Desenvolvimento e Caracterização de um Modelador Óptico Programável

Apresentação em tema: "Desenvolvimento e Caracterização de um Modelador Óptico Programável"— Transcrição da apresentação:

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 Φ0 Φ1 ΔΦ Modelador Óptico Modulação de Fase Perfil de Entrada Perfil de Saída ΔA Modelador Óptico A0 A1 Modulação de Amplitude

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

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

5 Modeladores Ópticos Espectrais
Aplicações Filtro Óptico Espectral: pulsos FTL (limitados por transformada de Fourier) sintonizáveis Correção de Fase: pulsos mais curtos e intensos WEINER, A. M. Femtosecond pulse shaping using spatial light modulators. REVIEW OF SCIENTIFIC INSTRUMENTS, v. 71, n. 5, p , Maio 2000.

6 Modeladores Ópticos Espectrais
Aplicações Medicina: tomografia óptica coerente (OCT) 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 Aplicações Compensação Codificação de Pulsos: de Dispersão:
Modeladores Ópticos Espectrais Aplicações Telecomunicações: codificação e controle da dispersão Compensação de Dispersão: Original Modelado Correção de fase Pré-compensado Codificação de Pulsos: Compensação de Dispersão: Original Pré-compensado Modelado Correção de fase

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

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

10 Modeladores de Espelho Deformável
Modeladores Espectrais Programáveis Modeladores de Espelho Deformável Configuração Básica:

11 Construção do EPZAR Lateral: Frontal:

12 Atuadores Piezoelétricos
Construção do EPZAR Atuadores Piezoelétricos Piezoeletricidade: Efeito Piezo Efeito Piezo Inverso

13 Atuadores Piezoelétricos
Construção do EPZAR Atuadores Piezoelétricos Materiais: sólidos cristalinos não centro-simétricos (atualmente, baseiam-se em titanato zirconato de chumbo e titanato de bário) Aplicações dos PZT’s: Alarmes sonoros Campainhas Alto-falantes Relógios Acendedores de fogão e isqueiro Ultrassom (sonar) Nanoposicionamento: microscopia de força atômica, genética (manipulação de genes), modelagem óptica,...

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

15 Espelho Deformável Planicidade + Flexibilidade Substrato inteiriço
Construção do EPZAR Espelho Deformável Planicidade + Flexibilidade Substrato inteiriço x Substrato com ranhuras (amostras com 300μm de espessura) Apesar de boa planicidade, pouca flexibilidade (deformação insuficiente)

16 Caracterização do EPZAR
Perfilometria Óptica Montagem:

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

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

19 Resultados

20 Teste: Otimização de frente de onda
Montagem:

21 Algoritmo Evolutivo Indivíduo Gene Evolução: 23 Parâmetro de Aptidão
Teste: Otimização de frente de onda Algoritmo Evolutivo Recombinação Mutação Seleção Melhores 77 84 88 Evolução: Geração 23 28 18 20 26 Seleção Melhores 77 84 88 Melhor Indivíduo 100 Indivíduo 23 Parâmetro de Aptidão (~ sinal experimental resultante) Configuração do espelho: 32 valores de tensão Indivíduo 23 Parâmetro de Aptidão Geração 23 28 18 20 26 Gene Valor de tensão (0-100V) Gene 128 indivíduos 16 indivíduos Mutação Recombinação 30 gerações Desenvolvido e aperfeiçoado por: Ismael A. Heisler e Tiago Buckup (e colaboradores)

22 Teste: Otimização de frente de onda
Resultados

23 Teste: Otimização de frente de onda
Resultados

24 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)
Modeladores de Espelho Deformável Espelho Deformável Micromaquinado (MMDM) Arranjo de 39 atuadores: 7,5mm 26mm 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)

27 Modeladores de Espelho Deformável
Modulador Espacial de Luz por Microssistema Eletromecânico (MEMS-SLM) 240 x 200 microespelhos: 8mm 9,6mm 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) Imagem ampliada Dispositivo

28 Refletor Deformável Piezoatuado (PADRE)
Modeladores de Espelho Deformável 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)

29 Espelho Deformável Piezo-Bimorfo
Modeladores de Espelho Deformável 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)