Desenvolvimento e Caracterização de um Desenvolvimento e Caracterização de um Modelador Óptico ProgramávelModelador Óptico Programável
Guilherme Cañete VebberGuilherme Cañete Vebber
Orientador: Ricardo R. B. CorreiaColaboradores: Ismael A. Heisler e Jorge A. Lisbôa
Modeladores ÓpticosModeladores Ópticos
Dispositivos capazes de manipular o perfil de propagação da luz através de modulações de fase e amplitude
Perfil de Entrada Perfil de Saída
ΔAModelador
ÓpticoA0A1
Modulaçãode Amplitude
Φ0 Φ1
ΔΦ
Φ0 Φ1
ModeladorÓptico
Modulaçãode Fase
MODELADOR
DIVISOR DE FEIXE
Modelador Óptico EspacialModelador Óptico EspacialModeladores Ópticos
IMAGEM FINAL
IMAGEM INICIAL MODELADOR
Modelador Óptico Espectral
Pulso de entrada Pulso de saída modelado
Máscara
Compo
nente
s
espec
trais
Modeladores ÓpticosModeladores Ópticos
AplicaçõesAplicações 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. 1929-1960, Maio 2000.
Medicina: tomografia óptica coerente (OCT)
AplicaçõesAplicações 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. 2037-2039, Jun. 1997.
Compensação de Dispersão:Compensação de Dispersão: OriginalOriginalPré-compensadoPré-compensado
ModeladoModelado
Correção de faseCorreção de fase
Codificação de Pulsos:Codificação de Pulsos:CompensaçãoCompensaçãode Dispersão:de Dispersão:
OriginalOriginal
ModeladoModelado
Correção de faseCorreção de fase
Pré-compensadoPré-compensado
Telecomunicações: codificação e controle da dispersão
AplicaçõesAplicações Modeladores Ópticos Espectrais
Máscara (LC-SLM):
Campo elétrico dos pulsos modelados:
Configuração Experimental: Princípio Físico:Princípio Físico:
Máscara (LC-SLM):Configuração Experimental:Princípio Físico:Princípio Físico:
Modeladores de Cristal Líquido (LCM)Modeladores de Cristal Líquido (LCM)Modeladores Espectrais Programáveis
Modeladores Acusto-Ópticos (AOM)Modeladores Acusto-Ópticos (AOM)
Configuração Básica:
Transdutor PZT
Modeladores Espectrais Programáveis
Λ
Lλ
la
Cristal Modulador:
Modeladores de Espelho DeformávelModeladores de Espelho Deformável
Configuração Básica:
Modeladores Espectrais Programáveis
Lateral:
Frontal:
Construção do EPZARConstrução do EPZAR
Piezoeletricidade:
Efeito Piezo
Efeito PiezoInverso
Construção do EPZAR
Atuadores PiezoelétricosAtuadores Piezoelétricos
Atuadores PiezoelétricosAtuadores Piezoelétricos
Aplicações dos PZT’sAplicações dos PZT’s::
Alarmes sonoros Campainhas Alto-falantes Relógios Acendedores de fogão e isqueiro Ultrassom (sonar) NanoposicionamentoNanoposicionamento: 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
Controlador de TensõesControlador de Tensões
Interface LabVIEWTM:
Construção do EPZAR
Programa desenvolvido por: Ismael A. HeislerCircuito gerador projetado por: Jorge A. Lisbôa
Espelho DeformávelEspelho Deformável
Planicidade + FlexibilidadeSubstrato inteiriço
Apesar de boa planicidade, pouca flexibilidade (deformação insuficiente)
(amostras com 300μm de espessura)
Construção do EPZAR
x Substrato com ranhuras
Perfilometria ÓpticaPerfilometria Óptica
Montagem:
Caracterização do EPZAR
Programa (LabVIEWTM):
Método de Análise InterferométricaMétodo de Análise Interferométrica
Y (u
nid.
arb.
)
X (unid.arb.)
Programa (LabVIEWTM):
Perfilometria Óptica
ResultadosResultadosPerfilometria Óptica
ΔΦ = π equivale a Δl = 136nm (λ = 543,5nm)
ResultadosResultados
Teste: Otimização de frente de ondaTeste: Otimização de frente de onda
Montagem:
Indivíduo
23
Parâmetro de Aptidão(~ sinal experimental resultante)
Configuração do espelho: 32 valores de tensãoValor de tensão (0-100V)
GeneGene
Recombinação Mutação
Geração
23 2818 20 26
Seleção Melhores
7784 88
MelhorIndivíduo
100
Indivíduo
23Parâmetro de Aptidão
Algoritmo EvolutivoAlgoritmo EvolutivoTeste: Otimização de frente de onda
Recombinação Mutação
Seleção Melhores
7784 88
Evolução:
Geração
23 2818 20 26
128 indivíduos16 indivíduos
30 geraçõesDesenvolvido e aperfeiçoado por: Ismael A. Heisler e Tiago Buckup (e colaboradores)
Teste: Otimização de frente de onda
ResultadosResultados
ResultadosResultadosTeste: Otimização de frente de onda
Conclusão e PerspectivasConclusão e PerspectivasDesempenho 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
FimObrigado pela atençãoPerguntas…
Espelho Deformável Micromaquinado (MMDM)Espelho Deformável Micromaquinado (MMDM)
Arranjo de 39 atuadores:Arranjo de 39 atuadores:
26mm
7,5mm
Características:
Construção simples (exceto espelho)Atuadores eletrostáticosModulação unidimensional e continuamente variável Baixa resolução espacial: 2mmMédia taxa de reprogramação: ~ 1kHzAmplitude máxima de deflexão: 4μm (ΔΦ = 29,5π para λ = 543nm)
Modeladores de Espelho Deformável
Modulador Espacial de Luz por Microssistema Modulador Espacial de Luz por Microssistema Eletromecânico (MEMS-SLM)Eletromecânico (MEMS-SLM)
240 x 200 microespelhos: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
DispositivoDispositivoImagem ampliadaImagem ampliada
Refletor Deformável Piezoatuado (PADRE)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
Espelho Deformável Piezo-BimorfoEspelho 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