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Resumo da aula passada 1 20130603 Apresentação do Armando sobre "Como Funciona? 10 dispositivos que você sempre quis saber como funciona Termoluminescência.

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1 Resumo da aula passada Apresentação do Armando sobre "Como Funciona? 10 dispositivos que você sempre quis saber como funciona Termoluminescência TL e Luminescência Opticamente Estimulada OSL Defeitos em vidros, materiais fotorefrativos, fotoexpansão, fotocontração. Formação de rede e microlentes com espelho de Lloyd. Interferômetro de Fabry-Perot como aplicação para rede de Bragg e filtros em fibras e sistemas planares. Descoberta da rede de Bragg em fibras. Produção de redes de Bragg. dispoptic 2013

2 Aula de Hoje Aplicações com Rede de Bragg. Diversas configurações. Moduladores ópticos Litografia Aula prática? Óptica integrada 2dispoptic 2013

3 3 Redes de Bragg em sensores Development of Bragg Grating Sensor-Cefet.pdf Demonstration of etched cladding fiber Bragg grating- based sensor with hydrogel coating.pdfDemonstration of etched cladding fiber Bragg grating- based sensor with hydrogel coating.pdf Discrimination methods and demodulation techniques for fiber.pdfDiscrimination methods and demodulation techniques for fiber.pdf Fiber Bragg Grating Technology pdf Reliability of Fiber Bragg Grating Based Sensors for Downhole Applications.pdfReliability of Fiber Bragg Grating Based Sensors for Downhole Applications.pdf Gratings written into fibers provide a mechanism for sensing strainGratings written into fibers provide a mechanism for sensing strain dispoptic 2013

4 4 Montagem de sistema para sensor FBG dispoptic 2013

5 5 Aplicação monitoramento de temperatura. Sinal de FBG e de termopar dispoptic 2013

6 6

7 7 Resumo de aplicações de FBGs Deformação axial Deformação transversal Deformação cisalhamento Temperatura Umidade Acústica Vibração Composição química dispoptic 2013

8 8 Um pouco mais dispoptic 2013

9 9 Tutoriais => surface relief (SR) fbg dispoptic 2013

10 10 Passo a passo do SR_FBG dispoptic 2013

11 11 Calculadora de rede de Bragg figure: When a Bragg grating exists in an optical fiber, it will reflect a specific wavelength dependent on the period of the Bragg grating and the index of refraction of the optical fiber. This calculator finds the period of Bragg grating needed for a predetermined wavelength and index of refraction. dispoptic 2013

12 12 Calculadora da periodicidade numa FBG dispoptic 2013

13 Um compacto sobre redes de Bragg IPHT – Jena (Institute of Photonic Technology) FiberBragg_Ecke_tutorial.pdf 13dispoptic 2013

14 14 Ainda mais um pouco sobre rede Bragg Tipos de redes em fibras. (a) Rede de Bragg em fibra, (b) Rede de período longo, (c) Rede trinada- mistura de período longo com curto, (d) Rede inclinada ou deitada, (e) Rede de teste. λ B = 2n eff Λ dispoptic 2013

15 Antes de entrar com Óptica Integrada dispoptic Moduladores ópticos Litografia aula prática? óptica integrada

16 16 Modulação Modular = informação + portador eletrônico ou óptico Sinais em comunicações normalmente possuem duas componentes: O sinal próprio da informação O sinal da portadora Como modular, o quê modular? Portador: Exemplo básico de modulação: Passar uma cola Embrulhar a cola num lápis e jogar A colaé a informação e o lápis vem a ser a portadora Jogar, seria o ato de transmitir a informação dispoptic 2013 ADVERTÊNCIA ADVERTÊNCIA !!!!! O MEC RECOMENDA NÃO FAZER USO DESTE EXEMPLO, POIS IMPLICA GRAVES CONSEQUENCIAS NO SEU DESEMPENHO CURRICULAR

17 17 Modem => Modulação – Demodulação dispoptic 2013

18 18 Modulação A onda com alta freqüência (e.g. luz) é normalmente a portadora do sinal da informação (e.g. voz). i.e. o sinal da informação se superpõe com a portadora. A portadora é um meio para transmitir a informação a alta freqüência. Normalmente uma única freqüência. Suponhamos então uma portadora com amplitude A, freqüência F e fase P, representada por a(t) = A sin(Ft + P) Modular a onda significa alterar algum parâmetro da eq acima Amplitude A(AM) Freqüência F(FM) Fase P(PM) dispoptic 2013

19 19 Modulação linear.. F1 F2 F1 + F2 Num sistema linear de duas senoides uma se sobrepõe à outra e não são afetadas, não é gerada uma nova frequência, exceto a coerência da fase. Normalmente sinal como F1 tem frequência bem menor que a portadora F2 dispoptic 2013 Voz (informação)Audio 20Hz a 20KHz RadioAM KHz FM 88 MHz-108 MHz TV MHz (canais 1-6) MHz (canais 7-12) MHz (UHF) Portadoras: sinais de microondas e satélite são da ordem de vários GHz Sinais em fibra óptica no infravermelho são da ordem de THz.

20 20 Exemplo AM informação portadora Portadora acompanha a amplitude da informação dispoptic 2013

21 21 Modulação em amplitude dispoptic 2013

22 22 Modulação AM – DSB (double sided band - fc) DSB (double-sideband) – full carrier Este é o método que dá origem a todos os outros métodos de modulação em amplitude. É dividido em DSB-FC (double-sideband full carrier) e DSB-SC(double-sideband supressed carrier), como será explicado a seguir. Baseia-se no princípio de uma onda portadora cuja amplitude varia em função de um sinal de entrada, chamado de sinal modulador, uma vez que é responsável por modular a onda. Matematicamente, é equacionado como segue:e(t) = (E c + e m (t))cos(2πf c t) Aonde: E c = Amplitude da portadora (c subscrito é de carrier- portadora) e m (t) = Função do sinal modulador (m subscrito de modulador) e(t) = Função da onda modulada f c = Frequência da portadora Como pode ser visto nesta função, a portadora é uma função cossenoidal simples com frequência fc e cuja amplitude varia de em torno de uma amplitude base Ec, de acordo com uma função de um sinal modulador em(t). Sabe-se, por Fourier, que toda e qualquer função pode ser descrita como uma soma (finita ou infinita) de senoides e cossenoides. Desta forma, a função da onda moduladora pode ser descrita como uma soma de cossenoides. Vamos analisar aqui o que acontecerá se e(t) for uma função coseno simples com frequência do modulador fm:Fourier e(t) = (E c + E m cos(2πf m t))cos(2πf c t) Logo: e(t) = E c cos(2πf c t) + E m cos(2πf m t))cos(2πf c t) Pode-se chegar através das identidades trigonométricas à relação: (esta é uma propriedade de altíssima relevância quando se fala de modulação de ondas) Finalmente, chegamos à seguinte relação: Pode-se ver nesta equação, que quando se modula a amplitude de uma portadora com uma cossenóide, esta modulação pode ser representada como a soma de três ondas diferentes. Um onda que representa a portadora pura: E c cos(2πf c t), e duas ondas que representam o sinal modulador: e. Note que estas duas últimas se encontram nas freqüências fc+fm e fc-fm. Por este motivo, a estas duas ondas se dá o nome de bandas laterais. Desta forma, nesta modulação são transmitidas a portadora junto de dual bandas laterais, o que justifica o nome deste tipo de modulação. dispoptic 2013

23 23 Modulação AM – DSB (double sided band - sc) DSB-SC (supressed carrier) Analisando primeiramente o DSB-SC (Double Sideband with Supressed Carrier; Banda Lateral Dupla e Portadora Suprimida ), em que informação sobre a portadora não é transmitida. Aplicando a propriedade da convolução da transformada de Fourier: portadoratransformada de Fourier Produto no domínio do tempo Convolução no domínio da frequência A estrela está simbolizando a convolução. Seja x(t) o sinal de informação que se deseja transmitir, com largura de faixa igual a BHz, amplitude 2A e espectro (apenas ilustrativo):espectro Seja h(t) = cosω c t a portadora, onde ω c é a frequência da portadora (em rad / s). Sabe-se que a transformada de Fourier de h(t) é dada por:portadoratransformada de Fourier Então, pela aplicação da propriedade da convolução, temos: Isso representa que o espectro de frequências do sinal x(t) sofre deslocamentos para a esquerda e para a direita, ficando com metade do espectro centrado em ω c e outra metade centrada em ω c. Graficamente, temos: O sinal modulado passa a ocupar uma faixa de 2BHz, ou seja, o dobro da faixa do sinal de informação x(t). Esta é uma característica marcante deste método de modulação em amplitude. O espectro compreendido entre f c e f c + 2B é conhecido como USB - Upper Side Band, enquanto a outra parte é conhecida como LSB - Lower Side Band Na demodulação, basta aplicar o mesmo procedimento utilizado para a modulação. Entretanto, é aqui que reside um ponto negativo do DSB-SC: para a demodulação ocorrer correctamente, é necessário que exista um sincronismo entre a portadora utilizada na modulação e a utilizada na demodulação, caso contrário o sinal não será correctamente demodulado. A solução para este problema será visto adiante, no método de modulação em amplitude que é empregado nas transmissões de rádios comerciais AM.demodulaçãomodulaçãosincronismo O sinal transmitido é então novamente multiplicado pela mesma senóide utilizada como portadora. Assim, obtém-se: Isso significa que metade do espectro do sinal original volta a aparecer centrado em 0Hz e um quarto do espectro fica centrado em frequências duas vezes a frequência da portadora. A aplicação de um filtro passa-baixas (tracejado na figura) permite a recuperação do sinal com faixa BHz. Como foi dito, a problemática aqui reside na exigência de haver sincronismo entre as senóides empregadas na modulação e na demodulação.senóides dispoptic 2013

24 24 Amplitude modulada dispoptic 2013

25 25 Modulação banda lateral única (SSB) Comunicações estratégicas: antes dos satélites e depois dos satélites dispoptic 2013

26 26 Modulação banda lateral dupla dispoptic 2013

27 27 Modulação Quadratura da amplitude (QAM) dispoptic 2013

28 28 FM A freqüência da portadora varia em torno da freqüência principal,no entanto a amplitude do sinal da informação permanece cte. dispoptic 2013

29 29 PM A fase modulada é uma forma de freqüência modulada em que a qtde de mudança de freqüência da portadora é proporcional à freqüência e amplitude do sinal que está sendo modulado dispoptic 2013

30 30 Modulação angular (FM, PM) fafa dispoptic 2013

31 31 E a codificação do sinal? Que nem sinal de TV a cabo ou comunicações estratégicas dispoptic 2013

32 32 Dispositivos para modulação Eletromecânico – chopper (disco recortado) Eletro-óptico – célula de Kerr Magneto-óptico - Faraday Acusto-óptico – célula de Bragg Elasto-óptico – xstal de quartzo – piezoeletricidade Tipos : Massivos, para serem montados em bancada óptica Integrados, ocupam pouco espaço de forma a utilizar sistemas pequenos dispoptic 2013

33 33 Modulador eletromecanico-Chopper

34 34 Modulação em espectroscopia dispoptic 2013

35 35 Scanning Photo-induced Impedance Microscopy (SPIM) dispoptic 2013

36 36 dispoptic 2013

37 37 Efeito eletro-óptico Mudança do índice de refração proporcional ao campo elétrico aplicado. n = variação do índice de refração n 0 = índice de refração não perturbado (sem campo) r é elemento de tensor eletro-óptico do cristal ou constante de Pockel dispoptic 2013

38 38 Modulador eletro-óptico integrado dispoptic 2013

39 39 Operation Principle of Polymer-Dispersed Liquid Crystal (PDLC) dispoptic 2013

40 40 Célula de Kerr – eletro-óptico dispoptic 2013

41 41 Efeito Faraday – magneto-óptico Sinal de modulação no campo magnético dispoptic 2013

42 42 Acusto-óptico célula de Bragg dispoptic 2013

43 43 Elasto-óptico quartzo piezo-elétrico Site da Hinds: chnology/principlesOfOperation.aspx chnology/principlesOfOperation.aspx dispoptic 2013

44 44 Fotolitografia dispoptic 2013

45 45 Fotolitografia dispoptic 2013 Ref.: Foto+lito+grafia = luz+pedra+escrita É o processo utilizado comumente para elaboração de placas de circuitos impressos, com a idéia de dar suporte mecânico e interligação elétrica entre componentes eletrônicos (resistores, capacitores, CIs, soquetes, fontes, etc). Utilização de layout Processos: Subtrativo. Placa cobreada. Aditivo. Placa não cobreada. Fotoresist: Positivo Negativo

46 46 Diferentes formas de impressão do layout da mascara dispoptic 2013

47 47 Impressão do layout

48 48 Litografia Referências: Will Childs, Keon Lee, Svetlana Mitrovski, Lindsay Elliott, John Rogers, and Ralph Nuzzo - An Overview of Soft-Lithographies for Materials Patterning and Device Fabrication - University of Illinois at Urbana-ChampaignAn Overview of Soft-Lithographies for Materials Patterning and Device Fabrication R. B. Darling - Photolithography.pdfPhotolithography.pdf dispoptic 2013

49 49 Introdução O mesmo principio utilizado na fotolitografia é usado para a produção de circuitos integrados eletrônicos e circuitos opto-integrados (fotônicos, óptica integrada). Deixar impresso o layout desejado, através de algum meio, sobre um substrato.

50 50 Vários meios para fazer litografia dispoptic 2013 Fotolitografia – o mais comum na produção de placa de circuito impresso Feixe de elétrons – microscópio eletrônico de varredura Feixe de raios-X Holografia – espelho de Lloyd e outros Feixe de íons – acelerador de partículas Microusinagem (ferramentas diamantadas) SPM (Scanning Probe Microscopy) Litografia de imersão

51 dispoptic

52 52 Recobrimento de filme fotoresist por spinner dispoptic 2013

53 53 Recobrimento de filme após várias revoluções dispoptic 2013

54 54 Alinhamento e possíveis uso do fotoresist positivo e negativo dispoptic 2013

55 55dispoptic 2013

56 56 Etching dispoptic 2013

57 57 Lift-off dispoptic 2013

58 58 O passo a passo da litografia Basic Lithography TutorialVer em: e procurar por Basic Lithography Tutorial é um java script com animação. dispoptic 2013

59 59 SPM lithography dispoptic 2013

60 60dispoptic 2013

61 61dispoptic 2013

62 62 Litografia de imersão Limite de resolução para litografia é usando a eq de Rayleigh: Onde k 1 é o fator de resolução, é o comprimento de onda da radiação de exposição e NA é a apertura numérica. A colocação de água aumenta a NA (nsen ) dispoptic 2013

63 63 Litografia de imersão dispoptic 2013

64 64 Evolução da largura de linha mínima e O fator de resolução k 1 é um fator complexo que depende de várias variáveis no processo de fotolitografia: qld do fotoresist, técnicas de melhoramento da resolução, tipo de mascaras, tipo de iluminação, entre outros. dispoptic 2013

65 Mais recente: critical aspect ratio for collapse 65 CARC = ratio of the resist thickness to the linewidth dispoptic 2013

66 66 AMD Iniciará Produção em Massa de Processadores de 45 nm AMD Iniciará Produção em Massa de Processadores de 45 nm 0 Posted on May 27, 2009 by wagner0 dispoptic 2013

67 67 Evolução de NA e k 1 Laser de ArF=> 193 nm dispoptic 2013

68 68 Imersão dispoptic 2013

69 69 Próxima aula MEMS MOEMS Materiais Fotônicos dispoptic 2013


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