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Dispoptic 20081 DISPOSITIVOS ÓPTICOS Introdução e revisão.

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Apresentação em tema: "Dispoptic 20081 DISPOSITIVOS ÓPTICOS Introdução e revisão."— Transcrição da apresentação:

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2 Dispoptic DISPOSITIVOS ÓPTICOS Introdução e revisão

3 Dispoptic Dispositivos ópticos Conceitos e princípios Dispositivo que cria, manipula ou mede radiação eletromagnética. Existe alguma classificação? Categoria? Tipos? Wikipedia? Dispositivos e/ou instrumentos? Lente, óculos, zoom Dispositivo óptico para mouse óptico? Dispositivo óptico Real? Virtual? Lado óptico Lado fotônico

4 Dispoptic Wikipedia Category:Optical devices A [ +] Astronomical observatories +Astronomical observatories I [ +] Interferometers +Interferometers L [ +] Lasers +Lasers [+] Lenses+Lenses M [ +] Microscopes +Microscopes [+] Mirrors+Mirrors O [ +] Optical filters +Optical filters [+] Optoelectronics+Optoelectronics P [ +] Photography equipment +Photography equipment P cont. [ +] Planetaria +Planetaria [+] Prisms+Prisms R [ +] Refractometers +Refractometers T [ +] Telescopes +Telescopes

5 Dispoptic Pages in category “Optical devices” Optical Instruments A AN/PVS-14 AN/PVS-22 ARROW waveguide Acousto-optic modulator Optical amplifier Arrayed waveguide grating Astrograph Optical attenuator Autocollimator B Beam dump Beam homogenizer Bicycle reflector Binoculars Binoviewer Borescope C Camera Camera lucida Camera obscura Catadioptric system Catoptric cistula Optical cavity Colorimeter Comparison Microscope Culpascope D Diaphragm (optics) Dielectric wireless receiver Diffraction grating Dipleidoscope Dome magnifier Dynameter E Echelle grating EcoSCOPE Electro-Optix Electro-optic modulator Endoscopy Eye relief Eyepiece F Faraday rotator Fiberscope Finderscope Focus finder G Golf mirror Graphoscope Ground glass Gyro gunsight Gyrotron H Haploscope Hidden camera Hinman Collator Hollow cathode lamp HoloVID Holographic grating Hydroscope I Image-stabilized binoculars Indirect ophthalmoscope Optical interleaver J Jeffree cell K Kaleidica Kaleidoplex Kaleidoscope L Laser Laser beam profiler Laser microphone Lens (optics) Light table Liquid mirror Loupe Lovibond comparator M Magneto-optical trap Maser Megalethoscope Mirror mount Optical modulator Monochromator Monocular N Night vision device Nuller O Opera glasses Optical axis gratings Optical circulator Optical flat Optical hybrid Optical isolator Optical microcavity Optical power meter Optical tape Optode P Panoramagram Passive infrared sensor Periscope Phased array optics Photodetector Photometer Photomultiplier Photoresistor Phototube Polarimetry Polarizer Polychromator Polyrama Panoptique Prism (optics) Prism coupler Pseudoscope Q Quantum well infrared photodetector R Remote camera Retroreflector Ring laser gyroscope S Scioptric ball Sight (device) Silver halide Solid immersion lens Spatial filter Spatial light modulator Spectralon Spectrophotometer Spotting scope Star diagonal Sun photometer Optical instrument T Optical table Tachistoscope Teleidoscope Telescope Theodolite Tiny Ionospheric Photometer Turbinlite U Ultrafast monochromator User:Slicky/Microscopy in science V Video camera Videoscope Visby lenses W Wave plate Z Zograscope Zone plate

6 Dispoptic Lente composta como dispositivo ergonômico Sem dispositivo óptico Dor de cabeça, coluna,... Com dispositivo óptico Dispositivo óptico Lente de 3 segmentos

7 Dispoptic As próximas 7 transparências representam parte significativa de aplicações de dispositivos ópticos na Indiana School for the Blind and Visually Impaired

8 Dispoptic Types of Optical Devices Distance Devices intra.isbrockets.org/teams/dept_outreach/ _Update/index_files/typesofdistancedevices.ppt Indiana School for the Blind and Visually Impaired

9 Dispoptic Binoculars

10 Dispoptic Monocular

11 Dispoptic Full-Field Bioptic Systems

12 Dispoptic Bioptic Systems

13 Dispoptic Sunfilters

14 Dispoptic Night Vision Scopes

15 Dispoptic Explanation of optical devices - Succeed in Physical Science. Also refer to optics, physics, lenses, lasers, telescope, microscope, spectrometer, WBT, education, distance learning, Ron Kurtus, School for Champions. Copyright © RestrictionsCopyright © Restrictions Optical Devices by Ron Kurtus (revised 6 October 1999) Have you ever wondered how a camera works? Or why you need a flashlight to see in the dark? Or how a magnifying glass can make things look bigger? Or why a rainbow looks so colorful? There are many devices that use the visible electromagnetic waves we call light. Some of these devices create light, some detect light, and others manipulate the beams of light for some use. See lesson on Electromagnetic WavesElectromagnetic Waves See lesson on Visible LightVisible Light See Simulated Optics Experiments on Curved Mirrors and Single Lenses.Curved MirrorsSingle Lenses This lesson will answer those questions. There is a mini-quiz near the end of the lesson.mini-quiz

16 Dispoptic virtualconcepts.htm Conceitos de Armazenamento Ótico Virtual Armazenamento ótico virtual consiste em objetos que, quando utilizados juntos, imitam mídia CD ou DVD em unidades de disco. Os CDs ou DVDs imitados parecem mídia real para o servidor. Os objetos que o armazenamento ótico virtual utiliza são os seguintes: Imagem virtual Uma imagem virtual é um objeto que contém os dados que normalmente estão em um CD ou DVD real. A imagem virtual é um arquivo de fluxo que reside no sistema de arquivos integrado. Você deve inicializar uma imagem virtual para que possa gravar nela. No caso de um backup e recuperação, também é possível estender imagens virtuais. Dispositivo ótico virtual Um dispositivo ótico virtual é uma descrição de dispositivo que suporta armazenamento ótico virtual, assim como uma descrição de dispositivo ótico real suporta armazenamento ótico real. De 1 a 35 descrições de dispositivo ótico virtual podem estar ativas ao mesmo tempo no servidor. Você cria um dispositivo ótico virtual selecionando os parâmetros RSRCNAME(*VRT) ou TYPE(632B) no comando CRTDEVOPT (Criar Descrição de Dispositivo (Ótico)).

17 Dispoptic Pinças ópticas e aplicações As pinças ópticas são consideradas como uma ferramenta para micromanipulação sem contacto de partículas microscópicas (10nm a 10um) que podem ser armadilhadas no foco de um laser de baixa potência e podem ser manipulados tridimensionalmente movimentando a amostra ou a armadilha. Onde? Ciências biológicas e coloidais. Como? Trasladores (movimentadores)

18 Dispoptic applications Optical Tweezers and Applications Optical tweezers are an instrument for contactless micromanipulation of microscopic particles. Objects ranging in size from about 10nm to 10um can be trapped close to the focus of a low(ish) power laser beam and manipulated in three dimensions by moving either the sample or the trap position. There is a wide variety of applications—particularly in biology and colloid science—from 'simple' translators to trap arrays and high precision force measurements. How do tweezers work? Light possesses both energy and momentum. An interaction between radiation and matter can result in an exchange of momentum. Consider a dielectric sphere placed in a laser beam (figure 1a). The sphere acts like a miniature lens; the refraction or reflection of light at a dielectric interface alters the direction, and hence the momentum of the light. Due to the spatial intensity profile of the laser beam more light is refracted towards left than the right. The light therefore gains overall momentum towards the left which, by Newton's third law, means that the sphere gains momentum in the opposite direction (towards the right, or more precisely, towards the highest laser intensity). Closer examination reveals that the force is related to the gradient of laser intensity, and it is therefore often referred to as gradient force. As a consequence, the sphere is drawn into the region of highest light intensity. While this mechanism confines the sphere in the directions perpendicular to the beam propagation, another process is used to trap in the direction parallel to the beam. When placed in the path of a laser beam, the sphere will feel 'radiation pressure' caused by the stream of photons scattering off its surface, giving the sphere momentum in the direction of the beam (this effect can be seen on a much larger scale in the field of astronomy—a comet's tail as seen from earth is caused by radiation pressure from the sun). If the laser beam is focused very tightly (figure 1b) there is also a gradient force against the propagation direction of the beam which can balance the radiation pressure from the beam. In this manner, a three-dimensional single beam trap can be created to trap microscopic particles.

19 Dispoptic Pinças ópticas Figure 1a) Lateral TrappingFigure 1b) Axial Trapping Desde que a intensidade do feixe de laser não é completamente plana, i.e. constante na sua seção transversal, existem forças que empurram as partículas na direção de maior intensidade seja na transversal ou na longitudinal..

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22 Dispoptic The Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) has awarded an $8 million, four-year,basic-research program grant to the California Institute of Technology to initiate research in photonics technologies. The technical focus of the effort will be on optofluidics, an exciting new research area based on the use of microfluidic devices to control optical processes, and which is expected to result in a new generation of small-scale, highly adaptable, and innovative optical devices. To conduct the research, Caltech is establishing a new center called the Center for Optofluidic Integration. The center will spearhead efforts directed toward a new class of adaptive optical devices for numerous applications in sensing, switching, and communications.

23 Dispoptic Importância No atual momento das comunicações e sensoriamento, os dispositivos ópticos tem uma relevância enorme no desenvolvimento de novas técnicas através de novos materiais (meta-materiais, nanoestruturas, etc) Óptica e Fotônica

24 Dispoptic Uma revisão geral

25 Dispoptic Fibras Ópticas  Um pouco de história: 1.Sinais de fogo, fumaça, códigos visuais Claude Chappe, Paris-Lille (230 Km), Semáforo = telegrafo óptico Semáforo John Tyndall – jato de águajato de água 4.Alexander Graham Bell, Charles Sumner Tainter FotofoneFotofone

26 Dispoptic Semáforo 5 minutos para transmitir a uma distância de 190 km

27 Dispoptic Mapa da França com semáforo

28 Dispoptic John Tyndall 1870

29 Dispoptic O homem que guiou a luz. Daniel Colladon (38) professor na Universidade de Genebra demonstrou como guiar a luz em 1841.

30 Dispoptic Detalhes históricos Reflexão Total Interna(TIR) é atribuída a John Tyndall (1854 experimento em Londres). Livro City of Light (Jeff Hecht, 1999) relata a historia do TIR. Primeira demonstração em Genebra em 1841 por Daniel Colladon (Comptes Rendus, vol. 15, pp , Oct. 24, 1842). A luz fica confinada ao longo do caimento da água.

31 Dispoptic Graham Bell fotofone primeira transmissão de voz, através de luz não guiada

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35 Dispoptic E o telefone? Fixo ===========  via fio de cobre, ponto a ponto Sem fio =========  ondas de radio, celulares Via satélite ======  satélites geoestacionários VoIP ===========  Voice Over Internet Protocol 1870 Elisha Gray e Alexander Graham Bell Bem antes do fotofone!

36 Dispoptic Pq o fotofone não evoluiu? Que tipos de dificuldades para enviar a luz? O que houve com os fios de cobre? Atualmente ~10% das redes utilizam fibra óptica

37 Dispoptic FIBRAS ÓPTICAS 1920 Independentemente - John Logie Baird (UK) e Clarence W. Hansell (USA) – patentes sobre o uso de arranjos de encanamentos ou tarugos transparentes para transmissão de imagens ou fac-símiles Independentemente - Abraham Van Heel (Dinamarca) e Harold H. Hopkins (UK) – uso de maço de fibras revestidas e não revestidas no transporte de imagens.

38 Dispoptic Fibras Vantagens 1.baixa atenuação 2.largura de banda 3.Imunidade à interferência eletromagnética 4.baixo peso (  vidro ~2,5 g/cm 3,  cobre ~8,9 g/cm 3 ) 5.sigilo 6.isolação elétrica

39 Dispoptic Fibras Desvantagens 1.acoplamento e emenda da fibra 2.derivações limitadas 3.padrão dos sistemas ópticos 4.fragilidade da fibra

40 Dispoptic Guias de onda de luz Duas categorias: 1.Bloco dielétrico – sanduíche n1n1 n2n2 n3n3 Confinamento da propagação planar em n 1

41 Dispoptic Guias de onda de luz 2.Fibras ópticas: –De vidro ou plástico, de simetria cilíndrica –Com secção transversal anular n1n1 n2n2 n 1 > n 2 GRIN

42 Dispoptic FIBRAS ÓPTICAS Duas categorias: 1.Índice de refração degrau (n 1 é constante) 2.Índice de refração gradiente (GRIN) Propriedades: 1.Propagação confinada ao núcleo, n 1, por reflexão total interna, mesmo assim qdo a fibra é envergada ou enrolada

43 Dispoptic GRIN GRIN – GRadient INdex O índice de refração é função do raio  = diferença de índice relativo a = raio do núcleo  = tipo de perfil do GRIN  perfil triangular  perfil parabólico  ∞ perfil degrau Trabalho: qual é a equação de propagação dos raios dentro da fibra para um caso do núcleo com índice de refração parabólico?

44 Dispoptic Teoria de propagação Ar nono Meio externo da fibra: Ar Fibra com índice de refração degrau Aplicação da Lei de Snell em cada interface A medida que  0 diminui  i Até atingir o ângulo  c   =  a qdo  i =  c Todos os raios que incidem com ângulo menor que  a se propaga na guia de onda por reflexão interna total. n1n1 n2n2 n 1 > n 2 Abertura numérica NA de uma guia de onda, uma espécie de medida ou característica que mostra o quanto que a guia de onda consegue receber luz

45 Dispoptic onde pela Lei de Snell sin  c =n 2 /n 1 Teoria de propagação Ar nono n1n1 n2n2 n 1 > n 2

46 Dispoptic Parâmetros numa fibra Diferença de índice de refração entre núcleo e revestimento Parâmetro V que determina o número de modos suportados por uma fibra. Caso específico V<2.405 → monomodo a é o raio do núcleo

47 Dispoptic Uma fibra óptica com um núcleo de vidro flint denso, n 1 = 1,66, e um recobrimento de vidro crown, n 2 = 1,52. Qual é o maior ângulo de abertura (metade do ângulo do cone de luz que entra na fibra) para que a luz que seja transmitida ao longo da fibra? Alguns exemplos

48 Dispoptic cont   ≥  c onde  c é o ângulo crítico para que o feixe de luz seja totalmente refletido para dentro do núcleo. n1n1 n2n2 Notar que aumentando  1 diminui  3 A solução será Colocando  3 =  c para determinar  1 utilizando a lei de Snell

49 Dispoptic cont n1n1 n2n2 Substituindo na primeira eq: Sendo n 1 = 1,66 e n 2 = 1,56 O valor calculado de  1 é 42 o Em A: Em B:

50 Dispoptic Outro exemplo 2.- Qual é o raio de menor curvatura que podemos dobrar numa fibra óptica com núcleo de 0,05mm sem perder luz? O índice de refração do núcleo é 1,66 e da cobertura é de 1,52 Adotamos a suposição de que um feixe de luz ABCDE incide de forma colimada na fibra. Observamos que o feixe E incide com o menor ângulo na interface núcleo/cobertura.

51 Dispoptic Cont. Adotamos a suposição de que um feixe de luz ABCDE incide de forma colimada na fibra. Observamos que o feixe E incide com o menor ângulo na interface núcleo/cobertura. Basta colocar esse ângulo como se fosse o ângulo crítico, evitando perdas. Pela figura Pela definição

52 Dispoptic Várias configurações de fabricação

53 Dispoptic Próxima Aula Descrição mais apropriada sobre a propagação da luz em guias de onda, tratamento ondulatório, através das eqs de Maxwell.


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