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Desenvolvimento e Caracterização de um Desenvolvimento e Caracterização de um Modelador Óptico ProgramávelModelador Óptico Programável
Guilherme Cañete VebberGuilherme Cañete Vebber
Orientador: Ricardo R. B. CorreiaColaboradores: Ismael A. Heisler e Jorge A. Lisbôa
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Modeladores ÓpticosModeladores Ópticos
Dispositivos capazes de manipular o perfil de propagação da luz através de modulações de fase e amplitude
Perfil de Entrada Perfil de Saída
ΔAModelador
ÓpticoA0
A1
Modulaçãode Amplitude
Φ0 Φ1
ΔΦ
Φ0 Φ1
ModeladorÓptico
Modulaçãode Fase
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MODELADOR
DIVISOR DE FEIXE
Modelador Óptico EspacialModelador Óptico EspacialModeladores Ópticos
IMAGEM FINAL
IMAGEM INICIAL MODELADOR
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Modelador Óptico Espectral
Pulso de entrada
Pulso de saída modelado
Máscara
Compo
nent
es
espe
ctra
is
Modeladores ÓpticosModeladores Ópticos
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AplicaçõesAplicações
Filtro Óptico Espectral: pulsos FTL (limitados por
transformada de Fourier) sintonizáveis
Correção de Fase: pulsos mais
curtos e intensos
Modeladores Ópticos Espectrais
WEINER, A. M. Femtosecond pulse shaping using spatial light modulators. REVIEW OF SCIENTIFIC
INSTRUMENTS, v. 71, n. 5, p. 1929-1960, Maio 2000.
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Medicina: tomografia óptica coerente (OCT)
AplicaçõesAplicações Modeladores Ópticos Espectrais
Controle Coerente (Quântico):
manipulação e controle de processos
quânticos, a nível atômico-molecular
TEARNEY, G. J. et al. In vivo endoscopic optical biopsy with optical coherence
tomography. SCIENCE, v. 276, n. 5321, p. 2037-2039, Jun. 1997.
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Compensação de Dispersão:Compensação de Dispersão: OriginalOriginalPré-compensadoPré-compensado
ModeladoModelado
Correção de faseCorreção de fase
Codificação de Pulsos:Codificação de Pulsos:CompensaçãoCompensaçãode Dispersão:de Dispersão:
OriginalOriginal
ModeladoModelado
Correção de faseCorreção de fase
Pré-compensadoPré-compensado
Telecomunicações: codificação e controle da dispersão
AplicaçõesAplicações Modeladores Ópticos Espectrais
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Máscara (LC-SLM):
Campo elétrico dos pulsos modelados:
Configuração Experimental: Princípio Físico:Princípio Físico:
Máscara (LC-SLM):Configuração Experimental:Princípio Físico:Princípio Físico:
Modeladores de Cristal Líquido (LCM)Modeladores de Cristal Líquido (LCM)
Modeladores Espectrais Programáveis
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Modeladores Acusto-Ópticos (AOM)Modeladores Acusto-Ópticos (AOM)
Configuração Básica:
Transdutor PZT
Modeladores Espectrais Programáveis
Λ
Lλ
la
Cristal Modulador:
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Modeladores de Espelho DeformávelModeladores de Espelho Deformável
Configuração Básica:
Modeladores Espectrais Programáveis
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Lateral:
Frontal:
Construção do EPZARConstrução do EPZAR
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Piezoeletricidade:
Efeito Piezo
Efeito PiezoInverso
Construção do EPZAR
Atuadores PiezoelétricosAtuadores Piezoelétricos
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Atuadores PiezoelétricosAtuadores Piezoelétricos
Aplicações dos PZT’sAplicações dos PZT’s::
Alarmes sonoros
Campainhas
Alto-falantes
Relógios
Acendedores de fogão e isqueiro
Ultrassom (sonar)
NanoposicionamentoNanoposicionamento: microscopia de força atômica, genética
(manipulação de genes), modelagem óptica,...
Materiais: sólidos cristalinos não centro-simétricos (atualmente,
baseiam-se em titanato zirconato de chumbo e titanato de
bário)
Construção do EPZAR
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Controlador de TensõesControlador de Tensões
Interface LabVIEWTM:
Construção do EPZAR
Programa desenvolvido por: Ismael A. HeislerCircuito gerador projetado por: Jorge A. Lisbôa
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Espelho DeformávelEspelho Deformável
Planicidade + Flexibilidade
Substrato inteiriço
Apesar de boa planicidade, pouca flexibilidade (deformação insuficiente)
(amostras com 300μm de espessura)
Construção do EPZAR
x Substrato com ranhuras
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Perfilometria ÓpticaPerfilometria Óptica
Montagem:
Caracterização do EPZAR
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Programa (LabVIEWTM):
Método de Análise InterferométricaMétodo de Análise Interferométrica
Y (
un
id.a
rb.)
X (unid.arb.)
Programa (LabVIEWTM):
Perfilometria Óptica
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ResultadosResultadosPerfilometria Óptica
ΔΦ = π equivale a Δl = 136nm (λ = 543,5nm)
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ResultadosResultados
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Teste: Otimização de frente de ondaTeste: Otimização de frente de onda
Montagem:
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Indivíduo
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Parâmetro de Aptidão(~ sinal experimental resultante)
Configuração do espelho:
32 valores de tensãoValor de tensão (0-100V)
GeneGene
Recombinação Mutação
Geração
23 2818 20 26
Seleção Melhores
7784 88
MelhorIndivíduo
100
Indivíduo
23Parâmetro de Aptidão
Algoritmo EvolutivoAlgoritmo Evolutivo
Teste: Otimização de frente de onda
Recombinação Mutação
Seleção Melhores
7784 88
Evolução:
Geração
23 2818 20 26
128 indivíduos16 indivíduos
30 geraçõesDesenvolvido e aperfeiçoado por: Ismael A. Heisler e Tiago Buckup (e colaboradores)
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Teste: Otimização de frente de onda
ResultadosResultados
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ResultadosResultados
Teste: Otimização de frente de onda
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Conclusão e PerspectivasConclusão e Perspectivas
Desempenho do EPZAR: razoável
Aparato eletrônico e caracterização por perfilometria
óptica: ótimos resultados
Atuadores, espelho e conexões mecânica (cola) e elétrica
(eletrodos): devem ser aperfeiçoados
Causa para os vários atuadores corrompidos: corrosão
acidental de contatos elétricos e danos em pontos frágeis dos
eletrodos
Possibilidade de caracterização do espelho in loco e em
tempo real: monitoramento durante experimentos
Perspectivas de aplicação: controle coerente e novas técnicas
espectroscópicas
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Fim
Obrigado pela atençãoPerguntas…
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Espelho Deformável Micromaquinado (MMDM)Espelho Deformável Micromaquinado (MMDM)
Arranjo de 39 atuadores:Arranjo de 39 atuadores:
26mm
7,5mm
Características:
Construção simples (exceto espelho)
Atuadores eletrostáticos
Modulação unidimensional e continuamente variável
Baixa resolução espacial: 2mm
Média taxa de reprogramação: ~ 1kHz
Amplitude máxima de deflexão: 4μm (ΔΦ = 29,5π para λ = 543nm)
Modeladores de Espelho Deformável
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Modulador Espacial de Luz por Microssistema Modulador Espacial de Luz por Microssistema Eletromecânico (MEMS-SLM)Eletromecânico (MEMS-SLM)
240 x 200 microespelhos:240 x 200 microespelhos:
9,6mm
8mm
Características:
Construção complexa
Atuadores eletrostáticos
Modulação bidimensional e discretamente variável (efeitos de pixelamento)
Alta resolução espacial: 40μm
Média taxa de reprogramação: ~ 1kHz
Translação máxima: 450nm (ΔΦ = 3,3π para λ = 543nm)
Modeladores de Espelho Deformável
DispositivoDispositivoImagem ampliadaImagem ampliada
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Refletor Deformável Piezoatuado (PADRE)Refletor Deformável Piezoatuado (PADRE)
Características:
Construção simples
Atuadores piezoelétricos
Modulação unidimensional e continuamente variável
Baixa resolução espacial: 2,5mm
Deflexões máximas:
Individual (300V): 1μm (ΔΦ = 7,4π para λ = 543nm) e largura de 3,8mm (FWHM)
Senoidal (0V e 300V): 0,3μm (ΔΦ = 2,2π)
Modeladores de Espelho Deformável
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Espelho Deformável Piezo-BimorfoEspelho Deformável Piezo-Bimorfo
Características:
Modulação unidimensional e continuamente variável
Construção simples
Baixa resolução espacial: 2,5mm
Deflexões máximas:
Global (160V): 16μm (ΔΦ = 118π para λ = 543nm)
Senoidal (±160V): 64nm (ΔΦ = 0,5π)
Modeladores de Espelho Deformável