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Desenvolvimento e Caracterização de um Modelador Óptico Programável Guilherme Cañete Vebber Orientador: Ricardo R. B. Correia Colaboradores: Ismael A.

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1 Desenvolvimento e Caracterização de um Modelador Óptico Programável Guilherme Cañete Vebber Orientador: Ricardo R. B. Correia Colaboradores: Ismael A. Heisler e Jorge A. Lisbôa

2 Modeladores Ópticos Dispositivos capazes de manipular o perfil de propagação da luz através de modulações de fase e amplitude Perfil de Entrada Perfil de Saída ΔAΔA Modelador Óptico A0A0 A1A1 Modulação de Amplitude Φ0Φ0 Φ1Φ1 ΔΦΔΦ Φ0Φ0 Φ1Φ1 Modelador Óptico Modulação de Fase

3 MODELADOR DIVISOR DE FEIXE Modelador Óptico Espacial Modeladores Ópticos IMAGEM FINAL IMAGEM INICIAL MODELADOR

4 Modelador Óptico Espectral Pulso de entrada Pulso de saída modelado Máscara Componentes espectrais

5 Aplicações 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 , Maio 2000.

6 Medicina: tomografia óptica coerente (OCT) Aplicações 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 , Jun

7 Compensação de Dispersão: Original Pré-compensado Modelado Correção de fase Codificação de Pulsos: Compensação de Dispersão: Original Modelado Correção de fase Pré-compensado Telecomunicações: codificação e controle da dispersão Aplicações Modeladores Ópticos Espectrais

8 Máscara (LC-SLM): Campo elétrico dos pulsos modelados: Configuração Experimental: Princípio Físico: Máscara (LC-SLM): Configuração Experimental: Princípio Físico: Modeladores de Cristal Líquido (LCM) Modeladores Espectrais Programáveis

9 Modeladores Acusto-Ópticos (AOM) Configuração Básica: Transdutor PZT Modeladores Espectrais Programáveis Λ L λ lala Cristal Modulador:

10 Modeladores de Espelho Deformável Configuração Básica: Modeladores Espectrais Programáveis

11 Lateral: Frontal: Construção do EPZAR Construção do EPZAR

12 Piezoeletricidade: Efeito Piezo Inverso Construção do EPZAR Atuadores Piezoelétricos

13 Aplicações dos PZTs: Alarmes sonoros Campainhas Alto-falantes Relógios Acendedores de fogão e isqueiro Ultrassom (sonar) Nanoposicionamento Nanoposicionamento: 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

14 Controlador de Tensões Interface LabVIEW TM : Construção do EPZAR Programa desenvolvido por: Ismael A. Heisler Circuito gerador projetado por: Jorge A. Lisbôa

15 Espelho 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

16 Perfilometria Óptica Montagem: Caracterização do EPZAR

17 Programa (LabVIEW TM ): Método de Análise Interferométrica Y (unid.arb.) X (unid.arb.) Programa (LabVIEW TM ): Perfilometria Óptica

18 Resultados ΔΦ = π equivale a Δl = 136nm (λ = 543,5nm)

19 Resultados

20 Teste: Otimização de frente de onda Teste: Otimização de frente de onda Montagem:

21 Indivíduo 23 Parâmetro de Aptidão (~ sinal experimental resultante) Configuração do espelho: 32 valores de tensão Valor de tensão (0-100V) Gene Recombinação Mutação Geração Seleção Melhores Melhor Indivíduo 100 Indivíduo 23 Parâmetro de Aptidão Algoritmo Evolutivo Teste: Otimização de frente de onda Recombinação Mutação Seleção Melhores Evolução: Geração indivíduos16 indivíduos 30 gerações Desenvolvido e aperfeiçoado por: Ismael A. Heisler e Tiago Buckup (e colaboradores)

22 Teste: Otimização de frente de onda Resultados

23 Resultados

24 Conclusão e Perspectivas Conclusão 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

25 Fim Obrigado pela atenção Perguntas…

26 Espelho Deformável Micromaquinado (MMDM) 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

27 Modulador Espacial de Luz por Microssistema Eletromecânico (MEMS-SLM) 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 Dispositivo Imagem ampliada

28 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

29 Espelho 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


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