Tese de mestrado integrado. Engenharia Química. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2010

Made available in DSpace on 2014-06-12T17:40:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2004 / Universidade Federal de Pernambuco / Este trabalho tem como objetivo o estudo teórico e experimental do fenômeno de ressonância de plásmons de superfície (RPS) em fibras ópticas multimodo e sua aplicação no desenvolvimento de sensores a fibra. Apresenta-se inicialmente uma revisão da teoria de oscilações de plásmons de superfície, que inclui as condições necessárias e as configurações experimentais clássicas para observação dessas oscilações. Em seguida são apresentadas configurações descritas na literatura para a excitação de plásmons de superfície fazendo uso de fibras ópticas. Um modelo teórico para a distribuição de luz irradiada por uma fibra óptica multimodo parcialmente metalizada é revisado e comentado. Na parte experimental do trabalho, foi montado um sistema de iluminação e detecção óptica para medição precisa da distribuição de luz irradiada por uma fibra óptica. Um programa desenvolvido com interface gráfica compatível com o ambiente Windows© permite o tratamento automatizado das imagens gravadas e extração de parâmetros característicos da fibra sob teste. Com esse sistema foi possível realizar a observação experimental inédita do efeito de ressonância de plásmons de superfície na luz irradiada de fibras multimodo parcialmente metalizadas. A aplicabilidade do efeito no desenvolvimento de sensores foi testada na medição da concentração de sal de soluções aquosas, quando ficou demonstrado que a estratégia de detecção proposta pode atingir um aumento de sensibilidade de até dez vezes aquela obtida por meio de esquemas convencionais de detecção do efeito de RPS em fibras multimodo

Submitted by Daniella Sodre (daniella.sodre@ufpe.br) on 2015-04-17T13:17:09Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) TESE Gustavo Oliveira Cavalcanti.compressed.pdf: 3555985 bytes, checksum: eeb868dae456b0571eb149b650061931 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-04-17T13:17:09Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) TESE Gustavo Oliveira Cavalcanti.compressed.pdf: 3555985 bytes, checksum: eeb868dae456b0571eb149b650061931 (MD5) Previous issue date: 2013-02-28 / O presente trabalho relata algumas contribuições na área de instrumentação e sensores ópticos que incluem a incorporação de novas funcionalidades ao reflectômetro automatizado do Grupo de Fotônica do DES-UFPE e propostas de novas configurações de dispositivos explorando o efeito de ressonância de plásmons de superfície (RPS) no infravermelho próximo. As melhorias no reflectômetro incluem a capacidade de medição de superfícies em larga escala e o controle computadorizado de fluxo de substâncias líquidas. Uma das aplicações é a caracterização de propriedades ópticas de superfícies metálicas e de uniformidade de espessura, com resultados obtidos em um filme fino de ouro. Apresentamos uma investigação experimental dirigida à otimização da espessura de filmes de paládio para o desenvolvimento de sensores de hidrogênio. Os resultados mostraram que filmes de Pd de espessura em torno de 13 nm apresentam maior sensibilidade ao hidrogênio. Por fim, propomos uma configuração inovadora de dispositivo sensor baseado no efeito de plásmons de superfície na configuração de Otto com aplicações em potencial na área de sensores.

Esta tesis investiga la aplicación de conceptos de codificación al diseño de sensores ópticos basados en redes de difracción de Bragg de Bragg (FBG). Específicamente, se presenta el diseño, la caracterización y la validación experimental de dispositivos de detección codificados personalizados que se pueden diseñar y fabricar como dispositivos FBG súper estructurados (SSFBG). El objetivo de esta tesis es mejorar la capacidad y el rendimiento general de los sistemas de detección óptica basados en sensores FBG convencionales. Para ello, se han propuesto tres metodologías de codificación de dispositivos de detección SSFBG, con el objetivo de dotar a cada sensor con información adicional útil para la identificación de cada sensor incluso en condiciones de superposición. Un sensor codificado basado en FBGs es una estructura FBG cuya forma se ha adaptado a una palabra-código ortogonal, de tal manera que su longitud de onda central se puede distinguir inequívocamente de otras señales en el espectro. El diseño de los sensores SSFBG codificados se realiza modificando el espectro de reflexión de dispositivos FBG multibanda, esto se logra traduciendo las palabras-código ortogonales en los términos de amplitud y fase de los sensores FBG. La codificación en amplitud de los sensores SSFBG consiste en traducir las palabras-código \textit{"Optical Orthogonal Codewords"} (OOC), desarrolladas para sistemas de comunicaciones de acceso múltiple por división de código óptico (OCDMA), en el patrón de reflexión de los dispositivos. La codificación en amplitud y fase se ha propuesto mediante dos enfoques diferentes: en el primero, palabras-código de amplitud y fase personalizadas ($ a_ {k} $, $ f_ {k} $) fueron diseñadas específicamente para exhibir un comportamiento ortogonal obtenido por la combinación de dos palabras-código. La técnica de interrogación basada en una fuente dual sintonizable fue específicamente diseñada para recuperar la medición diferencial de los sensores y decodificar efectivamente su información. El segundo enfoque utiliza las secuencias \textit{"Discrete Prolate Spheroidal Sequences"} (DPSS), que son secuencias mutuamente ortogonales desarrolladas para sistemas de comunicaciones. Se demostró el uso de estas estructuras como elementos de detección ortogonales con patrones específicos de fase y amplitud. La fabricación y validación experimental de los dispositivos SSFBG propuestos se realizaron para demostrar el rendimiento de los sensores inclusive en condiciones de superposición espectral. La longitud de onda central de los sensores se recupera con éxito en las tres metodologías, además, el error del sistema de detección se caracterizó en términos de los parámetros de diseño. / Esta tesi investiga l'aplicació de conceptes de codificació al disseny de sensors òptics basats en xarxes de difracció de Bragg de Bragg (FBG) . Específicament, es presenta el disseny, la caracterització i la validació experimental de dispositius de detecció codificats personalitzats que es poden dissenyar i fabricar com a dispositius FBG súper estructurats (SSFBG) . L'objectiu d'esta tesi és millorar la capacitat i el rendiment general dels sistemes de detecció òptica basats en sensors FBG convencionals. Per a això, s'han proposat tres metodologies de codificació de dispositius de detecció SSFBG, amb l'objectiu de dotar a cada sensor amb informació addicional útil per a la identificació de cada sensor inclús en condicions de superposició. Un sensor codificat basat en FBGs és una estructura FBG la forma de la qual s'ha adaptat a una paraula-codi ortogonal, de tal manera que la seua longitud d'ona central es pot distingir inequívocament d'altres senyals en l'espectre. El disseny dels sensors SSFBG codificats es realitza modificant l'espectre de reflexió de dispositius FBG multibanda, açò s'aconseguix traduint les paraules-codi ortogonals en els termes d'amplitud i fase dels sensors FBG. La codificació en amplitud dels sensors SSFBG consistix a traduir les paraules-codi extit \textit{"Optical Orthogonal Codewords"} (OOC) , desenrotllades per a sistemes de comunicacions d'accés múltiple per divisió de codi òptic (OCDMA) , en el patró de reflexió dels dispositius. La codificació en amplitud i phase s'ha proposat per mitjà de dos enfocaments diferents: en el primer, paraules-codi d'amplitud i fase personalitzades ($ a_ {k} $, $ f_ {k} $) van ser dissenyades específicament per a exhibir un comportament ortogonal obtingut per la combinació de dos paraules-codi. La tècnica d'interrogació basada en una font dual sintonizable va ser específicament dissenyada per a recuperar el mesurament diferencial dels sensors i descodificar efectivament la seua informació. El segon enfocament utilitza les seqüències \textit{"Discrete Prolate Spheroidal Sequences"} (DPSS), que són seqüències mútuament ortogonals desenrotllades per a sistemes de comunicacions. Es va demostrar l'ús d'estes estructures com a elements de detecció ortogonals amb patrons específics de fase i amplitud. La fabricació i la validació experimental dels dispositius SSFBG proposats es van realitzar per a demostrar el rendiment dels sensors inclusivament en condicions de superposició espectral. La longitud d'ona central dels sensors es recupera amb èxit en les tres metodologies, a més, l'error del sistema de detecció es va caracteritzar en termes dels paràmetres de disseny. / This thesis investigates the application of encoding concepts to the design of optical sensors based on fiber Bragg grating (FBG) devices. Specifically, we present the design, characterization and experimental validation of custom encoded sensing devices that can be designed and manufactured as super-structured FBG (SSFBG) devices. The aim of this thesis is to enhance the capacity and the overall performance of the optical sensing systems based on conventional FBG sensors. To do so, three encoding methodologies of SSFBG sensing devices have been proposed, aiming to endow each sensor with additional information useful to identify each sensor even under overlapping conditions. An encoded FBG-based sensor is a FBG structure whose shape has been tailored after an orthogonal codeword in such a way that their central wavelength can be distinguished unequivocally from other signals in the spectrum. The design of encoded SSFBG sensors is performed by modifying the reflection spectrum of multi-band FBG devices, this is achieved by translating orthogonal codewords into the amplitude and phase terms of the FBG sensors. Amplitude encoding of SSFBG sensors consists in translating the binary optical orthogonal codewords (OOCs), developed for optical-code division multiple-access (OCDMA) communications systems, into the reflection pattern of the devices. Amplitude $\&$ phase encoding has been proposed in two different approaches: in the first one, custom amplitude and phase codewords ($a_{k}$, $f_{k}$) were specifically devised to exhibit orthogonal behavior by combining the two codewords. The dual-wavelength tunable interrogation technique was also specifically designed to retrieve the differential measurement of the sensors and effectively decode their information. The second approach uses the discrete prolate spheroidal sequences (DPSS), which are mutually orthogonal sequences developed for communications systems. We demonstrated the use of this structures as orthogonal sensing elements with definite phase and amplitude patterns. The manufacturing and experimental validation of the proposed SSFBG devices were carried out to prove the overlap-proof performance of the devices. The central wavelength of the sensors is successfully retrieved in the three methodologies, additionally, the error of the sensing system was characterized in terms of the design parameters. / Triana Infante, CA. (2018). Enoding optial FBG sensors to enhance the capacity of optial sensing systems [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/114824

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Tese de mestrado integrado. Engenharia Civil. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2010

Estágio realizado na University of Maryland Baltimore County e orientado pelo Doutor Ramachandram Badugu / Tese de mestrado integrado. Engenharia Química. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2008

El plan de tesis propuesto tiene como objetivo general “evaluar la utilización de polímeros impresos nanoestructurados como fases sensoras en el desarrollo de sensores ópticos para la determinación selectiva de benzodiazepinas”. A continuación se mencionan los objetivos específicos que han dirigido el desarrollo de este trabajo de investigación: • Estudiar las propiedades ópticas de las benzodiazepinas y las condiciones bajo las cuales se produce la hidrólisis de las mismas. La caracterización luminiscente incluye el registro de los espectros de absorción UV, excitación/emisión de fluorescencia y de fosforescencia a temperatura ambiente. • Investigar la manera en que las benzodiazepinas interaccionan con biopolímeros. Esto da una idea de los enlaces que hay que intentar reproducir a través de fases sensoras artificiales, que tienen la capacidad de sustituir la función que desempeñan las sustancias bioquímicas. • Sintetizar polímeros impresos con benzodiazepinas utilizando diferentes tipos y concentraciones de precursores, optimizando las condiciones de síntesis para maximizar el proceso de impresión. • Evaluar las propiedades de reconocimiento selectivo de los polímeros sintetizados para seleccionar aquel que presente las mejores características para ser utilizado como fase sensora. • Explorar la utilización de las fases sensoras seleccionadas como medio de reconocimiento selectivo en la fabricación de sensores que permitan el análisis por inyección en flujo de benzodiazepinas. En esta etapa es necesario establecer un diseño del dispositivo de medida según las variables instrumentales y optimizar las condiciones de análisis. • Evaluar el desempeño analítico de los ensayos fluorescentes para la cuantificación de benzodiazepinas, como así también la reactividad cruzada frente a analitos estructuralmente relacionados. • Aplicar el método desarrollado al análisis de muestras reales y comparar los resultados con aquellos que se obtienen utilizando otros métodos.

Os objetivos desta tese são: o estudo e aprimoramento dos diferentes parâmetros geométricos e de processo de fabricação de guias de onda ARROW (Anti-Resonant Reflecting Optical Waveguides), visando reduzir as perdas por propagação; e o projeto, fabricação e caracterização de sensores óptico integrados utilizando os processos aprimorados. Os parâmetros estudados foram: os materiais utilizados nas camadas antirresonantes, as espessuras destas camadas, a profundidade de corrosão para definição do rib e a rugosidade nas paredes laterais, que considera-se o parâmetro mais crítico no que diz respeito às perdas por propagação obtidas com o processo de fabricação utilizado neste trabalho. Os materiais utilizados na fabricação dos guias de onda ARROW sobre substrato de silício foram filmes de oxinitreto de silício (SiOxNy) depositados por PECVD à temperatura de 320°C, filmes de SiO2 crescidos em forno de oxidação em ambiente úmido a 1200°C e filmes de TiOxNy depositados pela técnica de Magnetron Sputtering Reativo. A definição das paredes laterais dessas estruturas foi feita através da Corrosão por Plasma Reativo (RIE) e técnicas fotolitográficas convencionais. Para o aprimoramento dos processos, as técnicas de caracterização utilizadas foram: medidas de perdas por propagação, utilizando a técnica de vista superior e a análise modal dos guias de onda. A principal contribuição deste trabalho foi a proposição de um processo de fabricação alternativo, onde pedestais são utilizados para a definição das paredes laterais antes da deposição do núcleo dos guias de onda. Este processo permitiu a redução significativa das perdas e o corte dos modos superiores para guias com larguras menores ou iguais a 6 µm. Finalmente, com os guias e os processos aperfeiçoados foram fabricados dois diferentes tipos de sensores ópticos: sensores refratométricos baseados em interferômetro de Mach-Zehnder (IMZ) e sensores de umidade baseados em absorção utilizando o polímero polipirrol (PPy). A caracterização dos sensores baseados em IMZ permitiu concluir que, embora se tenha observado uma resposta do sensor em termos de variação da potência na saída do dispositivo com a variação do índice de refração, esta variação possivelmente está sendo influenciada pela interferência multimodo resultante de limitações do processo de fabricação, o que reduz significativamente a sensibilidade com relação a valores projetados. Os sensores de umidade apresentaram uma variação significativa da potência de saída para umidades relativas ao redor de 70%, permitindo sua utilização em diferentes aplicações, como na indústria alimentícia e no monitoramento da qualidade do ar. / The main goals of this thesis are: the study and improvement of different geometrical and fabrication process parameters of Anti-Resonant Reflecting Optical Waveguides (ARROWs), aiming at reducing the propagation losses; and the design, fabrication and characterization of integrated optics sensors using the improved processes. The studied parameters were: the materials used as anti-resonant layers, the thickness of these layers, the rib height and the sidewall roughness (SWR), which is considered the most critical parameter with respect to propagation losses in the fabrication process used in this work. The materials used in the fabrication of ARROW waveguides over silicon substrate were silicon oxynitride (SiOxNy) films deposited by PECVD at 320°C, SiO2 films, thermally grown at 1200°C and TiOxNy films deposited by the reactive magnetron sputtering technique. The definition of the sidewalls of these waveguides was performed by Reactive Ion Etching (RIE) and conventional photolithographic techniques. The characterization techniques used were: propagation loss measurements, using the top view technique and modal analysis. The main contribution of this work was the proposition of an alternative fabrication process where pedestals are used in order to define the sidewalls before deposition of the core of the ARROW waveguides. This process allowed significant reduction of losses and cutoff of higher modes at widths of 6 µm. Finally, with the waveguides and improved processes two different types of optical sensors were fabricated: refractometric sensors based on Mach-Zehnder interferometer (IMZ) and humidity sensors based on evanescent field absorption using polypyrrole polymer (PPy). The characterization results of IMZ based sensors showed that, although a sensor response has been observed in terms of change of output power with variation of the external medium\'s refractive index, this variation is possibly being influenced by multimode interference resulting from limitations in the fabrication process. This significantly reduces the sensitivity with respect to designed values. The humidity sensors show a significant variation in output power for relative humidity values around 70%, allowing its use in different applications, such as in food industry and in air quality monitoring.

Made available in DSpace on 2014-06-12T17:36:05Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo2529_1.pdf: 5942799 bytes, checksum: 7fec93a7eb63a4c46adc5d5195e570a4 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2010 / Fundação de Amparo à Ciência e Tecnologia do Estado de Pernambuco / O presente trabalho relata algumas contribuições para o desenvolvimento de um sistema completo de monitoração em tempo real do estado de poluição de cadeias de isoladores de linhas de transmissão de alta tensão. Essa condição é inferida indiretamente pelo sistema com base na contagem de descargas parciais ocorrendo na superfície dos isoladores, bem como no nível de umidade e temperatura ambiente. O sistema é composto por um sensor óptico conectado a uma fibra óptica, um módulo de processamento microcontrolado, um sistema de alimentação fotovoltaico e um sistema de comunicação via satélite. É verificado se a corrente de fuga excedeu um dos quatro limiares estabelecidos que são de 5 ,10, 20 e 40 mA e a taxa com que isso ocorre, além dos valores de temperatura e umidade relativa. As informações obtidas são processadas e armazenadas pelo microcontrolador PIC 16F877A e transmitidas pelo sistema de comunicação via satélite. É realizado o download das informações transmitidas para um banco de dados relacional e essas informações disponibilizadas em uma página web, e representadas graficamente ou em formato tabular. Seis sistemas foram instalados em torres de alta tensão da CHESF para a realização de estudos de correlação entre os parâmetros registrados e o grau de poluição, este obtido a partir de inspeções nos pontos de monitoramento por parte dos técnicos de manutenção da empresa. As contribuições específicas do presente trabalho incluem estudos dos efeitos degradantes da poluição no desempenho de isoladores de alta tensão, o projeto e implementação do módulo de processamento e do protocolo de comunicação por satélite do sistema, bem como a análise do desempenho do sistema e dos parâmetros medidos nos seis sistemas instalados em pontos da rede de transmissão da CHESF