TE-286 Sensores II Módulo: Sensores Fotônicos Aula ABR 2018

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1 TE-286 Sensores II Módulo: Sensores Fotônicos Aula ABR 2018 SENSORES FOTÔNICOS: Sensores a Fibra Óptica Giroscópio a Fibra Óptica Acelerômetros Optomecânicos Sensores Ópticos Integrados

2 Miscellanea Aula-Visita ao Laboratório da EFO-S?? Avaliação: Lista01 (Aulas 01 e 02): resolução até o dia 13/04 às 23h59. Lista02 (Aula 03): enviarei até 13/04. Resolução até 24/04. Resolução das Listas de Exercícios: Envio da resolução por , em arquivo DOC ou PDF. Resposta baseada nas aulas e em pesquisa autônoma (individual) realizada pelo(a) aluno(a). Tipicamente, entre 3 a 5 páginas. Pode ser 5, mas não 2 páginas.

3 Sensores a Fibra Óptica (Revisão) MENSURANDOS: Deformação/vibração (stress) Pressão Rotação (giroscópios/girômetros) Aceleração (acelerômetros) Temperatura Líquidos/gases/pH Identificação de substâncias químicas etc.

4 Sensores a Fibra Óptica DISPOSITIVOS SENSORES: A própria fibra óptica como sensor Grades de Bragg (Fiber Bragg Gratings) Fibras torcidas (Twisted Fibers; Chiral Fiber Gratings) etc...

5 Acelerômetro Opto-Mecânico Baseado em Grades de Bragg em Fibras Ópticas Projeto FINEP-AOM (IEAv) O objetivo do Projeto FINEP-AOM é a pesquisa e o desenvolvimento de um acelerômetro triaxial com emprego destinado à navegação inercial. Esse tipo de sensor possui diversas aplicações em automação de processos, robótica, mecatrônica, guiamento autônomo, posicionamento de satélites e controle de navegação. Ref. Dados: Maj Eng Rogério Moreira Cazo

6 Acelerômetro Opto-Mecânico baseado em FBG Projeto FINEP: Acelerômetro Opto-Mecânico (3 eixos) FiberSensing & GaveaSensors

7 Acelerômetro Opto-Mecânico baseado em FBG Ref. Dados: Maj Eng Rogério Moreira Cazo

8 Acelerômetro Opto-Mecânico baseado em FBG Ref. Dados: Maj Eng Rogério Moreira Cazo

9 Acelerômetro Opto-Mecânico baseado em FBG Ref. Dados: Tese de Doutorado do Maj Eng Rogério Moreira Cazo

10 Acelerômetro Opto-Mecânico baseado em FBG Ref. Dados: Maj Eng Rogério Moreira Cazo

11 Acelerômetro Opto-Mecânico baseado em FBG Ref. Dados: Maj Eng Rogério Moreira Cazo

12 Acelerômetro Opto-Mecânico baseado em FBG Ref. Dados: Maj Eng Rogério Moreira Cazo

13 Acelerômetro Opto-Mecânico baseado em FBG Ref. Dados: Maj Eng Rogério Moreira Cazo

14 Acelerômetro Opto-Mecânico baseado em FBG Ref. Dados: Maj Eng Rogério Moreira Cazo

15 Acelerômetro Opto-Mecânico baseado em FBG

16 Acelerômetro Opto-Mecânico baseado em FBG Ref. Dados: Maj Eng Rogério Moreira Cazo

17 Acelerômetro Opto-Mecânico baseado em FBG

18 Acelerômetro Opto-Mecânico baseado em FBG Versão 2: Em fase de integração e testes. Fundo de escala projetado para ±15 g. Versão 3: Em fase de concepção e fabricação.

19 Acelerômetro Angular Opto-Mecânico baseado em FBG Estrutura mecânica do acelerômetro com espaço para posicionamento da fonte de luz e da eletrônica de apoio Fonte: Dissertação Mestrado Ten Eng Matheus Minelli de Carvalho

20 Acelerômetro Angular Opto-Mecânico baseado em FBG fibras de sustentação FBG comprimida b a 1 b 1 fibras de medição do eixo z FBG esticada massa sísmica a fibras de sustentação y z x Rotação da massa sísmica em torno do eixo z Fonte: Dissertação Mestrado Ten Eng Matheus Minelli de Carvalho

21 Acelerômetro Angular Opto-Mecânico baseado em FBG Fonte: Dissertação de Mestrado Ten Eng Matheus Minelli de Carvalho

22 Acelerômetro Angular Opto-Mecânico baseado em FBG 2 12 sen t Ensaio senoidal a 1Hz com arco de 20º com média móvel de 200 pontos Fonte: Dissertação Mestrado Ten Eng Matheus Minelli de Carvalho

23 Balança Opto-Mecânica baseada em FBG Eduardo Alan de Andrade Cruz, Dissertação de Mestrado SENSORES A GRADE DE BRAGG EM FIBRA ÓPTICA COM MODULAÇÃO DA FONTE DE LUZ, ITA (2015).

24 Balança Opto-Mecânica baseada em FBG Eduardo Alan de Andrade Cruz, Dissertação de Mestrado SENSORES A GRADE DE BRAGG EM FIBRA ÓPTICA COM MODULAÇÃO DA FONTE DE LUZ, ITA (2015).

25 Balança Opto-Mecânica baseada em FBG Eduardo Alan de Andrade Cruz, Dissertação de Mestrado SENSORES A GRADE DE BRAGG EM FIBRA ÓPTICA COM MODULAÇÃO DA FONTE DE LUZ, ITA (2015).

26 Balança Opto-Mecânica baseada em FBG Eduardo Alan de Andrade Cruz, Dissertação de Mestrado SENSORES A GRADE DE BRAGG EM FIBRA ÓPTICA COM MODULAÇÃO DA FONTE DE LUZ, ITA (2015).

27 Coffee Break Optical Communication, Eric A. Swanson, MIT Lincoln Laboratory

28 Dispositivos Ópticos Integrados em Silício Cavidade em anel (Add-Drop) Input port (E 1 ) 1 Through port (E 3 ) -j 1 w D -j 1 1 A direction of propagation R g 1 C -j 2 h 2 scattered light B -j 2 Drop port (E 2 ) g 2 Add port (E 4 ) Todos os parâmetros ( i, i e n eff ) podem ser previamente calculados, como funções explícitas de 0, R, g i, w e h, com aproximação por função polinomial (ou outra melhor) na faixa de valores de interesse. Outros dispositivos são abordados de forma semelhante 2 E E E E E E k eff 2 i 3 2 A B C D E E E E E E 2 i A C e D e 2 n 2 Im ; jk B jk eff n j E eff R R, i D j E eff eff 1 2 j E 1 B j E 2 2 Re 0 1 i 4 n eff j

29 Dispositivos Ópticos Integrados em Silício C. Angulo Barrios, V. R. Almeida, et. al. IEEE Phot. Techn. Lett., v. 16, p. 506, 2004 J. S. Foresi et. al., Nature 390, 143 (1997)

30 Dispositivos Ópticos Integrados em Silício Slot-Waveguide Modo verdadeiro (não-leaky) 40% da potência óptica pode ser guiada na região de baixo índice (gases, polímeros, pontos quânticos, etc) Grande variedade de aplicações V. R. Almeida, Q. Xu, C. A. Barrios, and M. Lipson, Optics Letters v. 29, pp (2004). Q. Xu, V. R. Almeida, R. R. Panepucci, and M. Lipson, Optics Letters v. 29, pp (2004).

31 Dispositivos Ópticos Integrados em Silício Silicon-On-Insulator (SOI) E-beam lithography Reactive Ion Etching (RIE) SiO 2 cladding (PECVD) Slot-Waveguide slot

32 Dispositivos Ópticos Integrados em Silício Slot-Waveguide Seção Transversal

33 Dispositivos Ópticos Integrados em Silício Slot-Waveguide Seção Transversal

34 Dispositivos Compactos em Slot-waveguide d =1.1mm i 1 silicon x slot z Quasi-TM Transmission (a.u.) 20 mm 1.0 TM W a ve le n g th ( m m ) Q. Xu, V. R. Almeida, R. R. Panepucci, and M. Lipson, Optics Letters v. 29, pp (2004).

35 Bio-Sensores em (Nano)Fotônica em silício Colocando um laboratório em um chip

36 Dispositivo em Microcavidade Óptica Microcavidade Reflectors Entrada de Luz Saída de Luz

37 Aumento do Confinamento da Luz

38 Dispositivos Fabricados Passos da Fabricação: Litografia por feixe de elétrons Corrosão por íons reativos Cobertura de SiO 2 (PECVD) Cavidade Refletores 1 mm

39 Nanocavity in a silicon waveguide for ultrasensitive nanoparticle detection, B. Schmidt, V. Almeida, C. Manolatou, S. Preble, and M. Lipson, Appl. Phys. Lett., v. 85, n. 21, pp (2004) Resultados Experimentais

40 Thermally Controllable Nanobeam Cavity Microsoft PowerPoint Presentation Ring Resonator Nanobeam Cavity Lensed Fiber

41 Silicon Nanophotonics Group

42 Silicon Nanophotonics Group Nanobeam Cavity Ring Resonator 12 mm 20 mm

43 Acelerômetro Opto-Mecânico Integrado

44 Acelerômetro Opto-Mecânico Integrado

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