Optimização e construção de sistemas de laser solar

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Física

A 1.2 V low noise amplifier with double feedback for high gain and low noise figure

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Eletrotécnica e de Computadores

Transimpedance amplifier for early detection of breast cancer

Breast cancer is the most common type of cancer worldwide. The effectiveness of its treatment depends on early stage detection, as well as on the accuracy of its diagnosis. Recently, diagnosis techniques have been submitted to relevant breakthroughs with the upcoming of Magnetic Resonance Imaging, Ultrasound Sonograms and Positron Emission Tomography (PET) scans, among others. The work presented here is focused on studying the application of a PET system to a Positron Emission Mammography (PEM) system. A PET/PEM system works under the principle that a scintillating crystal will detect a gamma-ray pulse, originated at the cancerous cells, converting it into a correspondent visible light pulse. The latter must then be converted into an electrical current pulse by means of a Photo- -Sensitive Device (PSD). After the PSD there must be a Transimpedance Amplifier (TIA) in order to convert the current pulse into a suitable output voltage, in a time period lower than 40 ns. In this Thesis, the PSD considered is a Silicon Photo-Multiplier (SiPM). The usage of this recently developed type of PSD is impracticable with the conventional TIA topologies, as it will be proven. Therefore, the usage of the Regulated Common-Gate (RCG) topology will be studied in the design of the amplifier. There will be also presented two RCG variations, comprising a noise response improvement and differential operation of the circuit. The mentioned topology will also be tested in a Radio-Frequency front-end, showing the versatility of the RCG. A study comprising a low-voltage self-biasing feedback TIA will also be shown. The proposed circuits will be simulated with standard CMOS technology (UMC 130 nm), using a 1.2 V power supply. A power consumption of 0.34 mW with a signal-to-noise ratio of 43 dB was achieved.

Laser solar de Nd: YAG bombeado por guias de onda

São propostas novas cavidades de bombeamento para lasers solares do estado sólido de Nd: YAG com o objectivo de melhorar a potência laser de saída e eficiência de bombeamento. São implementados quatro sistemas de guias de onda, um dos sistemas é simétrico e bombeado lateralmente, sendo os restantes três sistemas bombeados lateralmente e pela extremidade. A influência da geometria dos guias de onda no desempenho do bombeamento, o perfil do feixe à saída dos guias e a absorção por parte do cristal de Nd:YAG são optimizados minuciosamente, sendo modelados através do software Zemax. A cavidade de ressonância e as características do feixe são modelados em Lascad. Construíram-se e testaram-se três guias de onda de secção, octogonal, cilíndrica e quadrada. A potência laser multimodo para o sistema ótico bombeado por guia de onda cilíndrica de 20mm de diâmetro e concentrador cónico, foi de 21W, representando uma eficiência de colecção de 11.6W/m2, apresentando um erro de colecção para ΔX=1.3mm de 4.4%.

Impacto do laser de baixa intensidade na supressão de infecções pelos vírus Herpes simplex 1 e 2: estudo in vitro

O uso do laser de baixa intensidade na supressão de infecções pelos vírus Herpes simplex 1 e 2 foi avaliado após uma a cinco aplicações, sendo observada uma redução gradual na replicação dos vírus Herpes simplex 1 e 2 com 68,4% e 57,3% de inibição, respectivamente, após 5 aplicações, indicando o seu uso clínico.

Design of a CMOS amplifier for breast cancer detection

A transimpedance amplifier (TIA) is used, in radiation detectors like the positron emission tomography(PET), to transform the current pulse produced by a photo-sensitive device into an output voltage pulse with a desired amplitude and shape. The TIA must have the lowest noise possible to maximize the output. To achieve a low noise, a circuit topology is proposed where an auxiliary path is added to the feedback TIA input, In this auxiliary path a differential transconductance block is used to transform the node voltage in to a current, this current is then converted to a voltage pulse by a second feedback TIA complementary to the first one, with the same amplitude but 180º out of phase with the first feedback TIA. With this circuit the input signal of the TIA appears differential at the output, this is used to try an reduced the circuit noise. The circuit is tested with two different devices, the Avalanche photodiodes (APD) and the Silicon photomultiplier (SIPMs). From the simulations we find that when using s SIPM with Rx=20kΩ and Cx=50fF the signal to noise ratio is increased from 59 when using only one feedback TIA to 68.3 when we use an auxiliary path in conjunction with the feedback TIA. This values where achieved with a total power consumption of 4.82mv. While the signal to noise ratio in the case of the SIPM is increased with some penalty in power consumption.

Espécimes de Schistosoma mansoni descritos por Pirajá da Silva no Brasil (1908) reexaminados pela técnica de microscopia de varredura a laser confocal

INTRODUÇÃO: Pirajá da Silva fez contribuição magnífica à helmintologia ao descrever ovos de Schistosoma mansoni nas fezes de um paciente, no Estado da Bahia e a morfologia de vermes adultos. MÉTODOS: Neste estudo, apresentamos uma avaliação microscópica das lâminas montadas e depositadas na Coleção Helmintológica do Instituto Oswaldo Cruz. A técnica empregada nesta nova análise foi a microscopia de varredura a laser confocal. RESULTADOS: Na parte anterior dos vermes adultos machos, observamos ventosas com musculatura bem desenvolvida e células germinativas dentro dos lobos testiculares. Visualizamos, também, espinhos localizados na região mediana do canal ginecóforo. Na superfície dorsal, encontramos tubérculos e feixes musculares transversais e longitudinais. Em relação ao aparelho reprodutivo feminino, pudemos distinguir um ovo no interior do útero e o ovário alongado com células germinativas. As glândulas vitelínicas estavam restritas à parte posterior das fêmeas conectadas por um ducto vitelínico curto. CONCLUSÕES: As características morfológicas são similares as estudadas anteriormente por Pirajá da Silva com vermes frescos. Além disso, este estudo demonstra a importância de se depositar espécimes nas coleções helmintológicas abrindo possibilidade de novos estudos com estas lâminas.

Recurrent herpes simplex infections: laser therapy as a potential tool for long-term successful treatment

Herpes simplex virus types 1 and 2 are the main infectious agents associated with oral and genital ulcerations. These infections are now widely recognized as sexually transmitted diseases. Among treatment options, low-level laser therapy (LLLT) has shown promising clinical results as a longer-lasting suppression therapy. Two clinical cases are described with recurrent labial herpes for which LLLT was used. Following treatment, both patients remained symptom free during the 17-month clinical follow-up period.

Recuperação renovável de Mg a partir de MgO através da utilização concertada de laser solar e de concentrador solar

Apesar do elevado potencial do metal magnésio como material útil em várias áreas cien-tíficas e tecnológicas, os seus métodos de produção tradicionais têm um impacto fortemente prejudicial no ambiente e um custo elevado. Este facto é um incentivo à procura de novas so-luções, nomeadamente as que recorrem à utilização da radiação solar partindo do óxido de magnésio. Alguns estudos têm já sido feitos nesse sentido, utilizando laser solar ou radiação solar concentrada mas a utilização concertada dos dois não tinha sido feita até ao momento. Neste trabalho, a exequibilidade da utilização concertada destes dois métodos será avaliada e será estudado o comportamento do óxido de magnésio face à radiação que nele incide.

Melhoramento e automatização de um sistema de revestimento com laser

O revestimento com laser permite criar revestimentos localizados pela adição de uma liga similar ou dissimilar. O revestimento visa melhorar as características da superfície metálica, tais como a dureza, a resistência ao desgaste por atrito, à corrosão e à fadiga térmica dos componentes sujeitos a condições adversas de trabalho por prolongados períodos de tempo. Esta dissertação tem como objetivo o melhoramento da configuração, a automatização do sistema de revestimento com laser do Laboratório de Laser do Instituto Superior Técnico (IST) da Universidade de Lisboa, utilizado pelo Centro de Física e Engenharia de Materiais Avançados do Instituto Superior Técnico – CeFEMA e a realização de ensaios de deposições com o fim de validação. Foram estudadas as configurações possíveis para o sistema de posicionamento da amostra, do laser e a configuração para o posicionamento com precisão do bocal de adição de pós ao banho de fusão. Após este estudo foram apresentadas e implementadas as propostas de melhoria do sistema inicial. Para tornar o sistema funcional, foi desenvolvido um controlador para comandar as três guias motorizadas de movimento linear OWIS, o laser IPG YLR e o alimentador de pós PLASMA-TECHNIK. Para simplificar a utilização aos investigadores do CeFEMA foi ainda desenvolvida uma interface gráfica que permite ao utilizador definir os principais parâmetros do processo Para a validação do trabalho desenvolvido foram realizados diversos ensaios de deposição da liga Ti52Ta num substrato de titânio. Através dos ensaios de deposição foi estudada a influência de alguns parâmetros do processo na geometria do revestimento obtido, como a altura, a profundidade, o ângulo do cordão, a diluição entre o material de adição e o substrato, tendo ainda sido estudada a influência dos parâmetros do processo na eficiência de deposição.

Switching mode power amplifier for bluetooth applications

Modern fully integrated transceivers architectures, require circuits with low area, low cost, low power, and high efficiency. A key block in modern transceivers is the power amplifier, which is deeply studied in this thesis. First, we study the implementation of a classical Class-A amplifier, describing the basic operation of an RF power amplifier, and analysing the influence of the real models of the reactive components in its operation. Secondly, the Class-E amplifier is deeply studied. The different types of implementations are reviewed and theoretical equations are derived and compared with simulations. There were selected four modes of operation for the Class-E amplifier, in order to perform the implementation of the output stage, and the subsequent comparison of results. This led to the selection of the mode with the best trade-off between efficiency and harmonics distortion, lower power consumption and higher output power. The optimal choice was a parallel circuit containing an inductor with a finite value. To complete the implementation of the PA in switching mode, a driver was implemented. The final block (output stage together with the driver) got 20 % total efficiency (PAE) transmitting 8 dBm output power to a 50 W load with a total harmonic distortion (THD) of 3 % and a total consumption of 28 mW. All implementations are designed using standard 130 nm CMOS technology. The operating frequency is 2.4 GHz and it was considered an 1.2 V DC power supply. The proposed circuit is intended to be used in a Bluetooth transmitter, however, it has a wider range of applications.

Building 3D City Models: Testing and Comparing Laser Scanning and Low-Cost UAV Data Using FOSS Technologies

Contém resumo

Welle tecnologia laser internationalization analysis US market

Welle Laser is a Brazilian company that manufactures marking and engraving machines mainly for large-scale industry segments providing solutions that help increase productivity. Welle laser has 60% market share in Brazil and decided to go internationally in 2015, mainly to increase revenues and diversify business risks. Welle opened an office in Switzerland and celebrated a contract with a Mexican company to distribute their machines in Mexico. The next step for Welle is expanding its operation to USA. In my project I accessed the viability and reasons to enter the US market, the region where Welle should start its operation, and the best entry mode strategy.

Otimização dos parâmetros de processamento em Laser Melting

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Mecânica

Surface plasmon resonance-coupled photoluminescence and resistive switching behavior of pulsed laser-deposited Ag:SiC nanocermet thin films

In this study, Ag:SiC nanocermets were prepared via rapid thermal annealing (RTA) of pulsed laser-deposited SiC/Ag/SiC trilayers grown on Si substrate. Atomic force microscope images show that silver nanoparticles (Ag NPs) are formed after RTA, and the size of NPs increases with increasing Ag deposition time (t Ag). Sharp dip observed in the reflectance spectra confirmed the existence of Ag surface plasmons (SPs). The infrared transmission spectra showed an intense and broad absorption band around 780–800 cm−1 that can be assigned to Si-C stretching vibration mode. Influence of t Ag on the spectral characteristics of SP-enhanced photoluminescence (PL) and electrical properties of silicon carbide (SiC) films has been investigated. The maximum PL enhancement by 5.5 times for Ag:SiC nanocermets is achieved when t Ag ≈ 50 s. This enhancement is due to the strong resonant coupling between SiC and the SP oscillations of the Ag NPs. Presence of Ag NPs in SiC also induces a forming-free resistive switching with switching ratio of 2 × 10−2. The analysis of I–V curves demonstrates that the trap-controlled space-charge-limited conduction with filamentary model is the governing mechanism for the resistive switching in nanocerment thin films.