Em sistemas a fibras opticas onde a manutencao do estado de polarizacao linear da luz e primordial para o alto nivel de performance exigido, torna-se necessario caracterizar o circuito optico com relacao a imperfeicoes que causam acoplamento entre os modos proprios de polarizacao da fibra altamente birrefringente utilizada. Tais imperfeicoes sao em geral devidas as emendas, curvaturas da fibra, forcas externas, ou aos componentes inseridos ao longo do circuito optico e que deterioram a performance do sistema. Desenvolveu-se um instrumento de analise e caracterizacao de tais circuitos opticos, capaz de localizar tais imperfeicoes ao longo do circuito optico. O instrumento e essencialmente um interferometro de Michelson que permite realizar uma filtragem espacial aumentando sensivelmente a faixa dinamica do instrumento no diagnostico de imperfeicoes localizadas. Os resultados experimentais mostraram que o instrumento alcancou uma faixa dinamica de 53dB e que portanto podemos localizar imperfeicoes que causam acoplamento entre modos proprios de polarizacao correspondentes a um desalinhamento angular entre eixos de fibras altamente birrefringentes de 0.12 graus.

Este trabalho teve como objetivo principal a fabricação de fotodetetores do tipo Metal-Semicondutor-Metal (MSM) com corrente de escuro da ordem de 1 nA, responsividade da ordem de 0,1 A/W e razão fotocorrente/corrente de escuro de pelo menos 10. Estes valores asseguram que os fotodetetores obtidos tenham sensibilidade suficiente para serem utilizados em sensores ópticos integrados. Todos os materiais utilizados na construção dos fotodetetores MSM são compatíveis com processos convencionais de fabricação em microeletrônica, facilitando a integração com outros dispositivos em estado sólido. O semicondutor utilizado nos fotodetetores foi o silício, na forma monocristalina ou policristalina. Como material de eletrodo, foi utilizado o alumínio, o titânio ou o níquel. No processo de fabricação básico, foram utilizados apenas três etapas: deposição do filme metálico, fotolitografia e corrosão, confirmando a simplicidade de fabricação desse fotodetetor. Através da construção de dispositivos com diferentes geometrias e diferentes combinações dos materiais citados acima, foi possível verificar a influência que a estrutura cristalina do semicondutor, tipo de dopagem do semicondutor, geometria e material de eletrodo tem sobre o desempenho e o comportamento dos MSMs. O comprimento de onda de 632,8 nm foi utilizado na caracterização dos dispositivos, devido a sua disponibilidade e o desenvolvimento de guias ópticos utilizando esse comprimento de onda em trabalhos anteriores do nosso grupo de pesquisa. Os melhores resultados obtidos foram com as amostras de Si monocristalino tipo-p com eletrodos de titânio. Na amostra sinterizada à 250°C foi obtido um valor da corrente de escuro de 4,8 nA e, na amostra de referência, foi obtido um valor de responsividade de 0,28 A/W. / The goal of this work was the fabrication of Metal-Semiconductor-Metal (MSM) photodetectors with the following characteristics: dark current of about 1 nA, responsivity of about 0.1 A/W and dark/photocurrent ratio of at least 10. These values ensure that the photodetectors have enough sensitivity to be used in integrated optic sensors. All materials used in the fabrication of the MSM are compatible with conventional microelectronic manufacture process, so that the photodetectors can be more easily integrated with other solid-state devices. The semiconductor used in the photodetectors was silicon, in single crystal and polycrystalline form. As material of electrodes, aluminum, titanium or nickel had been used. The basic fabrication process consists of only three steps: metal film deposition, photolithography and etching, which confirm the simplicity of the fabrication of this device. Building MSMs with different geometries and making combinations with the materials cited above, gave the possibility to verify the influence that crystalline structure of the semiconductor, doping type of the semiconductor, geometry and electrode material have on the behavior of the photodetectors. The wavelength of 632.8 nm was used in the characterization of the devices, due to its availability and the development of optic waveguides using this wavelength in previous works of our research group. The best results were obtained with the samples fabricated using single crystal Si p-type with titanium electrodes. The sample annealed at 250°C had dark current value of 4.8 nA and, the reference sample had responsivity of 0.28 A/W.

Neste trabalho apresentamos o estudo, o desenvolvimento e a caracterização de acopladores direcionais, polarizadores e filtros de modos fabricados com fibras ópticas. O funcionamento destes dispositivos se baseia na interação dos campos evanescentes dos modos de propagação da fibra, propiciando divisão de potência, atenuação de um determinado estado de polarização e filtragem de modos, de acordo com o tipo de dispositivo. Estes dispositivos são necessários para a implementação de circuitos ópticos a fibra, tais como giroscópios, acelerômetros, sensores de deformação, de temperatura e outros. Foram obtidos acopladores com fibras convencionais monomodo e com fibras birrefringentes, ambos com 3 dB de razão de acoplamento, perda intrínseca menor que 0,3 dB e cerca de 50 dB de diretividade. Os acopladores com fibra birrefringente apresentaram ainda um acoplamento de polarização cruzada em torno de 28 dB. Obtivemos ainda polarizadores com razões de extinção maiores que 20 dB. Os filtros de modos, feitos com fibra bimodal, apresentaram cerca de 25 dB de atenuação do segundo modo de propagação.

Para monitorar o comportamento mecanico de uma estrutura aeronautica em pleno voo e necessario instalar sensores nas regioes de interesse para medir as diversas grandezas influentes como temperatura, deformacoes e impactos. Um metodo viavel e a utilizacao de sensores a fibra optica. O sensor estudado neste trabalho, para este fim, utiliza-se de uma fibra optica de nucleo eliptico bimodal.O sinal resultante e proporcional a integral dos campos que provoca malteracao no comprimento e no indice de refracao ao longo da fibra. Para implementar um sensor como este e necessario conhecer ocomportamento deste tipo de sensor aos varios campos presentes em estruturas aeronauticas, bem como controlar sua sensibilidade a cada campo. Neste trabalho e enfatizado o comportamento de sensores afibra optica em termos de sua sensibilidade aos varios tipos decampos com torcao, flexao, tracao, compressao e temperatura. A possibilidade de controle de sensibilidade aos varios tipos de campos com torcao tambem e explorada. Ou seja, estudos iniciais revelaram que e possivel controlar a sensibilidade de fibras opticas a alguns tipos de campos atraves de torcao. Tambem e descrito alguns metodos de embebimento de fibras opticas no processo de fabricacao RTM e PRE-PREG.

Este trabalho teve como objetivo principal a fabricação de fotodetetores do tipo Metal-Semicondutor-Metal (MSM) com corrente de escuro da ordem de 1 nA, responsividade da ordem de 0,1 A/W e razão fotocorrente/corrente de escuro de pelo menos 10. Estes valores asseguram que os fotodetetores obtidos tenham sensibilidade suficiente para serem utilizados em sensores ópticos integrados. Todos os materiais utilizados na construção dos fotodetetores MSM são compatíveis com processos convencionais de fabricação em microeletrônica, facilitando a integração com outros dispositivos em estado sólido. O semicondutor utilizado nos fotodetetores foi o silício, na forma monocristalina ou policristalina. Como material de eletrodo, foi utilizado o alumínio, o titânio ou o níquel. No processo de fabricação básico, foram utilizados apenas três etapas: deposição do filme metálico, fotolitografia e corrosão, confirmando a simplicidade de fabricação desse fotodetetor. Através da construção de dispositivos com diferentes geometrias e diferentes combinações dos materiais citados acima, foi possível verificar a influência que a estrutura cristalina do semicondutor, tipo de dopagem do semicondutor, geometria e material de eletrodo tem sobre o desempenho e o comportamento dos MSMs. O comprimento de onda de 632,8 nm foi utilizado na caracterização dos dispositivos, devido a sua disponibilidade e o desenvolvimento de guias ópticos utilizando esse comprimento de onda em trabalhos anteriores do nosso grupo de pesquisa. Os melhores resultados obtidos foram com as amostras de Si monocristalino tipo-p com eletrodos de titânio. Na amostra sinterizada à 250°C foi obtido um valor da corrente de escuro de 4,8 nA e, na amostra de referência, foi obtido um valor de responsividade de 0,28 A/W. / The goal of this work was the fabrication of Metal-Semiconductor-Metal (MSM) photodetectors with the following characteristics: dark current of about 1 nA, responsivity of about 0.1 A/W and dark/photocurrent ratio of at least 10. These values ensure that the photodetectors have enough sensitivity to be used in integrated optic sensors. All materials used in the fabrication of the MSM are compatible with conventional microelectronic manufacture process, so that the photodetectors can be more easily integrated with other solid-state devices. The semiconductor used in the photodetectors was silicon, in single crystal and polycrystalline form. As material of electrodes, aluminum, titanium or nickel had been used. The basic fabrication process consists of only three steps: metal film deposition, photolithography and etching, which confirm the simplicity of the fabrication of this device. Building MSMs with different geometries and making combinations with the materials cited above, gave the possibility to verify the influence that crystalline structure of the semiconductor, doping type of the semiconductor, geometry and electrode material have on the behavior of the photodetectors. The wavelength of 632.8 nm was used in the characterization of the devices, due to its availability and the development of optic waveguides using this wavelength in previous works of our research group. The best results were obtained with the samples fabricated using single crystal Si p-type with titanium electrodes. The sample annealed at 250°C had dark current value of 4.8 nA and, the reference sample had responsivity of 0.28 A/W.

O presente trabalho tem como objetivo principal a produção e estudo de filmes de nitreto de alumínio (AlN) depositados por pulverização catódica (sputtering) reativa e a fabricação e caracterização de guias de onda tipo pedestal utilizando o AlN como núcleo. Inicialmente, filmes de AlN foram fabricados por pulverização catódica reativa (sputtering) de rádio frequência (RF) utilizando um alvo de alumínio (Al) com 99,999% de pureza, e nitrogênio (N2) como gás reativo. Subsequentemente, os filmes foram caracterizados mediante as técnicas de elipsometria, difração de raios X (DRX), espectroscopia de absorção por transformada de fourier na região do infravermelho (FTIR) e espectroscopia de absorção na região do ultravioleta e do visível (UV-VIS). Tendo as melhores condições ópticas e físicas para a deposição de filmes de AlN, foram fabricados neste trabalho guias de onda tipo pedestal utilizando estes filmes como núcleo. O guia de onda pedestal traz um processo de fabricação alternativo, em que a geometria do guia de onda determina-se na camada anterior ao do núcleo, assim já não é necessário delinear as paredes laterais da camada de núcleo facilitando desta forma, o processo de fabricação do dispositivo. Os guias de tipo pedestal fabricados neste trabalho foram definidos através da corrosão parcial do óxido de silício (SiO2) mediante a técnica de RIE (Reactive Ion Etching) usando gases trifluorometano (CHF3) e oxigênio (O2) como gases reativos. Uma vez definido o pedestal, um filme de nitreto de alumínio é depositado sobre o SiO2 com a finalidade de constituir o núcleo do guia de onda. O ar foi utilizado como revestimento superior, cujo índice de refração (n = 1) aumenta o confinamento da luz no núcleo e também para poder possibilitar a caracterização das perdas ópticas do dispositivo. Para esta caracterização usamos a técnica de vista superior que permitiu a análises das perdas ópticas de propagação para diferentes alturas de pedestal e diferentes espessuras de núcleo tanto para filmes de AlN orientado no plano cristalino (002) quanto para filmes de AlN amorfos. / The main objective of this work is the production and study of Aluminum Nitride (AlN) films deposited by reactive sputtering and the fabrication and characterization of pedestal optical waveguides using AlN as core. Initially, aluminum nitride films were produced by reactive sputtering using a 99.999% aluminum (Al) purity target, and nitrogen (N2) as the reactive gas. Subsequently, the films were characterized by ellipsometry, X-ray Diffraction, Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) and Ultraviolet-visible spectroscopy (UV-VIS). Once the best optical and physical conditions for the deposition of AlN films were obtained, pedestal waveguides using these films as a nucleus were fabricated in this work. The pedestal waveguide provides an alternative manufacturing process where the geometry of the waveguide is determined in the pre-core layer, so it is no longer necessary to delineate the side walls of the core layer thereby facilitating the device fabrication process. The pedestal waveguides fabricated in this work were defined by the partial corrosion of SiO2 by the RIE (Reactive Ion Etching) technique using CHF3 and O2 gases as reactive gases. Once the pedestal is completed, an aluminum nitride film is deposited onto the SiO2 layer as the waveguide core. The air was used as an upper cladding, whose refractive index (n ? 1) increases the confinement of the light in the core and also allows the optical loss characterization. For this characterization, we used the superior view technique that allowed the analysis of optical propagation losses for different pedestal heights and different core thicknesses for both highly (002) oriented and amorphous AlN films.

Neste trabalho foram estudados guias ópticos para atuarem como sensores ou em sistemas sensores. Ênfase especial foi dada em guias ópticos retangulares, para dispositivos ópticos integrados, e fibras ópticas elípticas. A analise de fibras ópticas elípticas resultou em um modelamento pratico para projeto das mesmas em aplicações onde se deseja operar com dois modos guiados, situação esta que se mostra muito atraente para implementação de diversos tipos de sensores a fibra óptica. A seguir estendeu-se as aplicações dos dispositivos em guia óptico bimodal com a proposição e analise de dois dispositivos inéditos: o filtro de modos em guia assimétrico, e o sensor a campo evanescente em guia óptico bimodal.

Sensores são dispositivos que traduzem as variações de uma determinada grandeza (temperatura, pressão, corrente, campo magnético, etc.) em sinais que podem ser interpretados pelo ser humano, ou por sistemas que necessitem dessas informações. Neste trabalho o enfoque será dado aos sensores ópticos a fibra óptica. Esses sensores se utilizam das perturbações que a luz sofre quando a fibra em que é guiada é exposta à influência externa da grandeza que se quer medir para percebê-la e, por meio de um processamento adequado das variações de suas características, ser capaz de traduzi-las em sinais elétricos. Desde meados da década de 80, pesquisadores do Instituto de Estudos Avançados (IEAv) trabalham no sentido de desenvolver sensores a fibra óptica, com o intuito de responder às necessidades da Força Aérea Brasileira (FAB) e da sociedade brasileira de forma geral. Tal trabalho visa proporcionar uma independência tecnológica nessa área. A principal área de desenvolvimento no IEAv é a área de sensores inerciais, presentes em aeronaves, veículos lançadores de satélites, satélites, mísseis, embarcações navais, entre outros. Tais sensores são estratégicos quando se pensa em soberania nacional, buscando-se evitar atrasos de desenvolvimento causados por eventuais embargos na área de navegação inercial. No desenvolvimento de sensores inerciais a fibra óptica, vários obstáculos tecnológicos têm de ser vencidos para que o sistema final atenda as especificações impostas pela finalidade do uso, tais como, faixa dinâmica, estabilidade, resistência a radiação eletromagnética, custo, etc. Um dos caminhos para se reduzir custos é a substituição de componentes do sistema por outros mais baratos. Geralmente nessa troca ganha-se no custo, porém perde-se em outros requisitos e para voltar ao estágio de performance anterior, novas técnicas precisam ser aplicadas. Com o intuito de reduzir o custo, pode-se substituir diodos superluminescentes (SLD';s), por diodos laser multimodo (MMLD';s), que são da ordem de 10 vezes mais baratos. Quando esta substituição se dá em sistemas interferométricos, percebe-se a presença de determinados tipos de ruído que deterioram as características dos sensores. Os ruídos podem ser classificados em ruídos eletrônicos e ópticos. As fontes do ruído eletrônico podem ser o efeito térmico nos componentes (ruído térmico ou Johnson), bem como a existência de correntes de fuga e correntes de superfície nos fotodetectores. O ruído óptico também pode ser dividido em categorias, de acordo com a sua fonte. Há o ruído shot ou quântico, o ruído de partição de modos, o ruído de fase, o ruído de frequência, e outros que, uma vez descorrelacionados entre si, somam-se para formar o ruído total de intensidade. Neste trabalho busca-se aperfeiçoar um sensor interferométrico no sentido de aumentar a relação sinal-ruído ao reduzir-se o ruído óptico de intensidade proveniente do ruído de partição de modos do diodo laser multimodo utilizado através do uso de uma topologia específica e através de um sistema de controle de ruído.

Neste trabalho foi desenvolvido um estudo sistemático das propriedades estruturais, mecânicas e ópticas de filmes de carbeto de silício amorfo hidrogenado (a-Si1-xCx:H) produzidos pela técnica de deposição química a vapor assistida por plasma (PECVD) a baixas temperaturas (320°C), utilizando silana (SiH4) e metano (CH4) como gases precursores do silício e carbono, com a finalidade de avaliar sua aplicabilidade em processos de microfabricação. Foram depositadas duas séries de filmes de a-Si1-xCx:H, com e sem diluição de hidrogênio da mistura gasosa, variando alguns parâmetros, como potência de RF, concentração de metano e fluxo de silana. Os filmes depositados com a mistura gasosa diluída em hidrogênio apresentaram valores maiores de módulo de elasticidade, dureza, gap óptico e índice de refração, comparados com os filmes depositados sem a adição de hidrogênio; no entanto esses filmes apresentaram também valores maiores de stress residual, ocasionando deformações e em alguns casos a quebra das microestruturas fabricadas. No caso das amostras depositados sem a adição de hidrogênio na mistura gasosa, os filmes com conteúdo de carbono maior que 45% depositados com baixa densidade de potência (50 mW.cm-2) apresentaram baixos valores de stress residual compressivo (menores que 60 MPa) e, as microestruturas fabricadas com eles mostraram que o material possui uma superfície livre de defeitos e uma excelente aderência ao substrato, mostrando a viabilidade de poder utilizá-lo como material estrutural e de mascaramento em processos de microfabricação. Além disso, esses filmes são transparentes para comprimentos de onda acima de 600 nm na região visível do espectro eletromagnético, apresentando-o como um material promissório para a fabricação de guias de onda. Finalmente, com o incremento da potência de RF para 100 W na deposição do filme quase estequiométrico com a mistura gasosa não diluída em hidrogênio, conseguiu-se duplicar a taxa de deposição para aproximadamente 12 nm/min, incorporando uma maior quantidade de carbono (~57%), porém também aumento o valor do stress residual compressivo para ~267 MPa. No entanto, as estruturas suspensas fabricadas com este material não apresentaram deformações notáveis. / In this work a study of structural, mechanical and optical properties of hydrogenated amorphous silicon carbide (a-Si1-xCx:H) films, obtained by plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) at low temperatures (320°C), using silane (SiH4) and methane (CH4) as a gaseous precursors of silicon and carbon, respectively is performed, intending to assess their suitability in microfabrication processes. Two series of a-Si1-xCx:H films were deposited, with and without hydrogen dilution of the gaseous mixture, varying parameters, such as RF power, methane concentration and silane flow. The films deposited with hydrogen diluted gaseous mixture showed higher values of elastic modulus, hardness, optical gap and refractive index, compared with films produced without hydrogen dilution; however these films present higher values of compressive residual stress, causing deformations and in some cases cracks in the microstructures utilizing these films as structural material. In the case of the films deposited without hydrogen dilution of the gaseous mixture, those with carbon contents higher than 45% deposited at low power densities (50 mW.cm-2) presented lower values of compressive residual stress (lower than 60 MPa), and the microstructures fabricated with these materials do not show defects in the surface and have a good adherence to the substrate, demonstrating the feasibility of using these materials as structural and masking materials in microfabrication processes. Moreover, these samples are transparent to wavelengths larger than 600 nm in the visible range of the spectrum, making it suitable to the fabrication of waveguides. Finally, with the increase in the RF power to 100 W in the deposition process without hydrogen dilution a sample close to stoichiometry presented an increase in the deposition rate to approximately 12 nm/min and in the carbon content (~57%); however the compressive residual stress also increased. In spite of that, the microstructures fabricated with this material do not show notable deformations.

A medição de superfícies através de sistemas óticos de precisão é aplicável em diversas áreas da engenharia naval e oceânica: levantamento de geometria de casco para a determinação da estabilidade estática de embarcações in loco, verificação de processos construtivos, recuperação de planos de linha originais perdidos, arqueologia naval, inspeção de cabos e estruturas submersas, planejamento de rota de mergulho, entre outras. Os dispositivos óticos de precisão disponíveis são de alto custo, e a necessidade de se desenvolver um dispositivo de baixo custo se faz presente. O propósito deste trabalho é a criação de metodologia de obtenção de superfície através de procedimento prático experimental. A varredura tridimensional de superfície é feita experimentalmente através da utilização de leitor tridimensional a laser. A contribuição deste trabalho é de promover um conceito teórico a uma prova experimental do conceito, utilizando-se de recursos da automação e robótica, e programação com linguagem e software aplicativo de baixo custo e largamente disponível. / The surface measurement using precision optics is applicable in many areas of naval engineering: survey of hull geometry to determine the static stability of vessels on the spot, verification of construction processes, recovery of lost original hull plans, naval archeology, inspection of underwater structures and cables, route planning diving, among others. The precision optical devices available are expensive, and the need to develop a low-cost device is present. The purpose of this work is to create a methodology for obtaining surfaces through practical experimental procedure. The three-dimensional scan surface is made experimentally by using three-dimensional laser reader. The contribution of this work is to promote a theoretical concept to an experimental proof of concept, using the resources of automation and robotics, and software programming language and application of lowcost and widely available.