Desenvolvimento e Caracterizao de um Modelador ptico Programvel

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

Modeladores Ópticos Dispositivos capazes de manipular o perfil de propagação da luz através de modulações de fase e amplitude ΔΦ Modulação de Fase Modelador Óptico Φ 0 Φ 1 Perfil de Entrada Modulação de Amplitude A 0 Perfil de Saída Modelador Óptico ΔA A 1

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

Modeladores Ópticos Co m po ne n te s es pe ct ra is Modelador Óptico Espectral Pulso d e entra da Másca ra Pulso de saíd a mod elado

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. 1929 -1960, Maio 2000.

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. 2037 -2039, Jun. 1997.

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

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):

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

Modeladores Espectrais Programáveis Modeladores de Espelho Deformável Configuração Básica:

Construção do EPZAR Lateral: Frontal:

Construção do EPZAR Atuadores Piezoelétricos Piezoeletricidade: Efeito Piezo Inverso

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: Nanoposicionamento microscopia de força atômica, genética (manipulação de genes), modelagem óptica, . . .

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

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)

Caracterização do EPZAR Perfilometria Óptica Montagem:

Perfilometria Óptica Método de Análise Interferométrica Y (unid. arb. ) Programa (Lab. VIEWTM): X (unid. arb. )

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

Resultados

Teste: Otimização de frente de onda Montagem:

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

Teste: Otimização de frente de onda Resultados

Teste: Otimização de frente de onda Resultados

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

Fim Obrigado pela atenção Perguntas…

Modeladores de Espelho Deformável Micromaquinado (MMDM) Arranjo de 39 atuadores: 7, 5 mm 26 mm Características: Construção simples (exceto espelho) Atuadores eletrostáticos Modulação unidimensional e continuamente variável Baixa resolução espacial: 2 mm Média taxa de reprogramação: ~ 1 k. Hz Amplitude máxima de deflexão: 4μm (ΔΦ = 29, 5π para λ = 543 nm)

Modeladores de Espelho Deformável Modulador Espacial de Luz por Microssistema Eletromecânico (MEMS-SLM) 240 x 200 microespelhos: 8 mm 9, 6 mm Características: Imagem ampliada Dispositivo Construção complexa Atuadores eletrostáticos Modulação bidimensional e discretamente variável (efeitos de pixelamento) Alta resolução espacial: 40μm Média taxa de reprogramação: ~ 1 k. Hz Translação máxima: 450 nm (ΔΦ = 3, 3π para λ = 543 nm)

Modeladores de Espelho Deformável Refletor Deformável Piezoatuado (PADRE) Características: Construção simples Atuadores piezoelétricos Modulação unidimensional e continuamente variável Baixa resolução espacial: 2, 5 mm Deflexões máximas: Individual (300 V): 1μm (ΔΦ = 7, 4π para λ = 543 nm) e largura de 3, 8 mm (FWHM) Senoidal (0 V e 300 V): 0, 3μm (ΔΦ = 2, 2π)

Modeladores de Espelho Deformável Piezo-Bimorfo Características: Modulação unidimensional e continuamente variável Construção simples Baixa resolução espacial: 2, 5 mm Deflexões máximas: Global (160 V): 16μm (ΔΦ = 118π para λ = 543 nm) Senoidal (± 160 V): 64 nm (ΔΦ = 0, 5π)