Polarization effects in fiber-optic communication systems

In this thesis we perform a detailed analysis of the state of polarization (SOP) of light scattering process using a concatenation of ber-coil based polarization controllers (PCs). We propose a polarization-mode dispersion (PMD) emulator, built through the concatenation of bercoil based PCs and polarization-maintaining bers (PMFs), capable of generate accurate rst- and second-order PMD statistics. We analyze the co-propagation of two optical waves inside a highbirefringence ber. The evolution along the ber of the relative SOP between the two signals is modeled by the de nition of the degree of co-polarization parameter. We validate the model for the degree of co-polarization experimentally, exploring the polarization dependence of the four-wave mixing e ect into a ber with high birefringence. We also study the interaction between signal and noise mediated by Kerr e ect in optical bers. A model accurately describing ampli ed spontaneous emission noise in systems with distributed Raman gain is derived. We show that the noise statistics depends on the propagation distance and on the signal power, and that for distances longer than 120 km and signal powers higher than 6 mW it deviates signi catively from the Gaussian distribution. We explore the all-optical polarization control process based on the stimulated Raman scattering e ect. Mapping parameters like the degree of polarization (DOP), we show that the preferred ampli cation of one particular polarization component of the signal allows a polarization pulling over a wavelength range of 60 nm. The e ciency of the process is higher close to the maximum Raman gain wavelength, where the DOP is roughly constant for a wavelength range of 15 nm. Finally, we study the polarization control in quantum key distribution (QKD) systems with polarization encoding. A model for the quantum bit error rate estimation in QKD systems with time-division multiplexing and wavelength-division multiplexing based polarization control schemes is derived.

Quantum criptography in optical fibers

As comunicações quânticas aplicam as leis fundamentais da física quântica para codificar, transmitir, guardar e processar informação. A mais importante e bem-sucedida aplicação é a distribuição de chaves quânticas (QKD). Os sistemas de QKD são suportados por tecnologias capazes de processar fotões únicos. Nesta tese analisamos a geração, transmissão e deteção de fotões únicos e entrelaçados em fibras óticas. É proposta uma fonte de fotões única baseada no processo clássico de mistura de quatro ondas (FWM) em fibras óticas num regime de baixas potências. Implementamos essa fonte no laboratório, e desenvolvemos um modelo teórico capaz de descrever corretamente o processo de geração de fotões únicos. O modelo teórico considera o papel das nãolinearidades da fibra e os efeitos da polarização na geração de fotões através do processo de FWM. Analisamos a estatística da fonte de fotões baseada no processo clássico de FWM em fibras óticas. Derivamos um modelo teórico capaz de descrever a estatística dessa fonte de fotões. Mostramos que a estatística da fonte de fotões evolui de térmica num regime de baixas potências óticas, para Poissoniana num regime de potências óticas moderadas. Validamos experimentalmente o modelo teórico, através do uso de fotodetetores de avalanche, do método estimativo da máxima verossimilhança e do algoritmo de maximização de expectativa. Estudamos o processo espontâneo de FWM como uma fonte condicional de fotões únicos. Analisamos a estatística dessa fonte em termos da função condicional de coerência de segunda ordem, considerando o espalhamento de Raman na geração de pares de fotões, e a perda durante a propagação de fotões numa fibra ótica padrão. Identificamos regimes apropriados onde a fonte é quase ideal. Fontes de pares de fotões implementadas em fibras óticas fornecem uma solução prática ao problema de acoplamento que surge quando os pares de fotões são gerados fora da fibra. Exploramos a geração de pares de fotões através do processo espontâneo de FWM no interior de guias de onda com suceptibilidade elétrica de terceira ordem. Descrevemos a geração de pares de fotões em meios com elevado coeficiente de absorção, e identificamos regimes ótimos para o rácio contagens coincidentes/acidentais (CAR) e para a desigualdade de Clauser, Horne, Shimony, and Holt (CHSH), para o qual o compromisso entre perda do guia de onda e não-linearidades maximiza esses parâmetros.

Análise de sinais de voz para Detecção de patologias da Laringe Utilizando Entropia de Tsallis

Este trabalho apresenta uma nova metodologia para se comparar com trabalhos anteriores realizados por Scalassara (2009) e santos (2011), para o diagnóstico de patologias da laringe por meio da análise da voz. Nos trabalhos foram utilizados as Entropias shannon, Rényi e suas Entropias relativas para se obter uma classificação a partir do sinal de voz. desta maneira detecta-se a pessoa está doente e distingue-se entre duas patologias, nódulos nas pregas vocais ou o edema Reinke. Neste estudo é utilizada a entropia de Tsaillis, com o objetivo de se avaliar um melhor método de avaliação para o mesmo problema. o aperfeiçoamento desta técnica de diagnóstico é uma interessante alternativa às práticas atuais, sendo a principal diferença não consistir num exame invasivo e desta forma desconfortável para o paciente. Os resultados obtidos foram satisfatórios e foi possível determinar com precisão sinais saudáveis de sinais com as duas patologias contempladas pelo estudo.

Teorias de calibre supersimétricas formuladas num espaço-tempo não-comutativo tetradimensional

A relação com a teoria das cordas renovou o interesse nas teorias quânticas de campo formuladas num espaço-tempo não-comutativo. O principal aspecto dessas teorias é o assim chamado "mecanismo UV/IR", segundo o qual divergências ultravioletas são parcialmente convertidas em infravermelhas. Para certos modelos, estas singularidades infravermelhas originadas do mecanismo UV/IR podem inviabilizar a solução perturbativa da teoria de campos. A questão principal, portanto, é encontrar teorias que sejam consistentes quando formuladas num espaço-tempo não-comutativo, sendo os modelos supersimétricos particularmente promissores neste sentido. Neste trabalho, examinamos as teorias de calibre supersimétricas Abelianas (NCSQED) e não-Abelianas com grupo de calibre U(N) (NCSYM) formuladas num espaço-tempo não-comutativo de quatro dimensões. Emambos os casos, calculamos as funções de vértice utilizando o formalismo covariante de supercampos que é tornado completamente operacional. Consideramos tanto as teorias N = 1 quanto as com supersimetria estendida. Mostramos rigorosamente que, a um laço da teoria de perturbações, estes modelos são livres de singularidades infravermelhas UV/IR não-integráveis. Para a função de dois pontos da NCSQED esta afirmação vale em qualquer calibre, ao passo que, para a função de três pontos, as singularidades infravermelhas UV/IR perigosas se anulam num calibre particular. Já para a NCSYM, demonstramos que as correções quânticas às funções de vértice de dois e três pontos não apresentam os efeitos indesejáveis do mecanismo UV/IR graças a certas relações envolvendo traços dos geradores do grupo de calibre que, surpreendentemente, são satisfeitas apenas na representação fundamental do grupoU (N). Como esperado, a função de dois pontos é também finita na teoria N = 4.

Elétrons fortemente correlacionados na vizinhança de uma transição de fase quântica

The aim of this work is to derive theWard Identity for the low energy effective theory of a fermionic system in the presence of a hyperbolic Fermi surface coupled with a U(1) gauge field in 2+1 dimensions. These identities are important because they establish requirements for the theory to be gauge invariant. We will see that the identity associated Ward Identity (WI) of the model is not preserved at 1-loop order. This feature signalizes the presence of a quantum anomaly. In other words, a classical symmetry is broken dynamically by quantum fluctuations. Furthermore, we are considering that the system is close to a Quantum Phase Transitions and in vicinity of a Quantum Critical Point the fermionic excitations near the Fermi surface, decay through a Landau damping mechanism. All this ingredients need to be take explicitly to account and this leads us to calculate the vertex corrections as well as self energies effects, which in this way lead to one particle propagators which have a non-trivial frequency dependence

Entropia de bloco no formalismo estatístico generalizado de Kaniadakis

A posição que a renomada estatí stica de Boltzmann-Gibbs (BG) ocupa no cenário cientifíco e incontestável, tendo um âmbito de aplicabilidade muito abrangente. Por em, muitos fenômenos físicos não podem ser descritos por esse formalismo. Isso se deve, em parte, ao fato de que a estatística de BG trata de fenômenos que se encontram no equilíbrio termodinâmico. Em regiões onde o equilíbrio térmico não prevalece, outros formalismos estatísticos devem ser utilizados. Dois desses formalismos emergiram nas duas ultimas décadas e são comumente denominados de q-estatística e k-estatística; o primeiro deles foi concebido por Constantino Tsallis no final da década de 80 e o ultimo por Giorgio Kaniadakis em 2001. Esses formalismos possuem caráter generalizador e, por isso, contem a estatística de BG como caso particular para uma escolha adequada de certos parâmetros. Esses dois formalismos, em particular o de Tsallis, nos conduzem também a refletir criticamente sobre conceitos tão fortemente enraizados na estat ística de BG como a aditividade e a extensividade de certas grandezas físicas. O escopo deste trabalho esta centrado no segundo desses formalismos. A k -estatstica constitui não só uma generalização da estatística de BG, mas, atraves da fundamentação do Princípio de Interação Cinético (KIP), engloba em seu âmago as celebradas estatísticas quânticas de Fermi- Dirac e Bose-Einstein; além da própria q-estatística. Neste trabalho, apresentamos alguns aspectos conceituais da q-estatística e, principalmente, da k-estatística. Utilizaremos esses conceitos junto com o conceito de informação de bloco para apresentar um funcional entrópico espelhado no formalismo de Kaniadakis que será utilizado posteriormente para descrever aspectos informacionais contidos em fractais tipo Cantor. Em particular, estamos interessados em conhecer as relações entre parâmetros fractais, como a dimensão fractal, e o parâmetro deformador. Apesar da simplicidade, isso nos proporcionará, em trabalho futuros, descrever estatisticamente estruturas mais complexas como o DNA, super-redes e sistema complexos

Fluxos e densidades de energia negativa em teoria quântica de campos

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Espaço de Hilbert e quantificação de emaranhamento via entropia não extensiva

Pós-graduação em Matemática - IBILCE

Método do hamiltoniano termodinamicamente equivalente para sistemas de muitos corpos

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Métodos de ressoma no super-espaço aplicados ao modelode O’Raifeartaigh

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Entropia conjunta de espaço e reqüência espacial estimada através da discriminação de estímulos espaciais com luminância e cromaticidade moduladas por funções de Gábor: implicações para o processamento paralelo de informação no sistema visual humano

O objetivo deste estudo foi estimar a entropia conjunta do sistema visual humano no domínio do espaço e no domínio das freqüências espaciais através de funções psicométricas. Estas foram obtidas com testes de discriminação de estímulos com luminância ou cromaticidade moduladas por funções de Gábor. A essência do método consistiu em avaliar a entropia no domínio do espaço, testando-se a capacidade do sujeito em discriminar estímulos que diferiam apenas em extensão espacial, e avaliar a entropia no domínio das freqüências espaciais, testando-se a capacidade do sujeito em discriminar estímulos que diferiam apenas em freqüência espacial. A entropia conjunta foi calculada, então, a partir desses dois valores individuais de entropia. Três condições visuais foram estudadas: acromática, cromática sem correção fina para eqüiluminância e cromática com correção para eqüiluminância através de fotometria com flicker heterocromático. Quatro sujeitos foram testados nas três condições, dois sujeitos adicionais foram testados na condição cromática sem eqüiluminância fina e um sétimo sujeito também fez o teste acromático. Todos os sujeitos foram examinados por oftalmologista e considerados normais do ponto de vista oftálmico, não apresentando relato, sintomas ou sinais de disfunções visuais ou de moléstias potencialmente capazes de afetar o sistema visual. Eles tinham acuidade visual normal ou corrigida de no mínimo 20/30. O trabalho foi aprovado pela Comissão de Ética em Pesquisa do Núcleo de Medicina Tropical da UFPA e obedeceu às recomendações da Declaração de Helsinki. As funções de Gábor usadas para modulação de luminância ou cromaticidade compreenderam redes senoidais unidimensionais horizontais, moduladas na direção vertical, dentro de envelopes gaussianos bidimensionais cuja extensão espacial era medida pelo desvio padrão da gaussiana. Os estímulos foram gerados usando-se uma rotina escrita em Pascal num ambiente Delphi 7 Enterprise. Foi utilizado um microcomputador Dell Precision 390 Workstation e um gerador de estímulos CRS VSG ViSaGe para exibir os estímulos num CRT de 20”, 800 x 600 pixels, 120 Hz, padrão RGB, Mitsubishi Diamond Pro 2070SB. Nos experimentos acromáticos, os estímulos foram gerados pela modulação de luminância de uma cor branca correspondente à cromaticidade CIE1931 (x = 0,270; y = 0,280) ou CIE1976 (u’ = 0,186; v’= 0,433) e tinha luminância média de 44,5 cd/m2. Nos experimentos cromáticos, a luminância média foi mantida em 15 cd/m2 e foram usadas duas series de estímulos verde-vermelhos. Os estímulos de uma série foram formados por duas cromaticidades definidas no eixo M-L do Espaço de Cores DKL (CIE1976: verde, u’=0,131, v’=0,380; vermelho, u’=0,216, v’=0,371). Os estímulos da outra série foram formados por duas cromaticidades definidas ao longo de um eixo horizontal verde-vermelho definido no Espaço de Cores CIE1976 (verde, u’=0,150, v’=0,480; vermelho, u’=0,255, v’=0,480). Os estímulos de referência eram compostos por redes de três freqüências espaciais diferentes (0,4, 2 e 10 ciclos por grau) e envelope gaussiano com desvio padrão de 1 grau. Os estímulos de testes eram compostos por uma entre 19 freqüências espaciais diferentes em torno da freqüência espacial de referência e um entre 21 envelopes gaussianos diferentes com desvio padrão em torno de 1 grau. Na condição acromática, foram estudados quatro níveis de contraste de Michelson: 2%, 5%, 10% e 100%. Nas duas condições cromáticas foi usado o nível mais alto de contraste agregado de cones permitidos pelo gamut do monitor, 17%. O experimento consistiu numa escolha forçada de dois intervalos, cujo procedimento de testagem compreendeu a seguinte seqüência: i) apresentação de um estímulo de referência por 1 s; ii) substituição do estímulo de referência por um fundo eqüiluminante de mesma cromaticidade por 1 s; iii) apresentação do estímulo de teste também por 1 s, diferindo em relação ao estímulo de referência seja em freqüência espacial, seja em extensão espacial, com um estímulo sonoro sinalizando ao sujeito que era necessário responder se o estímulo de teste era igual ou diferente do estímulo de referência; iv) substituição do estímulo de teste pelo fundo. A extensão espacial ou a freqüência espacial do estímulo de teste foi mudada aleatoriamente de tentativa para tentativa usando o método dos estímulos constantes. Numa série de 300 tentativas, a freqüencia espacial foi variada, noutra série também de 300 tentativas, a extensão espacial foi variada, sendo que cada estímulo de teste em cada série foi apresentado pelo menos 10 vezes. A resposta do indivíduo em cada tentativa era guardada como correta ou errada para posterior construção das curvas psicométricas. Os pontos experimentais das funções psicométricas para espaço e freqüência espacial em cada nível de contraste, correspondentes aos percentuais de acertos, foram ajustados com funções gaussianas usando-se o método dos mínimos quadrados. Para cada nível de contraste, as entropias para espaço e freqüência espacial foram estimadas pelos desvios padrões dessas funções gaussianas e a entropia conjunta foi obtida multiplicando-se a raiz quadrada da entropia para espaço pela entropia para freqüência espacial. Os valores de entropia conjunta foram comparados com o mínimo teórico para sistemas lineares, 1/4π ou 0,0796. Para freqüências espaciais baixas e intermediárias, a entropia conjunta atingiu níveis abaixo do mínimo teórico em contrastes altos, sugerindo interações não lineares entre dois ou mais mecanismos visuais. Este fenômeno occorreu em todas as condições (acromática, cromática e cromática eqüiluminante) e foi mais acentuado para a frequência espacial de 0,4 ciclos / grau. Uma possível explicação para este fenômeno é a interação não linear entre as vias visuais retino-genículo-estriadas, tais como as vias K, M e P, na área visual primária ou em níveis mais altos de processamento neural.

Investigação da dinâmica sequêncial Monte Carlo/Mecânica Quântica para sitemas moleculares orgânicos

O principal objetivo deste trabalho é investigar teóricamente as propriedades eletrônicas e óticas de compostos orgânicos em ambiente líquido. A compreensão das interações em sistemas líquidos é muito importante para a descrição de fenômenos em muitas partes da ciência, como Física, Química, Biologia e Materiais, bem como no desenvolvimento de materiais óticos. As flutuações térmicas fazem que inumaram das configurações para os líquidos possam ser gerados. Esta é a razão do comportamento estatístico observado em sistemas líquidos. Considerando estas dificuldades, o tratamento sequencial Monte Carlo / Mecânica Quântica (SMC/QM) é usado neste trabalho. Neste procedimento, a estrutura líquida é gerada primeiramente por simulações clássicas de MC e mais tarde, somente a parte mais importante do sistema é tratada com mecânica quântica. Usando o procedimento acima, os propriedades do quantum o pirazine dimethyl do thiene Methyl da laranja (MO) e do O 2,3-dimetil tieno[3,4-b] pirazina (DTP) foram investigados. O MO é um conhecido indicador de pH e pode ser encontrado sob circunstâncias básicas e acidas. Suas geometrias de mínima energia foram obtidas mediante a Teoria do Funcional da Densidade pelo funcional B3LYP, sendo o sistema descrito pelas bases de Pople com uma função de polarização (6-31G*). Para obter as propriedades médias dos observaveis, cálculos de química quântica foram executados dentro da aproximação semi-empírica de INDO/S-CI. Com respeito ao espectro de absorção, os dados experimentais existentes na literatura científica reportam a existência de uma larga banda localizada na região de baixas energias, mais precisamente entre 400 e 600 nm. Nossos resultados teóricos para a forma alcalina mostram uma transição intensa transição π → π* aproximadamente à 432.4 ± 0.03 nm e, sob condições ácidas, esta transição aparece aproximadamente à 507.4 ± 0.12, 496.4 ± 0.28 ou 545.3 ± 0.10 nm, dependendo da estrutura, mostrando bom acordo com resultados experimentais. O DTP é um sistema particular usado na produção de polímeros de baixo gap. Suas propriedades elétricas e óticas foram obtidas através de um novo procedimento conhecido por Configuração Eletrostática Média do Solvent (ASEC). O procedimento ASEC inclui moléculas do solvente como cargas pontuais e permite o obtenção das quantidades quânticas executando somente poucos cálculos de mecânica quântica. Para o DTP, usando a teoria das perturbações de segunda ordem Mφller-Plesset (MP2) e o conjunto de bases aug-cc-pVDZ, a convergência do momento de dipolo foi alcançada com apenas quatro cálculos de mecânica quântica à 1.16 D, apresentando um aumento de 42% quando comparado ao dipolo isolado. O polarizabilidade corresponde à outra característica elétrica que pôde ser medida. Considerando o mesmo nível empregado ao cálculo do dipolo, o valor médio 132.7 a30 foi observado. A região de mais baixas da energias do espectro de absorption foi investigada também atravé de procedimento de ASEC usando ambos as aproximações, semi-empírico e DFT. Esta região de absorção é motivo de conclusões contraditórias com relação à natureza das transições n → π* e π → π*. Nossos resultados mostram que realmente que essas excitações são realmente observadas simultanemente podendo sobrepôr-se. Como exemplo, nossos resultados para DFT, encontrados usando o funcional B3LYP nos mostra que estas transições aparecem aproximadamente à 360.6 e 351.1 nm.

A study of the dynamics of quantum correlations

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Campos espinoriais ELKO

Pós-graduação em Física - FEG

Estudo da variação do limite de resistência à tração ao longo da bobina de vergalhão de alumínio 1350 AA

Therebar of aluminum 1350 AA produced by CBA are used inthe manufacture of wires and cables for electric power transmission, which marketshows increasingly favorableto aluminum due to itslow densityand high electrical conductivity, but to ensure that this materialmeets all specifications of projectsfor electricity transmission, it must have homogeneity in the chemicaland mechanicalproperties.One of the points of improvement in the process of rod production isreducing the high variation of the limitof tensile strengthalong the coils, therefore, this work seeks a better understanding of the factors that significantly influence the mechanical properties of rebar, specifically assessing the influence oftemperatureat the output of the coils, which can cause a recovery effect on the material andif thereare relevantdifferences between the two modes of rebar production: auto and manual.Samples of six coils have been specifically produced forthis study, which weresubsequently subjected to different annealing temperatures for one hour and ten minutes, similar to what occurs in the output of the coil from the machine. The tensile tests showed that aluminum 1350 AA is significantly influenced by temperature, whose behavior was very similar to that presented in the literature. It was found that the phenomenon of recovery occurred more significantly at high temperatures. Through the optical electron microscope Zeiss, 18 surface maps were made with 100x magnification for each sample in different conditions and the images were analyzed using entropy and fractal dimension, aiming to relate the condition of surface hardening on mechanical property of the samples in that condition. The results showed that these methods can be applied, provided they do not have any kind of imperfection on the surface, once they can influence the results. The study concluded that a more efficient cooling is required in ... (Complete abstract click electronic access below)