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Apresentação de Jessica sobre o tema de Hiperlentes e suas características e aplicações 1 20120604.

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1 Apresentação de Jessica sobre o tema de Hiperlentes e suas características e aplicações

2 2 Resumo da aula passada Fotoexpansão - fotocontração Filtros Fabry-Perot Rede de Bragg, fabricação e propriedades Como foi feito no IFSC Algumas aplicações de redes de Bragg em fibras ópticas e em sistemas planares

3 3 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

4 4 Óptica Integrada Moduladores ópticos Litografia Óptica integrada Cancelada Visita Oficina de fotolitos e circuitos impressos

5 5 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 “cola”é a informação e o lápis vem a ser a portadora Jogar, seria o ato de transmitir a informação ADVERTÊNCIA ADVERTÊNCIA !!!!! O MEC RECOMENDA NÃO FAZER USO DESTE EXEMPLO, POIS IMPLICA GRAVES CONSEQUENCIAS NO SEU DESEMPENHO CURRICULAR

6 6 Modem => Modulação – Demodulação

7 7 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)

8 8 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 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.

9 9 Exemplo AM informação portadora Portadora acompanha a amplitude da informação

10 10 Modulação em amplitude

11 11 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.

12 12 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

13 13 Amplitude modulada

14 14 Modulação banda lateral única (SSB) Comunicações estratégicas: antes dos satélites e depois dos satélites

15 15 Modulação banda lateral dupla

16 16 Modulação Quadratura da amplitude (QAM)

17 17 FM A freqüência da portadora varia em torno da freqüência principal,no entanto a amplitude do sinal da informação permanece cte.

18 18 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

19 19 Modulação angular (FM, PM) fafa

20 20 E a codificação do sinal? Que nem sinal de TV a cabo ou comunicações estratégicas

21 21 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

22 22 Modulador eletromecanico-Chopper

23 23 Modulação em espectroscopia

24 24 Scanning Photo-induced Impedance Microscopy (SPIM)

25 25

26 26 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

27 27 Modulador eletro-óptico integrado

28 28 Operation Principle of Polymer-Dispersed Liquid Crystal (PDLC)

29 29 Célula de Kerr – eletro-óptico

30 30 Efeito Faraday – magneto-óptico Sinal de modulação no campo magnético

31 31 Acusto-óptico célula de Bragg

32 32 Elasto-óptico quartzo piezo-elétrico Site da Hinds: chnology/principlesOfOperation.aspx chnology/principlesOfOperation.aspx

33 33 Fotolitografia

34 34 Fotolitografia 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, CI’s, soquetes, fontes, etc). Utilização de layout Processos:  Subtrativo. Placa cobreada.  Aditivo. Placa não cobreada. Fotoresist:  Positivo  Negativo

35 35 Diferentes formas de impressão do layout da mascara

36 36 Impressão do layout

37 37 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

38 38 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.

39 39 Vários meios para fazer litografia 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

40 40

41 41 Recobrimento de filme fotoresist por spinner

42 42 Recobrimento de filme após várias revoluções

43 43 Alinhamento e possíveis uso do fotoresist positivo e negativo

44 44

45 45 Etching

46 46 Lift-off

47 47 O passo a passo da litografia Basic Lithography TutorialVer em: e procurar por Basic Lithography Tutorial é um java script com animação.

48 48 SPM lithography

49 49

50 50

51 51 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  )

52 52 Litografia de imersão

53 53 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.

54 Mais recente: critical aspect ratio for collapse 54 CARC = ratio of the resist thickness to the linewidth

55 55 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

56 56 Evolução de NA e k 1 Laser de ArF=> 193 nm

57 57 Imersão

58 58 Cancelada-Visita à oficina de circuitos impressos Observação de diferentes processos para obtenção de placas de circuito impresso no IFSC. Um passo prévio para realizar litografia.

59 59 Próxima aula Materiais Fotônicos


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