Propagation of a few-cycle laser pulse in a V-type three-level system

Propagation of a few-cycle laser pulse in a V-type three-level system (fine structure levels of rubidium) is investigated numerically. The full three-level Maxwell-Bloch equations without the rotating wave approximation and the standing slowly varying envelope approximation are solved by using a finite-difference time-domain method. It is shown that, when the usual unequal oscillator strengths are considered, self-induced transparency cannot be recovered and higher spectral components can be produced even for small-area pulses. (c) 2005 Pleiades Publishing, Inc.

The electron trajectory in a relativistic femtosecond laser pulse

In this report, we start from Lagrange equation and analyze theoretically the electron dynamics in electromagnetic field. By solving the relativistic government equations of electron, the trajectories of an electron in plane laser pulse, focused laser pulse have been given for different initial conditions. The electron trajectory is determined by its initial momentum, the amplitude, spot size and polarization of the laser pulse. The optimum initial momentum of the electron for LSS (laser synchrotron source) is obtained. Linear polarized laser is more advantaged than circular polarized laser for generating harmonic radiation.

Transient population and polarization gratings induced by (1+1)-dimensional ultrashort dipole soliton

An ultrafast transient population grating induced by a (1+1)-dimensional, ultrashort dipole soliton is demonstrated by solving the full-wave Maxwell-Bloch equations. The number of lines and the period of the grating can be controlled by the beam waist and the area of the pulse. Of interest is that a polarization grating is produced. A coherent control scheme based on these phenomena can be contemplated as ultrafast transient grating techniques.

Surface effects on spinwave resonance in thin magnetic films

Over the past few decades, ferromagnetic spinwave resonance in magnetic thin films has been used as a tool for studying the properties of magnetic materials. A full understanding of the boundary conditions at the surface of the magnetic material is extremely important. Such an understanding has been the general objective of this thesis. The approach has been to investigate various hypotheses of the surface condition and to compare the results of these models with experimental data. The conclusion is that the boundary conditions are largely due to thin surface regions with magnetic properties different from the bulk. In the calculations these regions were usually approximated by uniform surface layers; the spins were otherwise unconstrained except by the same mechanisms that exist in the bulk (i.e., no special "pinning" at the surface atomic layer is assumed). The variation of the ferromagnetic spinwave resonance spectra in YIG films with frequency, temperature, annealing, and orientation of applied field provided an excellent experimental basis for the study.

This thesis can be divided into two parts. The first part is ferromagnetic resonance theory; the second part is the comparison of calculated with experimental data in YIG films. Both are essential in understanding the conclusion that surface regions with properties different from the bulk are responsible for the resonance phenomena associated with boundary conditions.

The theoretical calculations have been made by finding the wave vectors characteristic of the magnetic fields inside the magnetic medium, and then combining the fields associated with these wave vectors in superposition to match the specified boundary conditions. In addition to magnetic boundary conditions required for the surface layer model, two phenomenological magnetic boundary conditions are discussed in detail. The wave vectors are easily found by combining the Landau-Lifshitz equations with Maxwell's equations. Mode positions are most easily predicted from the magnetic wave vectors obtained by neglecting damping, conductivity, and the displacement current. For an insulator where the driving field is nearly uniform throughout the sample, these approximations permit a simple yet accurate calculation of the mode intensities. For metal films this calculation may be inaccurate but the mode positions are still accurately described. The techniques necessary for calculating the power absorbed by the film under a specific excitation including the effects of conductivity, displacement current and damping are also presented.

In the second part of the thesis the properties of magnetic garnet materials are summarized and the properties believed associated with the two surface regions of a YIG film are presented. Finally, the experimental data and calculated data for the surface layer model and other proposed models are compared. The conclusion of this study is that the remarkable variety of spinwave spectra that arises from various preparation techniques and subsequent treatments can be explained by surface regions with magnetic properties different from the bulk.

Radiation from a short electric dipole antenna in a hot uniaxial plasma

The effects of electron temperature on the radiation fields and the resistance of a short dipole antenna embedded in a uniaxial plasma have been studied. It is found that for ω < ω_p the antenna excites two waves, a slow wave and a fast wave. These waves propagate only within a cone whose axis is parallel to the biasing magnetostatic field B_o and whose semicone angle is slightly less than sin ^(-1) (ω/ω_p). In the case of ω > ω_p the antenna excites two separate modes of radiation. One of the modes is the electromagnetic mode, while the other mode is of hot plasma origin. A characteristic interference structure is noted in the angular distribution of the field. The far fields are evaluated by asymptotic methods, while the near fields are calculated numerically. The effects of antenna length ℓ, electron thermal speed, collisional and Landau damping on the near field patterns have been studied.

The input and the radiation resistances are calculated and are shown to remain finite for nonzero electron thermal velocities. The effect of Landau damping and the antenna length on the input and radiation resistances has been considered.

The radiation condition for solving Maxwell's equations is discussed and the phase and group velocities for propagation given. It is found that for ω < ω_p in the radial direction (cylindrical coordinates) the power flow is in the opposite direction to that of the phase propagation. For ω > ω_p the hot plasma mode has similar characteristics.

Upper hybrid resonance absorption and scattering from a plasma column

The electromagnetic scattering and absorption properties of small (kr~1/2) inhomogeneous magnetoplasma columns are calculated via the full set of Maxwell's equations with tensor dielectric constitutive relation. The cold plasma model with collisional damping is used to describe the column. The equations are solved numerically, subject to boundary conditions appropriate to an infinite parallel strip line and to an incident plane wave. The results are similar for several density profiles and exhibit semiquantitative agreement with measurements in waveguide. The absorption is spatially limited, especially for small collision frequency, to a narrow hybrid resonant layer and is essentially zero when there is no hybrid layer in the column. The reflection is also enhanced when the hybrid layer is present, but the value of the reflection coefficient is strongly modified by the presence of the glass tube. The nature of the solutions and an extensive discussion of the conditions under which the cold collisional model should yield valid results is presented.

Modelando evolução por endossimbiose

Nesta dissertação é apresentada uma modelagem analítica para o processo evolucionário formulado pela Teoria da Evolução por Endossimbiose representado através de uma sucessão de estágios envolvendo diferentes interações ecológicas e metábolicas entre populações de bactérias considerando tanto a dinâmica populacional como os processos produtivos dessas populações. Para tal abordagem é feito uso do sistema de equações diferenciais conhecido como sistema de Volterra-Hamilton bem como de determinados conceitos geométricos envolvendo a Teoria KCC e a Geometria Projetiva. Os principais cálculos foram realizados pelo pacote de programação algébrica FINSLER, aplicado sobre o MAPLE.

Metodologia para conversão de veículos equipados com motores a combustão interna para tração elétrica: aplicação de motor síncrono de ímã permanente com fluxo magnético radial a um furgão, Brasil. 2009.

Questões climáticas, atmosféricas e de poluição ambiental têm tornado o uso final da energia assunto de interesse mundial. Sistemas com tração elétrica oferecem a oportunidade de redução de emissões. O mix de energia caracterizado pela matriz energética brasileira viabiliza o desenvolvimento desta tecnologia. É desenvolvida aqui uma metodologia para conversão de veículos equipados com motores a combustão interna para tração elétrica. A metodologia considera fatores como o peso e tamanho, o torque de partida, transmissão e potência, entre outros. Ferramentas matemáticas e a prática corrente fornecem a base para a elaboração deste trabalho, que descreve a análise de desempenho de veículos elétricos, os componentes utilizados, as equações mecânicas e os critérios para escolha do veículo ideal para conversão. É apresentada a execução de um projeto de conversão de uma Kombi para tração elétrica, cujo objetivo tem caráter educativo, buscando assim promover os benefícios da tecnologia veicular elétrica. Para viabilização do experimento, o trabalho conclui que é necessário ampliar a demanda por nacionalização de tecnologia, o que tornaria o projeto uma realidade comercialmente viável. Além disto, há necessidade de políticas públicas para o incentivo da tecnologia veicular elétrica no Brasil. Este trabalho apresenta uma contribuição para converter veículos para tração elétrica, visto que sistematiza as etapas de projeto, a partir das quais outros poderão seguir, utilizando componentes encontrados no mercado nacional.

Avaliação de proposições matemáticas para interpretação do comportamento de solos residuais não saturados

Nas últimas décadas, teorias têm sido formuladas para interpretar o comportamento de solos não saturados e estas têm se mostrado coerentes com resultados experimentais. Paralelamente, várias técnicas de campo e de laboratório têm sido desenvolvidas. No entanto, a determinação experimental dos parâmetros dos solos não saturados é cara, morosa, exige equipamentos especiais e técnicos experientes. Como resultado, essas teorias têm aplicação limitada a pesquisas acadêmicas e são pouco utilizados na prática da engenharia. Para superar este problema, vários pesquisadores propuseram equações para representar matematicamente o comportamento de solos não saturados. Estas proposições são baseadas em índices físicos, caracterização do solo, em ensaios convencionais ou simplesmente em ajustes de curvas. A relação entre a umidade e a sucção matricial, convencionalmente denominada curva característica de sucção do solo (SWCC) é também uma ferramenta útil na previsão do comportamento de engenharia de solos não saturados. Existem muitas equações para representar matematicamente a SWCC. Algumas são baseadas no pressuposto de que sua forma está diretamente relacionada com a distribuição dos poros e, portanto, com a granulometria. Nestas proposições, os parâmetros são calibrados pelo ajuste da curva de dados experimentais. Outros métodos supõem que a curva pode ser estimada diretamente a partir de propriedades físicas dos solos. Estas propostas são simples e conveniente para a utilização prática, mas são substancialmente incorretas, uma vez que ignoram a influência do teor de umidade, nível de tensões, estrutura do solo e mineralogia. Como resultado, a maioria tem sucesso limitado, dependendo do tipo de solo. Algumas tentativas têm sido feitas para prever a variação da resistência ao cisalhamento com relação a sucção matricial. Estes procedimentos usam, como uma ferramenta, direta ou indiretamente, a SWCC em conjunto com os parâmetros efetivos de resistência c e . Este trabalho discute a aplicabilidade de três equações para previsão da SWCC (Gardner, 1958; van Genuchten, 1980; Fredlund; Xing, 1994) para vinte e quatro amostras de solos residuais brasileiros. A adequação do uso da curva característica normalizada, proposta por Camapum de Carvalho e Leroueil (2004), também foi investigada. Os parâmetros dos modelos foram determinados por ajuste de curva, utilizando técnicas de problema inverso; dois métodos foram usados: algoritmo genético (AG) e Levenberq-Marquardt. Vários parâmetros que influênciam o comportamento da SWCC são discutidos. A relação entre a sucção matricial e resistência ao cisalhamento foi avaliada através de ajuste de curva utilizando as equações propostas por Öberg (1995); Sällfors (1997), Vanapalli et al., (1996), Vilar (2007); Futai (2002); oito resultados experimentais foram analisados. Os vários parâmetros que influênciam a forma da SWCC e a parcela não saturadas da resistência ao cisalhamento são discutidos.

Nonlinear dynamics of negatively refracted light in a resonantly absorbing Bragg reflector

The evolution of nonlinear light fields traveling inside a resonantly absorbing Bragg reflector is studied by use of Maxwell-Bloch equations. Numerical results show that a pulse initially resembling a light bullet may effectively experience negative refraction and anomalous dispersion in the resonantly absorbing Bragg reflector. (c) 2007 Optical Society of America.

Análise de unidades de pré-purificação de ar por adsorção

Os principais constituintes do ar, nitrogênio, oxigênio e argônio, estão cada vez mais presentes nas indústrias, onde são empregados nos processos químicos, para o transporte de alimentos e processamento de resíduos. As duas principais tecnologias para a separação dos componentes do ar são a adsorção e a destilação criogênica. Entretanto, para ambos os processos é necessário que os contaminantes do ar, como o gás carbônico, o vapor dágua e hidrocarbonetos, sejam removidos para evitar problemas operacionais e de segurança. Desta forma, o presente trabalho trata do estudo do processo de pré-purificação de ar utilizando adsorção. Neste sistema a corrente de ar flui alternadamente entre dois leitos adsorvedores para produzir ar purificado continuamente. Mais especificamente, o foco da dissertação corresponde à investigação do comportamento de unidades de pré-purificação tipo PSA (pressure swing adsorption), onde a etapa de dessorção é realizada pela redução da pressão. A análise da unidade de pré-purificação parte da modelagem dos leitos de adsorção através de um sistema de equações diferenciais parciais de balanço de massa na corrente gasosa e no leito. Neste modelo, a relação de equilíbrio relativa à adsorção é descrita pela isoterma de Dubinin-Astakhov estendida para misturas multicomponentes. Para a simulação do modelo, as derivadas espaciais são discretizadas via diferenças finitas e o sistema de equações diferenciais ordinárias resultante é resolvido por um solver apropriado (método das linhas). Para a simulação da unidade em operação, este modelo é acoplado a um algoritmo de convergência relativo às quatro etapas do ciclo de operação: adsorção, despressurização, purga e dessorção. O algoritmo em questão deve garantir que as condições finais da última etapa são equivalentes às condições iniciais da primeira etapa (estado estacionário cíclico). Desta forma, a simulação foi implementada na forma de um código computacional baseado no ambiente de programação Scilab (Scilab 5.3.0, 2010), que é um programa de distribuição gratuita. Os algoritmos de simulação de cada etapa individual e do ciclo completo são finalmente utilizados para analisar o comportamento da unidade de pré-purificação, verificando como o seu desempenho é afetado por alterações nas variáveis de projeto ou operacionais. Por exemplo, foi investigado o sistema de carregamento do leito que mostrou que a configuração ideal do leito é de 50% de alumina seguido de 50% de zeólita. Variáveis do processo foram também analisadas, a pressão de adsorção, a vazão de alimentação e o tempo do ciclo de adsorção, mostrando que o aumento da vazão de alimentação leva a perda da especificação que pode ser retomada reduzindo-se o tempo do ciclo de adsorção. Mostrou-se também que uma pressão de adsorção maior leva a uma maior remoção de contaminantes.

Análise dos erros na estimação de gradientes em malhas de Voronoi

Este trabalho apresenta um estudo teórico e numérico sobre os erros que ocorrem nos cálculos de gradientes em malhas não estruturadas constituídas pelo diagrama de Voronoi, malhas estas, formadas também pela triangulação de Delaunay. As malhas adotadas, no trabalho, foram as malhas cartesianas e as malhas triangulares, esta última é gerada pela divisão de um quadrado em dois ou quatro triângulos iguais. Para tal análise, adotamos a escolha de três metodologias distintas para o cálculo dos gradientes: método de Green Gauss, método do Mínimo Resíduo Quadrático e método da Média do Gradiente Projetado Corrigido. O texto se baseia em dois enfoques principais: mostrar que as equações de erros dadas pelos gradientes podem ser semelhantes, porém com sinais opostos, para pontos de cálculos em volumes vizinhos e que a ordem do erro das equações analíticas pode ser melhorada em malhas uniformes quando comparada as não uniformes, nos casos unidimensionais, e quando analisada na face de tais volumes vizinhos nos casos bidimensionais.

Spectroscopic investigations of inter- and intramolecular processes in crystalline benzene

I. Introductory Remarks

A brief discussion of the overall organization of the thesis is presented along with a discussion of the relationship between this thesis and previous work on the spectroscopic properties of benzene.

II. Radiationless Transitions and Line broadening

Radiationless rates have been calculated for the ³B_1u→¹A_1g transitions of benzene and perdeuterobenzene as well as for the ¹B_2u→¹A_1g transition of benzene. The rates were calculated using a model that considers the radiationless transition as a tunneling process between two multi-demensional potential surfaces and assuming both harmonic and anharmonic vibrational potentials. Whenever possible experimental parameters were used in the calculation. To this end we have obtained experimental values for the anharmonicities of the carbon-carbon and carbon-hydrogen vibrations and the size of the lowest triplet state of benzene. The use of the breakdown of the Born-Oppenheimer approximation in describing radiationless transitions is critically examined and it is concluded that Herzberg-Teller vibronic coupling is 100 times more efficient at inducing radiationless transitions.

The results of the radiationless transition rate calculation are used to calculate line broadening in several of the excited electronic states of benzene. The calculated line broadening in all cases is in qualitative agreement with experimental line widths.

III. ³B_1u←¹A_1g Absorption Spectra

The ³B_1u←¹A_1g absorption spectra of C₆H₆ and C₆D₆ at 4.2˚K have been obtained at high resolution using the phosphorescence photoexcitation method. The spectrum exhibits very clear evidence of a pseudo-Jahn-Teller distortion of the normally hexagonal benzene molecule upon excitation to the triplet state. Factor group splitting of the 0 – 0 and 0 – 0 + v exciton bands have also been observed. The position of the mean of the 0 – 0 exciton band of C₆H₆ when compared to the phosphorescence origin of a C₆H₆ guest in a C₆D₆ host crystal indicates that the “static” intermolecular interactions between guest and hose are different for C₆H₆ and C₆D₆. Further investigation of this difference using the currently accepted theory of isotopic mixed crystals indicates that there is a 2cm^-1 shift of the ideal mixed crystal level per hot deuterium atom. This shift is observed for both the singlet and triplet states of benzene.

IV. ³E_1u←¹A_1g, Absorption Spectra

The ³E_1u←¹A_1g absorption spectra of C₆H₆ and C₆D₆ at 4.2˚K have been obtained using the phosphorescence photoexcitation technique. In both cases the spectrum is broad and structureless as would be expected from the line broadening calculations.

Part I. Synthesis of L-amino acid oxidase by a serine- or glycine-requiring strain of neurospora. Part II. Studies concerning multiple electrophoretic forms of tyrosinase in neurospora

Part I: Synthesis of L-Amino Acid Oxidase by a Serine- or Glycine-Requiring Strain of Neurospora

Wild-type cultures of Neurospora crassa growing on minimal medium contain low levels of L-amino acid oxidase, tyrosinase, and nicotinarnide adenine dinucleotide glycohydrase (NADase). The enzymes are derepressed by starvation and by a number of other conditions which are inhibitory to growth. L-amino acid oxidase is, in addition, induced by growth on amino acids. A mutant which produces large quantities of both L-amino acid oxidase and NADase when growing on minimal medium was investigated. Constitutive synthesis of L-amino acid oxidase was shown to be inherited as a single gene, called P110, which is separable from constitutive synthesis of NADase. P110 maps near the centromere on linkage group IV.

L-amino acid oxidase produced constitutively by P110 was partially purified and compared to partially purified L-amino acid oxidase produced by derepressed wild-type cultures. The enzymes are identical with respect to thermostability and molecular weight as judged by gel filtration.

The mutant P110 was shown to be an incompletely blocked auxotroph which requires serine or glycine. None of the enzymes involved in the synthesis of serine from 3-phosphoglyceric acid or glyceric acid was found to be deficient in the mutant, however. An investigation of the free intracellular amino acid pools of P110 indicated that the mutant is deficient in serine, glycine, and alanine, and accumulates threonine and homoserine.

The relationship between the amino acid requirement of P110 and its synthesis of L-amino acid oxidase is discussed.

Part II: Studies Concerning Multiple Electrophoretic Forms of Tyrosinase in Neurospora

Supernumerary bands shown by some crude tyrosinase preparations in paper electrophoresis were investigated. Genetic analysis indicated that the location of the extra bands is determined by the particular T allele present. The presence of supernumerary bands varies with the method used to derepress tyrosinase production, and with the duration of derepression. The extra bands are unstable and may convert to the major electrophoretic band, suggesting that they result from modification of a single protein. Attempts to isolate the supernumerary bands by continuous flow paper electrophoresis or density gradient zonal electrophoresis were unsuccessful.

Estudo físico-químico de copoliéteres por viscosimetria

A viscosimetria é um procedimento experimental simples e pouco oneroso, que pode fornecer informações valiosas sobre o volume hidrodinâmico e a conformação de macromoléculas em solução, num determinado solvente, em uma dada temperatura. Os parâmetros viscosimétricos podem ser matematicamente calculados por extrapolação gráfica, cuja execução experimental é mais demorada. Em contrapartida, é possível que a determinação seja feita por um único ponto. Neste trabalho, os dois métodos de cálculo, empregando uma série de seis equações: Huggins, Kraemer e Schulz-Blaschke, por extrapolação gráfica, e Schulz-Blaschke, Solomon-Ciuta e Deb-Chanterjee por um único ponto, foram utilizados em soluções de poli(glicol propilênico) (PPG) e copolímeros em bloco à base de poli(glicol propilênico) e poli(glicol etilênico) (EG-b-PG), com diferentes teores de poli(glicol etilênico), tendo isopropanol, tetra-hidrofurano (THF) e tolueno como solventes puros, além das misturas em proporções iguais de THF/ isopropanol e THF/ tolueno, a 25C. Os valores de viscosidade intrínseca e de algumas constantes indicaram que os solventes puros e as misturas se apresentaram no limite entre o bom e o mau solvente. Verificou-se também que o método de cálculo por um único ponto foi válido, especialmente quando a equação de Schulz-Blaschke foi empregada, apresentando um baixo percentual de erro sendo possível assim reduzir o tempo de análise para a maioria dos sistemas estudados