as cavidades operando com alto ganho e alta absorção (cavidade quatro a seis), com 29,5% e 20,7% de eficiência de conversão óptica, propiciando a obtenção de pulsos chaveados de 20 ns com potência-pico de 160kW. / The use of diode pumped, solid state lasers has caused increasing interest due its high efficiency, compactness and possibility of operation in high peak powers. The goal of this work was the study of configurations of laser resonators that allow to obtain Q-switched pulses and a future frequency doubling, for LIDAR (Light Detection and Ranging) applications. Using as active medium Nd:YLF crystals grown by the Czochralski method at the Centro de Lasers e Aplicações IPEN USP, side pumping by laser diodes, with one, two, four and nine total internal reflexions of the laser beam at the surface of the crystals was employed. From the six resonators built, three of them were designed to work with low gain, pumped by a laser diode emitting at 806 nm. Another three laser resonators were designed to work with high pump absorption and high gain, pumped by a laser diode emitting at 797 nm. From the six developed resonators, the ones which showed the best optical conversion efficiency, were the resonators designed to work with high gain and high absorption (resonator four to six), showing 29,5% and 20,7% optical conversion efficiency, and enabling obtaining Q-switched pulses of 20 ns, with 160 kW peak power.

A utilização de lasers de estado sólido bombeados por diodos laser tem atraído interesse crescente devido a sua alta eficiência, seu tamanho compacto e com a possibilidade da operação com altas potências-pico. O objetivo deste trabalho foi estudar configurações de cavidades ressonantes laser, que possibilitem a obtenção de pulsos chaveados Q e futura dobra de freqüência, para aplicações em LIDAR (Light Detection and Ranging), utilizando como meio ativo cristais de Nd:YLF crescidos pelo método de Czochralski no Centro de Lasers e Aplicações IPEN USP, com bombeio lateral por diodo laser, com uma, duas, quatro e nove reflexões internas totais do feixe laser na superfície do cristal. Das seis cavidades construídas, três cavidades foram desenvolvidas para operarem com baixo ganho, grande armazenamento de energia e com grande aproveitamento de inversão de população, bombeadas com diodo laser em 806 nm e outras três cavidades foram desenvolvidas para operarem com alta absorção de bombeio e alto ganho, bombeadas com diodo laser emitindo em 797 nm. Das seis cavidades desenvolvidas, as que apresentaram melhor eficiência de conversão óptica, foram as cavidades operando com alto ganho e alta absorção (cavidade quatro a seis), com 29,5% e 20,7% de eficiência de conversão óptica, propiciando a obtenção de pulsos chaveados de 20 ns com potência-pico de 160kW. / The use of diode pumped, solid state lasers has caused increasing interest due its high efficiency, compactness and possibility of operation in high peak powers. The goal of this work was the study of configurations of laser resonators that allow to obtain Q-switched pulses and a future frequency doubling, for LIDAR (Light Detection and Ranging) applications. Using as active medium Nd:YLF crystals grown by the Czochralski method at the Centro de Lasers e Aplicações IPEN USP, side pumping by laser diodes, with one, two, four and nine total internal reflexions of the laser beam at the surface of the crystals was employed. From the six resonators built, three of them were designed to work with low gain, pumped by a laser diode emitting at 806 nm. Another three laser resonators were designed to work with high pump absorption and high gain, pumped by a laser diode emitting at 797 nm. From the six developed resonators, the ones which showed the best optical conversion efficiency, were the resonators designed to work with high gain and high absorption (resonator four to six), showing 29,5% and 20,7% optical conversion efficiency, and enabling obtaining Q-switched pulses of 20 ns, with 160 kW peak power.

Abstract In this dissertation a rigorous analysis is performed on the reentrant non-planar ring laser cavity constructed by the Herriott-type multi-pass cell. Since the non-planar ring cavity is a non-orthogonal cavity, so the ABCD matrix method used to analyze the beam propagation is not valid. A rigorous method using Gaussian beam propagation is needed. The beam rotation, astigmatism, and spherical aberration are considered to obtain a self-consistent solution of the Gaussian beam. It turns out that spherical aberration is a very important issue for this non-planar resonator. Without taking into account the spherical aberration, a stable resonator would be difficult to realize. By using a self-consistent Gaussian beam propagation method, the characteristic of laser beam was analyzed and compared with that of the ABCD approximation method. The reentrant ring cavity is very sensitive to cavity length, especially when the planar and non-planar configurations have the same output beams; therefore, it is very important to consider a rigorous method using Gaussian beam propagation. By considering the coordinate transformation of the beam after mirror reflection, a non-planar figure-8 ring cavity can be treated as an orthogonal cavity except for an exchange of tangential and Sagittal planes after each reflection. A simple astigmatic Gaussian beam approach is used to analyze the non-planar figure-8 ring cavity, and an analytic solution is obtained. For the general case of the multi-pass non-planar ring cavity, a general astigmatic Gaussian beam approach is used to treat the problem. The general form of mirror phase shift is used, and two important differences compared to the ABCD method were found. Firstly, the spot size is always elliptical while the spot size is circular using the ABCD approximation. Secondly, a second stable region is found in the cavity, the width of the second stable region is smaller than the first stable regi

Thesis (M.S.)--University of Michigan, 1970. / Includes bibliographical references (leaves 21-22)

Ingeniero Civil / La implementación de tecnologías de almacenamiento de energía en sistemas eléctricos es uno de los temas más relevantes actualmente en países donde se busca mejorar aumentar la diversificación de fuentes de energía y la seguridad del sistema eléctrico. Dentro de las alternativas de almacenamiento de energía eléctrica de la red, las centrales hidroeléctricas de acumulación por bombeo (CHAB) (pumped-storage hydropower plants) son las más utilizadas actualmente alrededor del mundo. Hasta la fecha, en Chile no se han implementado tecnologías de este tipo que permitan almacenar los excedentes de energía de la red. Además, en el país no existe el conocimiento suficiente sobre las características y los beneficios de las CHAB en los sistemas eléctricos. El presente trabajo de título tiene como objetivo principal, identificar y analizar los factores técnicos y económicos más relevantes que podrían condicionar la implementación de un proyecto de CHAB. Adicionalmente, tomando en cuenta las características del sector eléctrico chileno, se realiza una evaluación, cualitativa y no exhaustiva, de estos factores en el país. Se encontró que los factores más relevantes que condicionan en una primera instancia la implementación de un proyecto de CHAB tienen relación con las características del sistema eléctrico dónde se pretende implementar el proyecto, la disponibilidad de lugares de emplazamiento apropiados para la instalación de este tipo de centrales y las características del mercado eléctrico que harían rentable un proyecto de este tipo. Dentro de los factores que inciden en la determinación del lugar de emplazamiento de una CHAB se tienen: la disponibilidad del recurso hídrico, la existencia de un gran desnivel y una corta distancia entre ambos reservorios, la existencia de reservorios artificiales o naturales aptos para ser utilizados como reservorio inferior de la central, condiciones geológicas y geográficas adecuadas y una ubicación cercana a los centros de consumo y líneas de transmisión. En cuanto a los factores relacionados con las características del sistema eléctrico, están: la presencia de excedentes de energía en la red y características apropiadas de la curva de carga diaria y semanal. Finalmente, respecto a los factores económicos asociados al sistema eléctrico se desea que: existan grandes diferencias de precios entre horas valle y horas punta, y se realicen pagos por capacidad y por servicios complementarios. En cuánto a la evaluación, preliminar y no exhaustiva, de estos factores en el caso chileno, se encontró que el SIC presentaría, a priori, mejores características para considerar la implementación de un proyecto de CHAB, debido principalmente a la disponibilidad del recurso hídrico, a que existen lugares con potencial para implementar esta tecnología, a las características de la curva de carga en este sistema y a la matriz de generación que lo compone. Sin embargo, y a pesar de que el sector eléctrico chileno considera pagos por potencia firme y servicios complementarios, las limitaciones de la implementación de esta tecnología irían por el lado de los ingresos que recibirían los proyectos por concepto de venta de energía, debido a las diferencias de precios entre horas valle y horas punta observadas, ya que se tienen precios de energía en horas valle que son sólo un 15 25% más bajos que los precios de energía en horas punta, siendo que se recomienda que esta diferencia sea de un 25 30% (Deane et al, 2009). Otra limitación podría ir, también, por el lado de los altos valores de ciclo de eficiencia requeridos para estas centrales en el país (entre un 80 90%), siendo que actualmente en el mundo se logran ciclos de eficiencia para CHAB entre un 70 80% (Wilde, 2011).

International Telemetering Conference Proceedings / October 18-21, 2004 / Town & Country Resort, San Diego, California / To enhance the production management of the rod-pumped wells in the oil field, using a high performance single-chip as the processor, a field monitor system based on GPRS is researched and developed. In the paper the hardware design and software design are expatiated, the sampling frequency and determination rules for the running state are analyzed, the rational communication protocol is designed to ensure the reliable message transmission and reduce the communication fees. In the end the field monitor system is successfully implemented and verified in practice, part of data transmission result is illustrated.

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Eléctrica / Las energías renovables penetran cada vez más en los sistemas de redes eléctricas interconectados, por lo que surgen nuevos retos para los operadores con el fin de mantener su fiabilidad en circunstancias inciertas. La natural intermitencia de las ENRC juega un papel importante ya que produce un incremento en los requerimientos de rampa del sistema y de reserva operativa, además de un mayor ciclaje de las unidades térmicas. En consecuencia, para integrar altos niveles de generación renovable de manera eficiente es necesario incluir tecnologías de almacenamiento que aumenten la flexibilidad del sistema. El objetivo de la presente tesis es evaluar el impacto en los costos globales de operación del Sistema Interconectado del Norte Grande y los ingresos percibidos por una central PHSS bajo un modelo de operación de arbitraje con diferentes tasas de penetración de ENRC. Se propuso una metodología para estudiar la sensibilidad del sistema ante diferentes tasas de penetración de ENRC-Capacidades de PHSS, entre las cuales se evaluaron 50MW, 100MW y 200MW, todas con una capacidad de almacenamiento de 8 horas. También se desarrolló un programa linear entero mixto que incorpora la operación de las centrales PHSS en un sistema tipo pool obligatorio. Además se introdujeron los modelos de las tecnologías existentes, haciendo énfasis en sus principales restricciones de operación, como máximos y mínimos técnicos; tiempos mínimos de operación y de apagado entre operación, costo de encendido y apagado, aportes máximos de reserva para el control primario y reserva en giro. Los resultados indican que el factor de penetración de ENRC es determinante para analizar los beneficios que prestan las PHSS. Se calcularon las curvas de ahorro de costos del sistema e ingresos percibidos, destacando que al superar una penetración del 20% de ENRC se hacen atractiva su implementación. Los ahorros en la operación alcanzan el 1.6%, 3.2% y 6.3% para las PHSS de 50 MW, 100MW y 200MW, respectivamente, al llegar a una penetración mayor del 30%. Adicionalmente se demuestra que las centrales PHSS pueden llegar a tener pérdidas en el momento que se aplana la curva de costos marginales debido a la eficiencia de esta tecnología. En el ámbito de la investigación futura se sugiere realizar un modelo que permita evaluar la operación de las PHSS bajo un despacho autónomo que maximice sus utilidades, dentro de un mercado tipo pool obligatorio.

Ce travail de thèse porte sur l’estimation de la possibilité d’atteindre le seuil laser dans un matériau organique par pompage électrique. Dans le but ultime de réaliser le laser organique à pompage électrique, un prérequis est d’injecter une haute densité de courant dans un dispositif électroluminescent fonctionnel. Dans un premier temps, le comportement de l’OLED soumise à haute densité de courant est simulé et un modèle d’estimation de seuil laser basé sur la matrice de transfert est proposé. Ces études théoriques indiquent l’existence d’une densité de population maximale d’excitons radiatives au début d’injection de courant et estime la nécessité de 8.7×1016 cm-3 au seuil laser. Ensuite, la caractéristique résolue en temps des μ-OLED à base d’Alq3 : DCM excitées par des impulsions électriques de courtes durées (< 100 ns) et à faible taux de répétition (10 Hz) sont étudiées à l’aide d’un système de microscope confocal calibré. Les caractéristiques de l’OLED sont en bon accord avec les simulations théoriques. Une densité de courant de 3.6 kA/cm² et un pic de luminance de 8.4×106 cd/m² ont été obtenus en injectant des impulsions de 30 ns. Le pic de luminance correspond à une densité de population de 3.6×1017 cm-3, soit supérieure au plus petit seuil laser en littérature. Il est donc possible de réaliser le laser dans cette fenêtre de temps de quelques nanosecondes. / This thesis focus on the estimation of the possibility to achieve the laser threshold in an organic material with electrical pumping. As the ultimate goal is to demonstrate an electrically pumped organic laser, attaining high current density in a working electroluminescent device is pre-required. At first, the response of OLED at high current injection condition is simulated with a theoretical model. And the laser threshold estimation is performed by transfer matrix method. These theoretical studies show that a peak of emissive exciton (singlet) population density should exist at pulse onset, while a population density of 8.7×1016 cm-3 is necessary for lasing. Next, the time-resolved characteristics of μ-OLED based on Alq3 : DCM excited by short (< 100 ns) electrical pulses with low repetition rate (10 Hz) have been studied on the calibrated confocal microscope. The response of μ-OLED is in good agreement with the theoretical simulations. A current density of 3.6 kA/cm² and a luminance peak of 8.4×106 cd/m² have been achieved with 30-ns pulses. This luminance peak corresponds to singlet population density of 3.6×1017 cm-3, which is higher than the smallest laser threshold in literature. We suggest that it is possible to achieve laser effect in the time window of several nanoseconds at pulse onset.