Espectroscopia resolvida no tempo : caracterização de pulsos curtos, dinâmica molecular em líquidos, modelamento de luz incoerente

Nesta tese realizamos três trabalhos que envolvem diferentes aspectos da espectroscopia resolvida no tempo. No primeiro discutimos brevemente a teoria e as principais técnicas para a caracterização de pulsos curtos. Analisamos detalhamente uma destas técnicas e propusemos modi cações que possibilitaram o barateamento dos custos da montagem e, além disso, introduziram novas características que sanaram alguns problemas que a montagem original apresentava e que também possibilitaram uma melhor caracterização da própria técnica. Descrevemos cuidadosamente as condições que devem ser satisfeitas pela geometria dos feixes e pelos componentes da montagem para obter uma caracterização correta dos pulsos curtos. Também apresentamos o procedimento de calibração do sistema. Pulsos com diferentes tempos e funções de fase foram caracterizados e os resultados foram validados por testes de con abilidade da informação recuperada. O trabalho seguinte foi o estudo da dinâmica molecular em líquidos puros e em misturas através da técnica efeito Kerr óptico resolvido no tempo, que é uma técnica do tipo bombeio e prova não ressonante, usando um sistema laser Ti:Sa ra com pulsos de 170 fs, centrados em 800 nm. As moléculas estudadas foram o dissulfeto de carbono (CS2), benzeno (C6H6), alilbenzeno (C9H10) e o poliestireno (PS). A teoria necessária para descrever os resultados medidos foi desenvolvida no regime temporal. O modelo de Debye para a relaxação difusiva da anisotropia orientacional descreve a componente de tempos longa, acima de um picosegundo. Partindo do Hamiltoniano de interação, desenvolvemos a teoria da função resposta linear, chegando a uma expressão para a relaxação da polarizabilidade anisotrópica, necessária para descrever os tempos curtos (subpicosegundos). Além disso, a passagem para o regime espectral utilizando somente dados experimentais, ou seja, sem a necessidade de levar em conta modelos especí cos, também foi discutida. Os resultados mostram que os tempos difusivos tanto nos líquidos puros quanto nas misturas seguem a equação de Debye-Stokes-Einstein que prevê um aumento deste tempo para viscosidades maiores. Os tempos curtos são analisados em termos da componente não difusiva da resposta espectral associada à dinâmica molecular. As alterações do espectro foram quanti cadas e a explicação para as mudanças observadas foi dada em termos das con gurações estruturais de interação que levam a uma alteração do potencial intermolecular dentro do qual as moléculas executam movimentos libracionais. Por último, investigamos a questão do modelamento de pulsos de luz incoerente. Para isto trabalhamos com um laser de corante banda larga sem elemento de seleção espectral intracavidade. A técnica utilizada foi o espalhamento forçado de luz ao qual foi acoplado um modelador composto por uma grade, uma lente e uma máscara que alterava a função de fase espectral relativa entre os feixes formadores da grade transiente na amostra de interesse. Realizamos uma análise detalhada desta montagem e obtivemos expressões para ajustar os dados medidos. Os resultados mostram que a função de correlação pode ser alterada de forma especí ca através da escolha de determinadas funções de fase espectrais.

Uma abordagem de óptica física e física moderna para Engenharia Ambiental

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Simulação do comportamento espectral de redes de período longo em fibra óptica

Esta tese é dedicada às redes de período longo, LPG’s, em fibra óptica, escritas por exposição a radiação ultravioleta (UV) ou por exposição a descargas eléctricas, e às suas aplicações em comunicações ópticas e em sistemas sensores. Numa primeira fase estudaram-se os aspectos teóricos fundamentais para a compreensão das LPG, nomeadamente os dois modelos matemáticos propostos na literatura, para a transmissão espectral de uma LPG, o modelo de duas camadas e o modelo de três camadas. Em seguida, estudou-se o deslocamento do comprimento de onda ressonante perante mudanças de parâmetros externos. Aqui, verificou-se que para variações da temperatura no exterior da LPG, o deslocamento do comprimento de onda ressonante é linear. Por outro lado, para variações de índice de refracção exterior, verificou-se que à medida que o índice exterior se aproxima dos valores do índice de refracção da bainha, o comprimento de onda ressonante tende para valores mais baixos. Por último, realizou-se um estudo da transmissão espectral de duas aplicações que envolvem LPG’s, nomeadamente dois tipos de interferómetros e filtros ópticos. Numa segunda fase, foi desenvolvida uma ferramenta de simulação destes modelos, que permitia não só a obtenção dos espectros de transmissão das LPG’s mas também a obtenção das curvas de phase matching em função do período da rede e do comprimento de onda ressonante. A aplicação permitia também a obtenção das curvas do deslocamento do comprimento de onda ressonante, perante variações do índice de refracção exterior ou da temperatura. Para além disso, essa ferramenta realiza a simulação dos espectros de transmissão de filtros ópticos e de interferómetros de Michelson e de Mach-Zehnder construídos com base em LPG’s. A última fase do trabalho, a componente laboratorial, foi realizada na Unidade de Optoelectrónica e Sistemas Electrónicos do INESC Porto, onde foram construídos e testados os dispositivos estudados anteriormente, com o intuito de validar a aplicação desenvolvida. A ferramenta de simulação demonstrou ser capaz de simular de forma adequada os diversos aspectos do comportamento das LPG’s que foram estudados. A comparação dos resultados obtidos permitiu concluir que o modelo mais correcto para o estudo das LPG’s é o modelo de três camadas, o que está de acordo com o esperado.

Sensores em fibra óptica para monitorização ambiental

Fruto da crescente preocupação face à bioacumulação e bioconcentração de poluentes e conscientização dos efeitos do aquecimento global, nos últimos anos têm sido adoptadas inúmeras acções e medidas que visam o controlo de parâmetros indicadores da qualidade do meio, a detecção de substâncias potencialmente perigosas e a promoção/utilização de energias alternativas não poluentes. Neste âmbito, a monitorização em tempo real revela-se fundamental para a análise contínua do equilíbrio dos ecossistemas. Neste contexto, os sensores de fibra óptica, mais concretamente os sensores químicos em fibra óptica possuem um conjunto de características, como por exemplo a miniaturização, baixo custo, versatilidade, biocompatibilidade, capacidade de monitorização remota, que representam uma alternativa tecnológica e economicamente viável. Por outro lado, a utilização de redes de difracção em sensores de fibra óptica, é em adição uma mais-valia para este tipo de sistemas, as redes de período longo pela sua sensibilidade intrínseca ao índice de refracção, e as redes de Bragg pela sua facilidade de interrogação e facilidade de multiplexagem. A presente dissertação tem por objectivo o estudo, desenvolvimento e análise de sensores em fibra óptica para monitorização de espaços ambientais. O presente documento encontra-se organizado em cinco capítulos. O capítulo 1 faz um enquadramento dos sensores de fibra óptica para monitorização ambiental dando relevo aos sensores químicos em fibra óptica. No capítulo 2 expõe-se o conjunto de conceitos necessários para a compreensão do trabalho. A começar pelas redes de difracção em fibra óptica e a suas potencialidades como elementos sensores. Algumas configurações foram detalhadas assim como alguns princípios para interrogação das mesmas. A medição multi-parâmetro e o fabrico de membranas de sensibilidade selectiva são também abordados. O Capitulo 3 refere a primeira configuração desenvolvida, trata-se de um sensor interferométrico baseado numa cavidade Fabry-Pérot, constituído por uma rede de Bragg e a reflectividade da ponta da fibra. O objectivo do sensor é a monitorização do ácido acético e outras espécies carboxílicas em bioreactores. Para tornar a configuração sensível ao ácido foi aplicado um revestimento de Silane-PVP à extremidade da fibra. A configuração sensora demonstrada aufere de características favoráveis, como excelente resolução, resposta linear, não utilização de indicadores, leitura em reflexão e o facto de operar na janela espectral das telecomunicações. O Capítulo 4 apresenta a segunda configuração desenvolvida que tem por objectivo a medição simultânea de salinidade e temperatura. A medição de salinidade é baseada no índice de refracção. Trata-se de um sensor de intensidade auto-referenciado, baseado em três redes de difracção. Uma rede de período longo sensível ao índice de refracção e temperatura e duas redes de Bragg, para interrogação da da rede de período longo e compensação de temperatura. Para discriminação dos parâmetros de interesse foi utilizado o método matricial. A configuração exposta exibe características favoráveis, como excelente resolução, resposta linear, discriminação de índice de refracção e temperatura, leitura em reflexão e o facto de operar na janela espectral das telecomunicações. O Capitulo 5 contém as conclusões e comentários finais ao trabalho. No final da tese seguem-se os anexos, onde se encontram as publicações e comunicações resultantes do trabalho realizado.

Sensores de pressão em fibra óptica para o estudo dos fenómenos da percolação da água em solos

Dada a necessidade de obtermos sistemas monitorizados com elevada precisão, de grande durabilidade e resistentes às condições atmosféricas, surgiu a possibilidade de aplicação das fibras ópticas como sensores para monitorização de pressão. Nesse contexto, as fibras “hetero-core” (fibra óptica composta por uma fibra multimodo entre duas fibras ópticas monomodo) e a utilização de lentes GRIN (“GRaded INdex”) em conjunto com superfícies reflectoras permitem a determinação da pressão e são objecto de estudo desta dissertação. Em termos de aplicação, o objectivo principal desta tese de mestrado foi de proporcionar o projecto e desenvolvimentos da medida de pressão em 48 pontos para um tanque de estudo dos fenómenos de percolação da água nos solos e que é pertencente à Secção de Geotecnia do Departamento de Engenharia Civil da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto. Inicialmente, foi caracterizado um sistema contendo uma fibra “hetero-core” à qual foi aplicada uma curvatura, com auxílio de uma carruagem micrométrica. Este sistema permitiu a simulação do mesmo efeito de aplicação de pressão à fibra “hetero-core”. Na configuração seguinte, usou-se um OTDR (“Optical Time Domain Reflectometer”) para visualização e registo das perdas encontradas durante o processo de dobrar e esticar da fibra “hetero-core”. Ao longo deste registo, várias configurações foram testadas até ser encontrada a cabeça sensora com melhor comportamento para monitorizar a pressão. A multiplexagem foi conseguida ao colocar dois sensores em série, sendo cada um deles constituído por uma fibra “hetero-core” colocada no fundo de um tubo de água disposto verticalmente. Com a adição da água no tubo de água, a curvatura na fibra “hetero-core” aumentava, notando-se claramente que as perdas também subiam. Os resultados obtidos nesta configuração foram bastante satisfatórios permitindo a independência entre os dois sensores dispostos em série. Posteriormente, foi testada uma nova configuração sensora, o sensor de fibra óptica para monitorização de pressão foi construído com recurso a uma lente GRIN e uma superfície reflectora. Esta lente, disposta diante de um espelho, permitiu emitir e captar luz de um determinado comprimento de onda devido à reflexão do sinal luminoso no espelho. Com sucessivos incrementos, afastou-se e aproximou-se a lente ao espelho, registando-se e observando-se as perdas de potência obtidas com auxílio do OTDR. Também para esta configuração foi testada a multiplexagem de vários sensores, tendo sido utilizadas as seguintes opções: um acoplador de 2:1; um acoplador 4:1 e um comutador óptico. Verificou-se que a utilização de um comutador óptico é o melhor caso para a monitorização de pressão de múltiplos sensores. A multiplexagem com recurso ao comutador foi possível, uma vez que permitia a medição independente de cada sensor de pressão num determinado tempo. Com este resultado, é possível monitorizar 48 sensores com recurso ao OTDR, multiplexados temporalmente. Toda esta implementação prática da dissertação foi realizada nas instalações da Unidade de Optoelectrónica e Sistemas Electrónicos no INESC Porto, onde foram caracterizados e estudados sensores com diferentes características que poderão ser lidas neste documento. A componente teórica foi efectuada na Universidade da Madeira.

Análise por meio de espectroscopia de emissão óptica das espécies ativas em nitretação iônica e gaiola catódica

Plasma process like ionic nitriding and cathodic cage plasma nitriding are utilized in order to become hard surface of steels. The ionic nitriding is already accepted in the industry while cathodic cage plasma nitriding process is in industrial implementation stage. Those process depend of plasma parameters like electronic and ionic temperature (Te, Ti), species density (ne, ni) and of distribution function of these species. In the present work, the plasma used to those two processes has been observed through Optical Emission Spectroscopy OES technique in order to identify presents species in the treatment ambient and relatively quantify them. So plasma of typical mixtures like N2 H2 has been monitored through in order to study evolution of those species during the process. Moreover, it has been realized a systematic study about leaks, also thought OES, that accomplish the evolution of contaminant species arising because there is flux of atmosphere to inside nitriding chamber and in what conditions the species are sufficiently reduced. Finally, to describe the physic mechanism that acts on both coating techniques ionic nitriding and cathodic cage plasma nitriding

Pré-concentração de cádmio com Saccharomyces cerevisiae e determinação em águas fluviais usando espectrometria de emissão óptica com plasma indutivamente acoplado

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

Tributação, finanças públicas e política fiscal: uma análise sob a óptica do direito e economia

In the Brazilian legal scenario, the study of taxation has traditionally been restricted to positivist analysis, concerned with investigating the formal aspects of the tax legal rule. Despite its relevance to the formation of the national doctrine of tax, such formalist tradition limits the discipline, separating it from reality and the socioeconomic context in which the Tax Law is inserted. Thus, the proposal of the dissertation is to examine the fundamentals and nature of taxation and tax legal rules from the perspective of Law and Economics (Economic Analysis of Law). For this purpose, the work initially reconnects the Tax Law and Science of Finance (or Public Finance) and Fiscal Policy, undertaking not only a legal analysis, but also economic and financial analysis of the theme. The Economics of Public Sector (or Modern Public Finance) will contribute to the research through topics such as market failures and economic theory of taxation, which are essential to an economic approach to Tax Law. The core of the work lies in the application of Law and Economics instruments in the study of taxation, analyzing the effects of tax rules on the economic system. Accordingly, the dissertation examines the fundamental assumptions that make up the Economic Analysis of Law (as the concept of economic efficiency and its relation to equity), relating them to the tax phenomenon. Due to the nature of the Brazilian legal system, any worth investigation or approach, including Law and Economics, could not pass off the Constitution. Thus, the constitutional rules will serve as a limit and a prerequisite for the application of Law and Economics on taxation, particularly the rules related to property rights, freedom, equality and legal certainty. The relationship between taxation and market failures receives prominent role, particularly due to its importance to the Law and Economics, as well as to the role that taxation plays in the correction of these failures. In addition to performing a review of taxation under the approach of Economic Analysis of Law, the research also investigates the reality of Brazilian tax system, applying the concepts developed in relevant cases and issues to the national scene, such as the relationship between taxation and development, the compliance costs of taxation, the tax evasion and the tax enforcement procedure. Given the above, it is intended to lay the groundwork for a general theory of Economic Analysis of Tax Law, contextualizing it with the Brazilian tax system

Distribuição volumétrica e espectro de gotas de pontas de pulverização de baixa deriva

Objetivou-se neste trabalho avaliar a distribuição volumétrica e o espectro de gotas das pontas de pulverização de baixa deriva TTI110015, AI110015 e AVI11001 sob diferentes condições operacionais. A distribuição volumétrica foi determinada em bancada de ensaios padronizada analisando o coeficiente de variação (CV%) de uma barra simulada em computador, utilizando pressões de 200, 300 e 400 kPa, altura de 30, 40 e 50 cm em relação à bancada e espaçamento entre pontas de 40 a 100 cm. O espectro de gotas foi produzido utilizando-se apenas água como calda em um analisador de partículas em meio aquoso, nas pressões de 200, 300 e 400 kPa. Foram avaliados o DMV, a porcentagem de gotas com diâmetro inferior a 100 µm (%100 µm) e a amplitude relativa (AR). As pontas proporcionaram perfil descontínuo nas pressões de 300 e 400 kPa e uniforme a 200 kPa. Na pressão de 200 kPa, as pontas foram adequadas apenas para aplicação em faixa, e a 300 e 400 kPa, apenas para área total. Ocorreu menor CV (abaixo de 7%) com a maior pressão de trabalho e menor espaçamento entre pontas. À medida que se aumentou a pressão de trabalho, reduziu-se o DMV. As pontas TTI110015 e AI110015 em todas as pressões e a ponta AVI11001 na pressão de 200 kPa produziram gotas extremamente grossas e gotas grossas nas pressões de 300 e 400 kPa apenas para a ponta AVI11001. As pontas proporcionaram baixos valores de amplitude relativa (AR) e gotas de tamanho uniforme, bem como produziram baixa porcentagem de gotas menores que 100 µm, principalmente TTI110015 e AI110015, com menor risco de deriva.

Análise dos efeitos de um plano educacional individualizado no desenvolvimento acadêmico e funcional de um aluno com transtorno do espectro do autismo

Given the paradigm of inclusive education, the presence of students with autism spectrum disorder in regular schools has become more significant in recent years. Studies have revealed, however, deficits in academic participation of these students in these settings. Among the factors contributing to this phenomenon include poor teacher training and the lack of strategies to promote curriculum access. The aim of this study was to develop an instrument that would promote academic inclusion of a student with autism through procedures that could simultaneously empower the teacher. In this perspective, the study aimed to analyze the effects of an Individualized Educational Plan (IEP), developed collaboratively with teachers, on the academic and functional development of a student with autism in an early childhood education setting. Data were collected in a private school located in the city of Natal in Rio Grande do Norte, in the course of the academic year 2012. In addition to the student with autism, one teacher, a specialized educator, and four teacher aides participated in the study. The research used a single subject quasi-experimental design (AB) as well as qualitative methods of data analysis. The study was conducted in three phases: characterization, baseline and intervention. The first comprised interviews with the child´s parents and teachers, as well as the identification of two routines focus of intervention. In the second phase, the amount of time the student spent engaged in the selected routines during baseline was analyzed. In the third phase, the researcher prepared, collaboratively with the teachers, an individualized educational plan (IEP) for the student. Finally, the IEP was implemented by the teachers. The results indicated qualitative and quantitative changes in student´s participation in academic and functional tasks after the intervention program

Enumeração de espectro de distâncias de esquemas de modulação codificada em treliça empregando codificação turbo

In this work, a performance analysis of transmission schemes employing turbo trellis coded modulation. In general, the performance analysis of such schemes is guided by evaluating the error probability of these schemes. The exact evaluation of this probability is very complex and inefficient from the computational point of view, a widely used alternative is the use of union bound of error probability, because of its easy implementation and computational produce bounds that converge quickly. Since it is the union bound, it should use to expurge some elements of distance spectrum to obtain a tight bound. The main contribution of this work is that the listing proposal is carried out from the puncturing at the level of symbol rather than bit-level as in most works of literature. The main reason for using the symbol level puncturing lies in the fact that the enummerating function of the turbo scheme is obtained directly from complex sequences of signals through the trellis and not indirectly from the binary sequences that require further binary to complex mapping, as proposed by previous works. Thus, algorithms can be applied through matrix from the adjacency matrix, which is obtained by calculating the distances of the complex sequences of the trellis. This work also presents two matrix algorithms for state reduction and the evaluation of the transfer function of this. The results presented in comparisons of the bounds obtained using the proposed technique with some turbo codes of the literature corroborate the proposition of this paper that the expurgated bounds obtained are quite tight and matrix algorithms are easily implemented in any programming software language

Equalização neural aplicada a sistemas com modulação bidimensional em fibra óptica

Nowadays, optic fiber is one of the most used communication methods, mainly due to the fact that the data transmission rates of those systems exceed all of the other means of digital communication. Despite the great advantage, there are problems that prevent full utilization of the optical channel: by increasing the transmission speed and the distances involved, the data is subjected to non-linear inter symbolic interference caused by the dispersion phenomena in the fiber. Adaptive equalizers can be used to solve this problem, they compensate non-ideal responses of the channel in order to restore the signal that was transmitted. This work proposes an equalizer based on artificial neural networks and evaluates its performance in optical communication systems. The proposal is validated through a simulated optic channel and the comparison with other adaptive equalization techniques

Diagnóstico de plasma de cátodo oco: análise da ação de plasma de argônio e Ar-H2 para a deposição de filmes finos de titânio em pós-descarga

Plasma DC hollow cathode has been used for film deposition by sputtering with release of neutral atoms from the cathode. The DC Plasma Ar-H2 hollow cathode currently used in the industry has proven to be effective in cleaning surfaces and thin film deposition when compared to argon plasma. When we wish to avoid the effects of ion bombardment on the substrate discharge, it uses the post-discharge region. Were generated by discharge plasma of argon and hydrogen hollow cathode deposition of thin films of titanium on glass substrate. The optical emission spectroscopy was used for the post-discharge diagnosis. The films formed were analyzed by mechanical profilometry technique. It was observed that in the spectrum of the excitation lines of argon occurred species. There are variations in the rate of deposition of titanium on the glass substrate for different process parameters such as deposition time, distance and discharge working gases. It was noted an increase in intensity of the lines of argon compared with the lines of titanium. Deposition with argon and hydrogen in glass sample observed a higher rate deposition of titanium as more closer the sample was in the discharge