Aplicação de Inteligência Computacional para a Solução de Problemas Inversos de Transferência Radiativa em Meios Participantes Unidimensionais

Esta pesquisa consiste na solução do problema inverso de transferência radiativa para um meio participante (emissor, absorvedor e/ou espalhador) homogêneo unidimensional em uma camada, usando-se a combinação de rede neural artificial (RNA) com técnicas de otimização. A saída da RNA, devidamente treinada, apresenta os valores das propriedades radiativas [ω, τ0, ρ1 e ρ2] que são otimizadas através das seguintes técnicas: Particle Collision Algorithm (PCA), Algoritmos Genéticos (AG), Greedy Randomized Adaptive Search Procedure (GRASP) e Busca Tabu (BT). Os dados usados no treinamento da RNA são sintéticos, gerados através do problema direto sem a introdução de ruído. Os resultados obtidos unicamente pela RNA, apresentam um erro médio percentual menor que 1,64%, seria satisfatório, todavia para o tratamento usando-se as quatro técnicas de otimização citadas anteriormente, os resultados tornaram-se ainda melhores com erros percentuais menores que 0,04%, especialmente quando a otimização é feita por AG.

Aplicação da técnica simulated annealing na investigação da ciclagem de nitrogênio na inteface água-sedimento

Neste trabalho é apresentado a aplicação de um método de otimização a fim de estimar parâmetros que normalmente estão presentes na modelagem matemática da dinâmica de espécies químicas na interface água-sedimento. O Problema Direto aqui consistiu na simulação das concentrações das espécies orgânicas e inorgânicas (amônia e nitrato) de nitrogênio, num ambiente idealizado, o qual foi fracionado em quatro camadas: uma camada de água (1 metro) e três camadas de sedimento (0-1 cm, 1-2 cm e 2-10 cm). O Problema Direto foi resolvido pelo Método de Runge Kutta, tendo sido gerada uma simulação de 50 dias. Na estimativa dos coeficientes de difusão e porosidade foi aplicado o Método Simulated Annealing (SA). A eficiência da estratégia aqui adotada foi avaliada através do confronto entre dados experimentais sintéticos e as concentrações calçadas pela solução do Problema Direto, adotando-se os parâmetros estimados pela SA. O melhor ajuste entre dados experimentais e valores calculados se deu quando o parâmetro estimado foi a porosidade. Com relação à minimização da função objetivo, a estimativa desse parâmetro também foi a que exigiu menor esforço computacional. Após a introdução de um ruído randômico às concentrações das espécies nitrogenadas, a técnica SA não foi capaz de obter uma estimativa satisfatória para o coeficiente de difusão, com exceção da camada 0-1 cm sedimentar. Para outras camadas, erros da ordem de 10 % foram encontrados (para amônia na coluna dágua, pro exemplo). Os resultados mostraram que a metodologia aqui adotada pode ser bastante promissora enquanto ferramenta de gestão de corpos dágua, especialmente daqueles submetidos a um regime de baixa energia, como lagos e lagoas costeiras.

O processo de cidadanização de pessoas LGBT: uma etnografia em Centros de Cidadania do Rio de Janeiro.

O presente trabalho se insere nos estudos de diversidade sexual e de gênero na sua relação com a implementação do Programa Rio sem Homofobia como parte do processo de cidadanização de lésbicas, gays, bissexuais, travestis e transexuais (LGBT) no contexto Fluminense. O Programa instituiu a fundação de Centros de Cidadania LGBT (CC) que contam com profissionais para atenderem essas pessoas. O trabalho de campo teve por objetivo principal a observação da interação entre profissionais e usuário (as) nos atendimentos e acompanhamentos realizados nestes locais. Através desta observação, buscou-se compreender os processos pelos quais se constroem demandas a serem encaminhadas para outros serviços. Inspirada em reflexões pós-estruturalistas e pós-colonialistas, tentou-se refletir sobre o processo de cidadanização LGBT e processos sociais globais, em que o Estado brasileiro aparece como ator-chave na formulação de políticas identitárias, ou "focalistas", o que para muitos profissionais no campo das políticas sociais torna-se o foco de um intenso debate. Observou-se a interação entre profissionais e usuário (as) a partir de conceituações de Strauss (1997) sobre identidade como sendo construídas no decorrer da interação. Ao longo do trabalho apresentam-se os casos emblemáticos em que há uma perturbação na interação e em seu status, como uma forma de ruído na comunicação entre os envolvidos no atendimento.

Estudo da formação de sub-produtos da degradação de clorobenzeno e 1,2-dicloroetano a partir da reação com reagente de Fenton em solução aquosa utilizando diferentes fontes de ferro

Poluições da água e do solo são duas das cinco categorias básicas de poluição ambiental. As outras três são do ar, ruído e luz. Poluição ocorre quando um material/produto químico é adicionado ao meio ambiente afetando-o adversamente. Uma vez que a poluição existe, retornar a matriz impactada para o seu estado anteriormente não poluído torna-se muito difícil ou até mesmo impossível em alguns casos. Os compostos organoclorados (OC) representam um importante grupo de poluentes orgânicos persistentes (POP), devido à sua toxicidade e elevada persistência no ambiente. Diferentes técnicas de remediação de solo e água subterrânea têm sido desenvolvidas com o objetivo de reparar as áreas contaminadas em menor tempo e custo possíveis e, assim, a oxidação química in situ tem se mostrado uma técnica cada vez mais atraente devido sua simplicidade e baixo custo. A degradação de dois compostos organoclorados via oxidação química por reagente de Fenton em solução aquosa é o objeto do presente trabalho. Para tanto, foram selecionados dois compostos, sendo um alifático e outro aromático. Assim, foram avaliadas as condições de degradação dos compostos organoclorados em relação às concentrações do oxidante em diferentes tempos reacionais, diferentes fontes de catalisador e, de forma qualitativa, quais foram os principais subprodutos formados. Os ensaios oxidativos foram realizados em meio aquoso com temperatura controlada a 25 C e em 3 configurações de [Fe2+] e [H2O2]. A extração dos compostos de interesse para a fase orgânica também foi estudada. A análise dos extratos revelou que o acetato de etila foi o solvente que melhor extraiu os compostos de interesse da fase aquosa. Além destes ensaios, foram avaliadas outras duas fontes de Fe(II), sendo 11 óxidos de manganês dopados com ferro e a classe de solo predominante no território nacional, que é caracterizada pela sua alta concentração de ferro endógeno (latossolo). O ensaio entre as fontes de ferro revelou que tanto o óxido de Mn quanto o latossolo produziram menos subprodutos em relação à reação com a solução de sulfato Fe(II). Entretanto, em termos quantitativos, a redução na concentração de clorobenzeno foi mais efetiva na reação com a solução de Fe(II) (cerca de 63%). A identificação dos sobprodutos foi realizada a partir da análise em cromatógrafo a gás acoplado a espectrômetro de massas e em análise comparativa dos espectros com a biblioteca NIST. Os ensaios oxidativos revelaram que em baixas concentrações de oxidante, há a possibilidade de geração de subprodutos mais tóxicos que os reagentes, sendo produzido bifenilas policloradas e hexaclorociclohexano nas reações com clorobenzeno e 1,2-dicloroetano, respectivamente

Determinação de cádmio e chumbo em peixes da espécie geophagus brasiliensis, no rio Paraíba do Sul, entre os municípios de Barra Mansa e Pinheiral

Sabendo que os peixes são bioacumuladores de contaminantes do ambiente aquático e com isso representam riscos para seus consumidores, podendo ampliar tal poluentes para a cadeia trófica, este estudo tem por objetivo determinar os níveis de cádmio e chumbo presentes na espécie de peixe Acará (Geophagus brasiliensis), tradicional do consumo da população ribeirinha, devido a grande quantidade de indivíduos na região industrial do Sul Fluminense, no rio Paraíba do Sul, do estado do Rio Janeiro, além de comparar as faixas de concentração destes elementos-traço com dados estabelecidos pela ANVISA, utilizando estes peixes como bioindicadores das regiões estudadas. Os peixes foram capturados ao longo do rio Paraíba do Sul, nos municípios de Pinheiral, Barra Mansa e Volta Redonda. A identificação e quantificação dos metaisforam realizados, por um sistema de pré-concentração, baseado na adsorção de metais por uma resina quelante (chelex100) acoplada em linhacom um espectrômetro de absorção atômica com chama (FAAS). O método de pré-concentração permitiu a detecção de cádmio em níveis maiores que ao limite de detecção do FAAS e quando comparados com os valores estabelecidos pela ANVISA, indicou que o peixe estaria impróprio para o consumo humano. Nas análises de pré-concentração para chumbo, não houve sinal expressivo a ser comparado, apresentando somente sinais de ruído do equipamento. O cádmio e o chumbo foram escolhidos para análise uma vez que são regulamentados como contaminantes inorgânicos pela ANVISA e não foi encontrado na literatura nenhum dado sobre esses metais em Geophagus brasiliensis

Gigacount/second photon detection with InGaAs avalanche photodiodes

We demonstrate high count rate single photon detection at telecom wavelengths using a thermoelectrically-cooled semiconductor diode. Our device consists of a single InGaAs avalanche photodiode driven by a 2 GHz gating frequency signal and coupled to a tuneable self-differencing circuit for enhanced detection sensitivity. We find the count rate is linear with the photon flux in the single photon detection regime over approximately four orders of magnitude, and saturates at 1 gigacount/s at high photon fluxes. This result highlights promising potential for APDs in high bit rate quantum information applications.

Application of the fractional Fourier transform to the design of LCOS based optical interconnects and fiber switches

It is shown that reflective liquid crystal on silicon (LCOS) spatial light modulator (SLM) based interconnects or fiber switches that use defocus to reduce crosstalk can be evaluated and optimized using a fractional Fourier transform if certain optical symmetry conditions are met. Theoretically the maximum allowable linear hologram phase error compared to a Fourier switch is increased by a factor of six before the target crosstalk for telecom applications of -40 dB is exceeded. A Gerchberg-Saxton algorithm incorporating a fractional Fourier transform modified for use with a reflective LCOS SLM is used to optimize multi-casting holograms in a prototype telecom switch. Experiments are in close agreement to predicted performance. © 2012 Optical Society of America.

Use of wavefront encoding in optical interconnects and fiber switches for cross talk mitigation

A technique of cross talk mitigation developed for liquid crystal on silicon spatial light modulator based optical interconnects and fiber switches is demonstrated. By purposefully introducing an appropriate aberration into the system, it is possible to reduce the worst-case cross talk by over 10 dB compared to conventional Fourier-transform-based designs. Tests at a wavelength of 674nm validate this approach, and show that there is no noticeable reduction in diffraction efficiency. A 27% spot increase in beam diameter is observed, which is predicted to reduce at longer datacom and telecom wavelengths. © 2012 Optical Society of America.

Nanoscale plasmonic memristor with optical readout functionality.

We experimentally demonstrate for the first time a nanoscale resistive random access memory (RRAM) electronic device integrated with a plasmonic waveguide providing the functionality of optical readout. The device fabrication is based on silicon on insulator CMOS compatible approach of local oxidation of silicon, which enables the realization of RRAM and low optical loss channel photonic waveguide at the same fabrication step. This plasmonic device operates at telecom wavelength of 1.55 μm and can be used to optically read the logic state of a memory by measuring two distinct levels of optical transmission. The experimental characterization of the device shows optical bistable behavior between these levels of transmission in addition to well-defined hysteresis. We attribute the changes in the optical transmission to the creation of a nanoscale absorbing and scattering metallic filament in the amorphous silicon layer, where the plasmonic mode resides.

Silicon pyramids for plasmonic enhanced schottky photodetectors

We demonstrate the design, fabrication and characterization of plasmonic enhanced free space Schottky detector for telecom wavelength. Unique fabrication technique, simulation and measurement results will be presented and discussed. © OSA 2013.

Nanoplasmonics for guiding, focusing and detection applications

In this talk we demonstrate configurations and devices that allow plasmonic assisted guiding and confinement of electromagnetic energy at the nanoscale. We also demonstrate silicon plasmonic Schottky detector for telecom wavelengths. © 2011 OSA.

Room temperature single-photon detectors for high bit rate quantum key distribution

We report room temperature operation of telecom wavelength single-photon detectors for high bit rate quantum key distribution (QKD). Room temperature operation is achieved using InGaAs avalanche photodiodes integrated with electronics based on the self-differencing technique that increases avalanche discrimination sensitivity. Despite using room temperature detectors, we demonstrate QKD with record secure bit rates over a range of fiber lengths (e.g., 1.26 Mbit/s over 50 km). Furthermore, our results indicate that operating the detectors at room temperature increases the secure bit rate for short distances. © 2014 AIP Publishing LLC.

Nanoplasmonics for guiding, focusing and detection applications

In this talk we demonstrate configurations and devices that allow plasmonic assisted guiding and confinement of electromagnetic energy at the nanoscale. We also demonstrate silicon plasmonic Schottky detector for telecom wavelengths. ©2011 Optical Society of America.

Characteristics of triangle and square InP/InGaAsP microlasers

Directional emission triangle and square InGaAsP/InP lasers have been fabricated by standard photolithography, inductively coupled plasma etching technique combined with wet chemical etching process. In this article, the characteristics of the microcavity lasers are presented. For an equilateral triangle microcavity laser with the side length of 30 mu m, we got the laser spectra fitted very well with the mode wavelength formulate LIP to the 8(th) transverse mode at room temperature. But the laser spectra are usually more complex than the formulae for the lasers, especially for the lasers with a smaller side length. For a square microcavity laser with side length of 20 mu m, we observed the mode competition between the Fabry-Perot (FP) modes and Whispering-Gallery (WG) modes at 200K. The output spectra below the threshold have the mode interval of FP modes with a large mode interval, and the laser spectra agree very well with the WG modes, which have mode interval less than the FP modes. The output spectra are dominated by the FP modes below the threshold, because the FP modes have a higher output coupling efficiency than the WG modes.