Revista Politécnica

Nonlinear Optical Properties in Four-Wave Mixing Signals: Stochastic Considerations of Solvent and Spectral Diffusion

Resumen: Usando las ecuaciones Ópticas de Bloch y considerando un sistema molecular que interactúa con un reservorio térmico, derivamos expresiones analíticas para las propiedades ópticas no lineales en la espectroscopia de mezcla de cuatro ondas. En este trabajo se introducen diferentes metodologías para el estudio de las polarizaciones macroscópicas y susceptibilidades ópticas no lineales. En un sistema de dos niveles, hemos considerado una frecuencia dependiente del tiempo para describir los efectos colectivos del reservorio térmico, cuya manifestación es el ensanchamiento del nivel superior según una función aleatoria prescrita. Aquí, las respuestas ópticas son calculadas mediante una metodología basada en el promedio de la coherencia obtenida por la resolución de las ecuaciones de Bloch ópticas estocásticas. Evaluamos las susceptibilidades ópticas a diferentes frecuencias, representadas como superficies numéricas para el comportamiento de las respuestas ópticas, en función del factor de desintonización de frecuencias bombeo-prueba, y de la intensidad del ruido. Se estudian los tiempos de relajación utilizando las propiedades de simetría de las respuestas ópticas y los efectos de la difusión espectral en la susceptibilidad no lineal de tercer orden para sistemas cuánticos de dos y tres estados. Los resultados presentados en este trabajo muestran aplicaciones potenciales para la caracterización de sistemas moleculares complejos a través de sus propiedades ópticas no lineales.

Abstract: Using the Optical Bloch equations, and considering a molecular system interacting with a thermal reservoir in Four-wave mixing spectroscopy, we derive analytical expressions for the nonlinear optical properties. In this work, we introduce different methodologies for the study of the macroscopic polarizations and nonlinear optical susceptibilities. In a two-level system, we have considered the collective effects of the thermal reservoir as a time dependent frequency, whose manifestation is the broadening of the upper level according to a prescribed random function. Here, the optical responses calculated through a methodology based on the averaging of the coherence obtained by the resolution of the optical stochastic Bloch equations. We were able to calculate the optical susceptibilities at different frequencies, depicted as numerical surfaces for the behavior of the optical responses, as function of the pump- and probe-frequency detuning factor and the strength of the noise source. Relaxation times using symmetry properties of the optical responses, effects of spectral diffusion on the third order nonlinear susceptibility for two- and three-level quantum systems, are studied. The results presented in this work show potential applications for the optical characterization of complex molecular systems.

Analysis and Simulation of the Polarization Mode Dispersion Phenomenon using ITU-T G.655 Optical Fibers

Resumen: Este trabajo está enfocado en el análisis y simulación del fenómeno de dispersión por modo de polarización (PMD) en fibras ópticas monomodo, abordándose los conceptos fundamentales y expresiones matemáticas que caracterizan a este tipo de dispersión que afecta a las comunicaciones por fibra hoy en día, especialmente al trabajar con velocidades de transmisión superiores a 10 Gb/s y en largas distancias. Específicamente se analiza el nivel de dispersión y atenuación causados por la PMD en fibras de dispersión desplazada no nula NZDSF, de acuerdo al estándar ITU-T G.655, al transmitirse pulsos ópticos a través de ellas. Después de varias simulaciones, se determinan los valores de distancia y velocidad de transmisión para los cuales la PMD empieza a tener un efecto negativo importante en la calidad de la transmisión de la información. Finalmente, mediante simulación se prueba y analiza una técnica de compensación de PMD en los escenarios descritos anteriormente.

Abstract: This work is based principally on the analysis and simulation of the polarization mode dispersion (PMD) occurring in optical single mode fibers. In this work, mathematical expressions and principal characteristics of this phenomenon, which affects fiber communications specially when working with bit rates exceeding 10 Gb/s and large distances, are described. Specifically, attenuation and dispersion levels occurred due to PMD when optical pulses are transmitted working with NZDSF fibers, according to the ITU-T G.655 recommendations, are analyzed. After a considerable number of simulations, the bit rate and distance values in which PMD’s effects begin causing significant consequences in the quality of the transmission are determined. Finally, a PMD compensation technique is probed and analyzed considering the examples previously described.

A Basic Study of the Environmental Behavior at the Caldera of the Inactive Pululahua Volcano Using a UAV-Based Data Acquisition and Processing System

Resumen: En este trabajo se presenta un análisis básico del comportamiento ambiental en la caldera volcánica habitada del volcán Pululahua. El análisis ha sido desarrollado mediante el uso de un sistema de adquisición y procesamiento de datos en tiempo real basado en un UAV (Unmanned Aerial Vehicle, Vehículo Aéreo No Tripulado) para vuelos a baja altura. El sistema es un prototipo de dos etapas desarrollado en base a software y hardware libre. La primera etapa (aire) del sistema es instalada en el Dron y permite la adquisición de información ambiental (temperatura, humedad y presión) con su respectiva georreferenciación, esta información es transmitida utilizando un enlace inalámbrico de 2,4 GHz y es procesada en la segunda etapa (tierra), para obtener isomapas de las variables mencionadas anteriormente, para altitudes de hasta 120 m desde la posición de despegue. La información obtenida en la caldera muestra, como es de esperarse, que tanto la temperatura como la presión, disminuyen con el incremento de la altura, contrariamente a la humedad que se eleva a la par que la altitud. A partir de los datos recopilados se puede ver que la temperatura y la humedad varían ampliamente durante los primeros 20 m (por encima del lugar de despegue) pero después de los 50 m se vuelven estables. Algo bastante llamativo también es la variación de la presión (aproximadamente de 6 a 10 hPa) en una misma altura pero en diferentes posiciones.

Abstract: In this paper, an analysis of the environmental behavior at the inhabited volcanic cauldron of the Pululahua Volcano is presented. The analytics has been developed through a real-time data acquisition and processing system mounted on a UAV (Unmanned Aerial Vehicle) for low-altitude flights. The system is a two-stage prototype developed using open software & hardware. The first stage of the system (air) is installed on the Drone and allows the acquisition of the environmental information (temperature, humidity and pressure) and its georeferenced data. The information is transmitted using a 2.4 GHz wireless link and processed at the ground system (second stage) to obtain isomaps for the environmental variables for altitudes up to 120 m from the takeoff location. The information acquired from the Pululahua’s caldera shows that the temperature and pressure decreases while the altitude increase, meanwhile the humidity increases accordingly to the altitude, as it was expected. From the data collected it can be seen that the temperature and humidity vary widely during the first 20 m (above the takeoff location) but they become stable after 50 m. Something quite surprising is the variation of the pressure (approximately 6 to10 hPa) at the same altitude but in different positions.

Calibration of Operating Speed Equations in Mountainous Two-lane Rural Roads: An Ecuadorian Study Case

Resumen: Las ecuaciones de predicción de velocidades de operación en carreteras rurales de dos carriles sirven principalmente para evaluar la seguridad que éstas ofrecen a los conductores de vehículos livianos. Esta evaluación es más necesaria cuando la carretera atraviesa una topografía montañosa, dado que su geometría tiene más limitaciones. Las ecuaciones de predicción se obtienen en base a datos de velocidades recolectadas in situ y éstas son relacionadas con el diseño geométrico de la carretera. A pesar de que existen muchas calibraciones a nivel mundial, aún no se ha hecho para el contexto ecuatoriano. Por lo tanto, esta investigación tuvo por objetivo calibrar ecuaciones de velocidad de operación en carreteras rurales montañosas de dos carriles. Para ello se seleccionó una ruta montañosa del cantón Loja (Ecuador), la cual fue recorrida con 16 vehículos livianos. Su velocidad fue registrada a lo largo de todo el recorrido mediante el equipo Video VBOX Lite. Se calibraron ecuaciones para las curvas circulares horizontales y las entre-tangencias horizontales. De todas las variables analizadas, el radio de la curva circular, la longitud de la entre-tangencia horizontal y la pendiente longitudinal de la carretera fueron estadísticamente significativas para la velocidad de operación al 95% de confiabilidad. Este trabajo, además de presentar ecuaciones para Ecuador, también extiende el conocimiento en la influencia que tiene la pendiente longitudinal sobre la velocidad de operación. El uso de estas ecuaciones puede llevar a reducir la probabilidad de accidentes de tránsito en este tipo de carreteras.

Abstract: The operating speed equations on two-lane rural roads are used mainly to evaluate the road safety that is offered to drivers of light vehicles. This evaluation is more necessary when the road is placed in a mountainous topography because its geometry has more limitations. The prediction equations are based on data speed collected in-situ and these ones are related to the geometric design of the road. Although there are many calibrations worldwide, it has not yet been done for the Ecuadorian context. Therefore, this research aimed to calibrate equations of operating speed in mountainous two-lane rural roads. For this, a mountainous route of the Loja canton (Ecuador) was selected, which was traveled with 16 light vehicles. Its speed was recorded throughout the entire journey through the Video VBOX Lite equipment. For horizontal circular curves and horizontal tangent, equations were calibrated. Of all the variables analyzed, the circular curve radii, the tangent length and the longitudinal slope of the road were statistically significant for the operating speed at 95% reliability. This work, in addition to presenting equations for Ecuador, also extends knowledge about the influence of the longitudinal slope on the operating speed. Using these equations can be carried out to reduce the probability of traffic accidents on this type of road.

Structural Analysis of Concrete Pavements: Short Slabs in Industrial Floors

Resumen: Las losas cortas son una innovación en el área de pavimentos de hormigón, que implica un cambio de paradigma respecto al diseño, donde usualmente se limita el número de juntas. En este enfoque, el tamaño de la losa se diseña de tal manera que no más de un set de ruedas del vehículo quede sobre ella, con el objetivo de reducir las tensiones. La investigación asociada a esta innovación ha estado focalizada en pavimentos urbanos e interurbanos donde se han generado ahorros económicos de hasta un 25%. Por otra parte, los pisos industriales de hormigón tienen solicitaciones distintas a los caminos y carreteras, las cargas de tráfico son diferentes y los efectos climáticos considerados no son los mismos debido a que el piso industrial se encuentra, por lo general, cubierto por una estructura. El objetivo de este artículo es analizar el estado tensional de losas cortas bajo solicitaciones de pisos industriales mediante modelación de elementos finitos para generar recomendaciones de diseño. Esto se lleva a cabo mediante un análisis factorial que considera variables como localización del pavimento, fecha de construcción, geometría de las losas y tráfico. Los resultados indican que las losas cortas si pueden generar ahorros significativos en ciertos pisos industriales, pero que no son la mejor opción en todos los escenarios analizados. Sin embargo, son una muy atractiva alternativa para pisos industriales tipo bodega de uso masivo.

Abstract: Short slabs are a concrete pavement innovation that represents a change of paradigm in the traditional design (where the number of joints is limited). In this innovative approach, the concrete slab is designed in a way that no more than one set of vehicle wheels is actually on the slab. In this way, the stresses are reduced. The research related with this innovation has been focused in urban and interurban pavements, where the costs have been reduced even until 25%. On the other hand, the traffic demands over industrial floors are different from concrete pavements of streets or highways. In addition, the weather demands are different because a roof covers industrial floors. The objective of the present article is to analyze the stresses of short slabs for industrial floors using finite elements models in order to generate design recommendations. For that, a factorial design including variables as the pavement location, time of construction, slab geometry and traffic is defined. The results show that short slabs can generate significant costs reductions in certain industrial floors, but that they are not necessarily the best option for all the analyzed scenarios. However, short slabs are an attractive alternative for industrial floors commonly used as warehouses.