Neste trabalho foram estudados a propagação de ondas ópticas e os campos elétricos gerados por eletrodos coplanares com o objetivo de calcular a interaçào eletroóptica em um modulador de fase integrado tipo canal, fornecendo os dados necessários à sua implementação utilizando como substrato o niobato de lítio. Em seguida, foi apresentado um método para cálculo da modulação residual de amplitude em moduladores de amplitude em moduladores eletroópticos de fase para sensores a fibra óptica. Finalizando o trabalho, foram implementados e caracterizados alguns guias e um protótipo de modulador de fase integrado.

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.

Nesta tese são investigados dois subproblemas básicos envolvidos na aplicação de robôs móveis: guiamento e controle. No caso do guiamento, ênfase é dada aos sistemas baseados em visão, e são abordados dois procedimentos distintos: a) um baseado na detecção de guias, e b) outro baseado na técnica de fluxo óptico, que relaciona as velocidades aparentes entre cena e observador. No procedimento baseado em detecção de guias proposto nesta tese, as guias são modeladas por um polinômio de segunda ordem, cujos parâmetros são atualizados por um algoritmo recursivo, o filtro de Kalman na forma de informação (KIF). Tal procedimento requer menor intervenção humana que aquela exigida em Schneiderman & Nashman, e necessita menos informação inicial para extração de características e detecção de guias. Testes com imagens reais, tanto internas quanto externas, e em presença de situações desfavoráveis como baixa luminosidade, indicam que o procedimento exibe bom desempenho e robustez em condições de testes similares a Schneiderman & Nashman. Um procedimento alternativo para guiamento baseado em fluxo óptico é também implementado objetivando comparar custo computacional, hipóteses necessárias e restrições de uso. Os resultados apresentados para ambos os procedimentos não consideram a interação com a malha de controle e guiamento do robô. No que se refere ao controle, são investigadas leis visando a implementação, ou seja, leis que gerem sinais suaves e respeitem os limites de hardware do robô. Utilizam-se estratégias de controle empregando redes neurais artificiais (RNA's) para o modelo dinâmico completo do robô móvel. As leis de controle são sintonizadas para possibilitar uma partida suave, em trajetórias retilíneas ou do tipo circuito fechado, desenvolvendo um movimento uniformemente acelerado a partir do repouso até atingir sua velocidade nominal. Tem-se assim uma contribuição em relação a Fierro, Lewis e Sousa, onde não há qualquer preocupação em relação aos aspectos práticos de implementação. Resultados de simulação utilizando os parâmetros de um robô real, Magellan (Trademarket), sugerem o bom desempenho das estratégias investigadas, nas mesmas condições de testes de Fierro, Lewis e Sousa.

Neste trabalho foi um modelo teórico para o cálculo de propagação de feixes de lasers através de guias de ondas planares. A aproximação para descrever a propagação do feixe é a teoria escalar de difração em uma dimensão, tanto dentro quanto fora do guia. Para o cálculo de propagação dentro do guia foi proposto um procedimento para levar em contas as múltiplas reflexões nas paredes, descritos neste trabalho, que foi chamado de Método do Origami. Para resolver as integrais de propagação foram utilizadas transformadas rápidas de Fourier (FFT) resolvidas usando o utilitário MathCAD 2001. O Método foi testado comparando previsões do Método do Origami com modelos consagrados na literatura para situações conhecidas, a saber, a propagação de modos normais de guias planares e o auto-imageamento em guias planares. O resultados previstos pelo Método do Origami estão de acordo com resultados encontrados na literatura, o que do nosso ponto de vista, valida o método. Finalmente foram sugeridas duas aplicações para o nosso Método do Origami: primeiro é o cálculo de conformadores planares de feixes e o segundo o cálculo de modos de cavidades híbrida para lasers do tipo "slab".

Este trabalho apresenta um método desenvolvido pela autora para, através de simulações multifísicas pelo Método dos Elementos Finitos (MEF), servir como ferramenta de apoio ao projeto e fabricação de guias de onda e moduladores eletro-ópticos em óptica integrada, além de possibilitar a análise da performance de moduladores eletro-ópticos. A técnica adotada para a fabricação dos guias de onda ópticos foi a de tensão mecânica. Os parâmetros de geometria (espessura do filme e larguras das trincheiras) e de temperatura de deposição do filme são definidos nas simulações e utilizados no processo de fabricação de guias de ondas em óptica integrada, que servem de base para a fabricação de moduladores eletro-ópticos em substrato cristalino de retículo cúbico. As trincheiras dos guias de onda do tipo canal são construídas em Germanato de Bismuto (BGO - Bi4Ge3O12), a partir da deposição sobre o substrato de um filme fino indutor de tensão mecânica (stress) Nitreto de Silício (Si3N4) e definidas pelos processos de litografia óptica e corrosão seletiva por plasma. Os moduladores são obtidos através da deposição dos eletrodos de alumínio sobre o filme, seguida de Si3N4 dos processos de litografia óptica e corrosão, obtendo-se eletrodos. O processo iterativo proposto inicia-se com os resultados das simulações, em que são definidos os parâmetros de fabricação do filme, da trincheira e dos eletrodos. Após a fabricação desses elementos, o componente é caracterizado e são medidos os parâmetros reais filme e do substrato. Esses valores são realimentados nas simulações para refinar o projeto do componente. O trabalho, além de apresentar todos os passos do processo interativo de simulações, projeto, fabricação e caracterização do componente desejado, indica as dificuldades encontradas na implementação do processo e as atividades futuras a serem desenvolvidas para o aperfeiçoamento do mesmo. / This work presents a method developed by the author to support the project and fabrication of integrated optic waveguides and electro-optic modulators by means of Finite Element Method (FEM) multiphysics simulations, also enabling the electro-optic modulators performance analysis. The technique used for fabricating the optical waveguides was the thermally induced residual stress (ISS). The geometry parameters (film thicknesses and trenches widths) and the film deposition temperature are obtained in the simulations and subsequently used in the integrated optical waveguides fabrication process, which serve as a basic building block for the electrooptic modulators on crystalline cubic lattice substrate. The channel waveguide trenches are built on Bismuth Germanate (BGO Bi4Ge3O12) by depositing a Silicon Nitride (Si3N4) Stress-inducing thin film, being later defined by optical lithography and plasma etching process. Modulators are obtained depositing aluminum on the Si3N4 film followed by the optical lithography and corrosion process, defining electrodes. The proposed iterative process starts with the simulation results that define the fabrication parameters of the film, trench and electrodes. After the fabrication of these elements, the device is characterized and the actual parameters of the film and substrate are measured. These values are fed back into the simulations to refine the component design. The work besides presenting all the simulation-design-fabrication-characterization iterative process for obtaining the devised device also highlights the difficulties encountered in the implementation process along with suggestions of future activities aiming at improving it.

Este trabalho apresenta um método desenvolvido pela autora para, através de simulações multifísicas pelo Método dos Elementos Finitos (MEF), servir como ferramenta de apoio ao projeto e fabricação de guias de onda e moduladores eletro-ópticos em óptica integrada, além de possibilitar a análise da performance de moduladores eletro-ópticos. A técnica adotada para a fabricação dos guias de onda ópticos foi a de tensão mecânica. Os parâmetros de geometria (espessura do filme e larguras das trincheiras) e de temperatura de deposição do filme são definidos nas simulações e utilizados no processo de fabricação de guias de ondas em óptica integrada, que servem de base para a fabricação de moduladores eletro-ópticos em substrato cristalino de retículo cúbico. As trincheiras dos guias de onda do tipo canal são construídas em Germanato de Bismuto (BGO - Bi4Ge3O12), a partir da deposição sobre o substrato de um filme fino indutor de tensão mecânica (stress) Nitreto de Silício (Si3N4) e definidas pelos processos de litografia óptica e corrosão seletiva por plasma. Os moduladores são obtidos através da deposição dos eletrodos de alumínio sobre o filme, seguida de Si3N4 dos processos de litografia óptica e corrosão, obtendo-se eletrodos. O processo iterativo proposto inicia-se com os resultados das simulações, em que são definidos os parâmetros de fabricação do filme, da trincheira e dos eletrodos. Após a fabricação desses elementos, o componente é caracterizado e são medidos os parâmetros reais filme e do substrato. Esses valores são realimentados nas simulações para refinar o projeto do componente. O trabalho, além de apresentar todos os passos do processo interativo de simulações, projeto, fabricação e caracterização do componente desejado, indica as dificuldades encontradas na implementação do processo e as atividades futuras a serem desenvolvidas para o aperfeiçoamento do mesmo. / This work presents a method developed by the author to support the project and fabrication of integrated optic waveguides and electro-optic modulators by means of Finite Element Method (FEM) multiphysics simulations, also enabling the electro-optic modulators performance analysis. The technique used for fabricating the optical waveguides was the thermally induced residual stress (ISS). The geometry parameters (film thicknesses and trenches widths) and the film deposition temperature are obtained in the simulations and subsequently used in the integrated optical waveguides fabrication process, which serve as a basic building block for the electrooptic modulators on crystalline cubic lattice substrate. The channel waveguide trenches are built on Bismuth Germanate (BGO Bi4Ge3O12) by depositing a Silicon Nitride (Si3N4) Stress-inducing thin film, being later defined by optical lithography and plasma etching process. Modulators are obtained depositing aluminum on the Si3N4 film followed by the optical lithography and corrosion process, defining electrodes. The proposed iterative process starts with the simulation results that define the fabrication parameters of the film, trench and electrodes. After the fabrication of these elements, the device is characterized and the actual parameters of the film and substrate are measured. These values are fed back into the simulations to refine the component design. The work besides presenting all the simulation-design-fabrication-characterization iterative process for obtaining the devised device also highlights the difficulties encountered in the implementation process along with suggestions of future activities aiming at improving it.