Um dos problemas da fabricação de protótipos de dispositivos fotônicos esta no controle dos vários parâmetros de construção. A utilização do laser de femtosegundo para a fabricação de dispositivos óticos esta cada vez mais comum devido as suas qualidades e propriedades. Com a utilizaçãao das instruções de programação e do laser de femtosegundo foi possível a alteração do índice de refração dos substratos de sodocálcico e de sílica fundida, tornando viável o guiamento em estruturas planas. Com estas estruturas de guiamento devidamente produzidas e caracterizadas, permitiu construir um acoplador direcional, mostrando a possibilidade de controle para fabricação de diversos dispositivos. / One of the problems of manufacturing prototypes of photonic devices that control the various parameters of construction. The utilization of the femtosecond laser for the fabrication of optical devices is increasingly common due to their qualities and properties. With the utilization of the instructions for programming and femtosecond laser was possible alteration of the index of refraction of the substrates of soda-lime and fused silica, making viable guiding in planar structures. With these guiding structures properly produced and characterized, it was possible to build a directional coupler, showing the possibility of control for the manufacture of various devices.

O acoplamento de radiação óptica em sistemas multicamadas tem sido objeto de diversas pesquisas, não somente acadêmicas, mas também para aplicações industriais, tanto na área de sensores ópticos, como na de processadores ópticos e na de comunicações ópticas. Existe uma variedade de técnicas que são exploradas nestes estudos. Nesta tese, focalizamos nossa atenção no acoplamento de radiação laser ou mesmo de luz branca incoerente a um filme tipo multicamadas e estudamos os mecanismos físicos que governam as reflexões e as perdas por absorção nas multicamadas, efeitos que normalmente não parecem quando a incidência ocorre diretamente do ar para o filme. A técnica que exploramos é conhecida como reflexão interna total atenuada, ATR. A presença de um filme fino metálico permite o estudo experimental de plasmons de superfície e do acoplamento a modos guiados do sistema multicamadas. Além dos estudos experimentais, apresentamos um cálculo teórico iterativo para a refletividade dos filmes do tipo multicamadas para um número qualquer de camadas, que apresenta vantagens computacionais no ajuste dos dados experimentais ou em simulações. Esta contribuição não necessita as aproximações encontradas em um grande número de trabalhos que envolvem sistemas mais simples. Apresentamos também o cálculo do fluxo de energia dentro de cada camada individual do sistema, o que nos permite determinar o tipo de modo acoplado e a sua localização. O método foi aplicado a diversos sistemas, quando uma das camadas foi modificada. Estes estudos foram realizados como função do ângulo de incidência e do comprimento de onda da radiação incidente para uma variedade de sistemas multicamadas. Nossa simulação teórica se mostra bastante adequada e útil para a projeção de sistemas multicamadas complexos com camadas metálicas e dielétricas para sensores óticos.

O acoplamento de radiação óptica em sistemas multicamadas tem sido objeto de diversas pesquisas, não somente acadêmicas, mas também para aplicações industriais, tanto na área de sensores ópticos, como na de processadores ópticos e na de comunicações ópticas. Existe uma variedade de técnicas que são exploradas nestes estudos. Nesta tese, focalizamos nossa atenção no acoplamento de radiação laser ou mesmo de luz branca incoerente a um filme tipo multicamadas e estudamos os mecanismos físicos que governam as reflexões e as perdas por absorção nas multicamadas, efeitos que normalmente não parecem quando a incidência ocorre diretamente do ar para o filme. A técnica que exploramos é conhecida como reflexão interna total atenuada, ATR. A presença de um filme fino metálico permite o estudo experimental de plasmons de superfície e do acoplamento a modos guiados do sistema multicamadas. Além dos estudos experimentais, apresentamos um cálculo teórico iterativo para a refletividade dos filmes do tipo multicamadas para um número qualquer de camadas, que apresenta vantagens computacionais no ajuste dos dados experimentais ou em simulações. Esta contribuição não necessita as aproximações encontradas em um grande número de trabalhos que envolvem sistemas mais simples. Apresentamos também o cálculo do fluxo de energia dentro de cada camada individual do sistema, o que nos permite determinar o tipo de modo acoplado e a sua localização. O método foi aplicado a diversos sistemas, quando uma das camadas foi modificada. Estes estudos foram realizados como função do ângulo de incidência e do comprimento de onda da radiação incidente para uma variedade de sistemas multicamadas. Nossa simulação teórica se mostra bastante adequada e útil para a projeção de sistemas multicamadas complexos com camadas metálicas e dielétricas para sensores óticos.

Este trabalho descreve a produção de dispositivos protótipos em vidro e fibras óticas utilizando exposição a um laser de femtosegundos. As estruturas são caracterizadas utilizando microscopia convencional e confocal. A capacidade de guiamento de luz é investigada acoplando uma fonte de laser na entrada da estrutura e medindo o perfil de campo próximo. Foram ainda fabricadas redes de Bragg em fibras óticas submetidas à tratamento térmico após a gravação, para obter redes regeneradas. Micro-usinagem em vidro seguido de ataque químico resultou em uma estrutura 3D formada por uma matriz interconectada. / This work describes the device prototiping with a femtosecond laser. The obtained structures are characterized by conventional and confocal microscopy. Hight guiding is verified by launching light and measuring the near field profile at the exit facet. Fiber Bragg grating where also recorded and heated to obtain regenerated gratings. Glass micromachining followed bt chemical etching resulted in a 3D structure made by an interconnected array of microchannels.

Um dos problemas da fabricação de protótipos de dispositivos fotônicos esta no controle dos vários parâmetros de construção. A utilização do laser de femtosegundo para a fabricação de dispositivos óticos esta cada vez mais comum devido as suas qualidades e propriedades. Com a utilizaçãao das instruções de programação e do laser de femtosegundo foi possível a alteração do índice de refração dos substratos de sodocálcico e de sílica fundida, tornando viável o guiamento em estruturas planas. Com estas estruturas de guiamento devidamente produzidas e caracterizadas, permitiu construir um acoplador direcional, mostrando a possibilidade de controle para fabricação de diversos dispositivos. / One of the problems of manufacturing prototypes of photonic devices that control the various parameters of construction. The utilization of the femtosecond laser for the fabrication of optical devices is increasingly common due to their qualities and properties. With the utilization of the instructions for programming and femtosecond laser was possible alteration of the index of refraction of the substrates of soda-lime and fused silica, making viable guiding in planar structures. With these guiding structures properly produced and characterized, it was possible to build a directional coupler, showing the possibility of control for the manufacture of various devices.

Este trabalho descreve a produção de dispositivos protótipos em vidro e fibras óticas utilizando exposição a um laser de femtosegundos. As estruturas são caracterizadas utilizando microscopia convencional e confocal. A capacidade de guiamento de luz é investigada acoplando uma fonte de laser na entrada da estrutura e medindo o perfil de campo próximo. Foram ainda fabricadas redes de Bragg em fibras óticas submetidas à tratamento térmico após a gravação, para obter redes regeneradas. Micro-usinagem em vidro seguido de ataque químico resultou em uma estrutura 3D formada por uma matriz interconectada. / This work describes the device prototiping with a femtosecond laser. The obtained structures are characterized by conventional and confocal microscopy. Hight guiding is verified by launching light and measuring the near field profile at the exit facet. Fiber Bragg grating where also recorded and heated to obtain regenerated gratings. Glass micromachining followed bt chemical etching resulted in a 3D structure made by an interconnected array of microchannels.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The goal of this research is the creation of virtual acoustic environments, in this context, was constructed a computational tool, aiming to the acoustic modeling of reverberation environment. In this way, it was necessary to elaborate a numerical system able to simulate the wave sound propagation and, mainly its interactions with the surfaces encountered in the analyses. These interactions represent the basic wave phenomena, as reflection, transmission and absorption of sound waves by the obstacles. To obtain these objectives with this numerical model, it is necessary to separate into three important elements: the sound source, the room acoustic, and the listener, in this case, the receiver. Room acoustic modeling techniques can be divided into, for example, geometry-base and wave-based. In this work, a specific wave-base method has been adopted, the digital waveguide mesh. This methodology is a numerical system based on the known d Alembert solution for the General Wave Equation. The advantage of this method is that it can be easily describe the one-dimensional sound wave propagations between any two points in the space. The meshes created are, actually, digital waveguide interconnected, defining different geometries of mesh, as square, triangular, and others, for the 2D and for example cubic, for the 3D case. The information is captured in some points of interconnection of the waveguides, called scattering junctions. The whole formulation is based on the impedance properties of the environment. At particular, the waveguide technique is efficiency, by simplicity of algorithm, and by good results obtained for simulated Multifrequencial sources. To obtain a friendly interface, the code was written with a Language Object Oriented. / O objetivo dessa pesquisa consiste na criação de ambientes acústicos virtuais, nesse contexto, foi elaborada uma ferramenta computacional, direcionada a modelagem de ambientes reverberantes. Nesse sentido, foi necessário trabalhar num sistema numérico que fosse capaz de simular a propagação de ondas acústica e principalmente, suas interações com as superfícies inseridas na análise. Tais interações representam os fenômenos básicos da onda, como reflexão, transmissão e absorção pelos obstáculos. Para que as modelagens numéricas tenham sucesso, é necessário separar três importantes elementos: a fonte sonora, a sala acústica e o ouvinte, no caso, receptor. As técnicas de modelagem de salas acústica podem ser divididas, por exemplo, em modelos baseados na geometria e modelos baseados no comportamento da onda acústica. Na investigação deste trabalho, um modelo específico baseado no comportamento de ondas foi adotado, que são as Guias Digitais de Onda. Diferentemente de outros métodos, que fazem a discretização da equação da onda, esse sistema numérico é baseado na solução unidimensional de d Alembert para a Equação Unidimensional da Onda. As juntas de dispersão são obtidas pela interconexão de guias digitais de ondas e são responsáveis pela leitura da pressão sonora. Através delas são geradas as malhas de guias digitais de ondas e é possível definir diferentes geometrias de malhas, como: quadrada, triangular, entre outras, para o caso 2D e, por exemplo, cúbica para o caso 3D. Toda a formulação se embasa nas propriedades de impedância do ambiente. A vantagem dessa metodologia consiste na facilidade em descrever o movimento unidimensional de propagação de ondas entre dois pontos quaisquer do espaço. Em particular, a técnica de guias digitais de ondas se mostra eficiente, seja pela simplicidade do algoritmo assim como pelos resultados obtidos na simulação de fontes multifrequências. Para uma interface mais amigável, todo o código foi escrito em Linguagem Orientada a Objeto. / Mestre em Engenharia Mecânica

Nesse trabalho, propomos uma modificação da técnica de caracterização de filmes conhecida por m-line para o desenvolvimento de um refratômetro para gases e líquidos. O principio dessa técnica consiste no acoplamento de ondas evanescentes em guias de ondas planares obtidos via o fenômeno da reflexão total interna frustrada através de dispositivos acopladores. Observa-se experimentalmente, após incidir um feixe de laser contínuo na base do acoplador óptico, uma grande atenuação da radiação refletida para determinados ângulos de incidência, que é justamente a radiação acoplada nos modos permitidos pelo guia de onda. Medindo-se os valores desses ângulos e usando a teoria de acoplamento, é possível determinar as características desconhecidas do sistema. Esse sistema consiste de um acoplador óptico semicircular de alto índice de refração em cuja base foram depositados, via evaporação, um filme de dióxido de silício (SiO2) e outro de dióxido de zircônio (ZrO2). Ou seja, o sistema resume-se a dois meios finitos (filmes) prensados entre dois meios semi-infinitos (prisma e amostra). Como a espessura dos filmes e os índices de refração complexos dos filmes e do prisma são conhecidos, a única variável é o índice de refração do quarto meio, que é a amostra da qual se deseja medir o índice de refração. Estudamos a influência que cada um dos parâmetros externos exerce sobre o perfil refletido, tais como comprimento de onda e polarização da radiação incidente, espessuras e índices de refração dos filmes e o formato dos dispositivos acopladores. Descrevemos o comportamento do sistema quando o feixe incidente possui perfil gaussiano, que é perfil dos lasers usualmente usados em pesquisa. As espessuras das camadas de SiO2 e de ZrO2 foram otimizadas tendo em vista a faixa dos valores do índice de refração das amostras que se deseja medir. A otimização do sistema é obtida via teoria de guiamento de radiação em guias de ondas planares para o caso de quatro meios. Para a aquisição e tratamento dos dados desenvolvemos um programa na plataforma LabVIEW® que processa a imagem detectada por uma câmera CCD no visível, possibilitando o acompanhamento da variação do feixe refletido em função da variação do índice de refração da amostra. Assim, além de determinar ponto a ponto a variação do perfil refletido, é possível determinar a dinâmica em que esse efeito se realiza, gerando possibilidades de aplicação da técnica em áreas relacionadas à dinâmica química e bioquímica. Para confirmação da efetividade da técnica, realizamos medidas da variação do índice de refração do ar em função da umidade relativa, temperatura, pressão e para soluções de glicose. O sistema demonstrou sensitividade suficiente para acompanhar mudanças do índice de refração do ar da ordem de 10-6. / In this work, we propose a modification of the technique for characterization of films known as the m-line for the development of a refractometer for liquids and gases. The principle of this technique is coupling evanescent waves in planar waveguides obtained by the phenomenon of frustrated total internal reflection devices through devices couplers. It is experimentally observed, after focusing a continuous laser beam at the base of the coupler, a large attenuation of the reflected radiation for certain angles of incidence, which is precisely the radiation coupled in the modes allowed by the waveguide. Measuring the values of these angles and using the coupling theory, it is possible to determine the unknown characteristics of the system. This system consists of a semicircular optocoupler high refractive index which in the base was deposited, via evaporation, a film of silicon dioxide (SiO2) and a zirconium dioxide (ZrO2). In other words, the system is similar to a two finite media (films) pressed between two semi-infinite media (prism and sample). As the film thickness and complex refractive indices of the film and the prism are known, the only variable is the index of refraction of the fourth medium that is the sample from which it is aimed to measure the refractive index. We studied the influence that each of the external parameters has on the reflected profile, such as wavelength and polarization of the incident radiation, thicknesses and refractive indices of the films and the format of the devices couplers. We describe the system behavior when the incident beam has a Gaussian profile, which is usually the profile of the lasers usually used in researches. The thicknesses of the layers of SiO2 and ZrO2 were optimized in function of the range of the refractive index values of the samples to be measured. System optimization is obtained via the guiding theory of radiation in planar waveguides for the case of four mediums. For acquisition and data processing, a program were developed in LabVIEW® platform that processes the image detected by a CCD camera in visible light, allowing us to relate the variation of the reflected beam to the value of the refractive index of the sample. Thus, besides determining the variation of the profile reflected, it is possible to determine the dynamic in which this effect takes place, generating opportunities for application of the technique in areas related to the dynamic chemistry and biochemistry. To confirm the effectiveness of the technique, we performed measurements of the variation of the refractive index of air as a function of relative humidity, temperature, pressure and glucose solutions. The system shows sufficient sensitivity to follow changes in the refractive index of air in the order of 10-6.

O acoplamento de radiação óptica em sistemas multicamadas tem sido objeto de diversas pesquisas, não somente acadêmicas, mas também para aplicações industriais, tanto na área de sensores ópticos, como na de processadores ópticos e na de comunicações ópticas. Existe uma variedade de técnicas que são exploradas nestes estudos. Nesta tese, focalizamos nossa atenção no acoplamento de radiação laser ou mesmo de luz branca incoerente a um filme tipo multicamadas e estudamos os mecanismos físicos que governam as reflexões e as perdas por absorção nas multicamadas, efeitos que normalmente não parecem quando a incidência ocorre diretamente do ar para o filme. A técnica que exploramos é conhecida como reflexão interna total atenuada, ATR. A presença de um filme fino metálico permite o estudo experimental de plasmons de superfície e do acoplamento a modos guiados do sistema multicamadas. Além dos estudos experimentais, apresentamos um cálculo teórico iterativo para a refletividade dos filmes do tipo multicamadas para um número qualquer de camadas, que apresenta vantagens computacionais no ajuste dos dados experimentais ou em simulações. Esta contribuição não necessita as aproximações encontradas em um grande número de trabalhos que envolvem sistemas mais simples. Apresentamos também o cálculo do fluxo de energia dentro de cada camada individual do sistema, o que nos permite determinar o tipo de modo acoplado e a sua localização. O método foi aplicado a diversos sistemas, quando uma das camadas foi modificada. Estes estudos foram realizados como função do ângulo de incidência e do comprimento de onda da radiação incidente para uma variedade de sistemas multicamadas. Nossa simulação teórica se mostra bastante adequada e útil para a projeção de sistemas multicamadas complexos com camadas metálicas e dielétricas para sensores óticos.

Orientador: Luiz Carlos Kretly / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-07-22T13:43:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Guerra_ChristianoPereira_M.pdf: 6651851 bytes, checksum: 056aa6396a14b183f6bf2f41db49b247 (MD5) Previous issue date: 1996 / Resumo: O propósito deste trabalho foi estudar a aplicação da técnica de implantação de íons para a modificação de índice de refração em substratos vítreos e cristalinos, possibilitando o guiamento óptico. Foram implantados íons de HE + com energia variando entre 30 e 190 KeV e doses entre 1,0x10 16 e 2,5x10 16 íons/cm 2 em lâminas de sílica vítrea e quartzo cristalino com cortes perpendiculares aos eixos x, y, e z. Para a caracterização óptica foram feitas medidas dos modos de propagação TE (transversal elétrico) e TM (transversal magnético) de um feixe laser AR + sintonizado em ? 488,0 nm, através do método 'dark modes'. Foram estudados os efeitos da variação de dose, energia e recozimento nos modos propagantes na camada modificada. Foram utilizados diferentes técnicas de espectroscopia infravermelho para analisar as modificações estruturais dos silicatos pelo bombardeamento dos íons de hélio. Análises por difração de raio-X também foram utilizadas para analisar a estrutura do cristal de quartzo puro e modificado pela implantação dos íons / Abstract: The purpose of this work was to study the technical application of íon implantation to modify the refraction index on vitreous and crystallines substrates, allowing the optical guidance. We have implanted HE + ions with energies from 30 to 190 KeV and doses from 1.0x10 16 to 2.5x10 16 ions/cm 2 in vitreous silica and crystalline quartz substrates, with perpendicular cut to the X, Y and Z axis. To optical characterization, it have been made refraction index measurements on Transveral Eletric (TE) and Transversal Magnetic propagation modes of an orgon ion laser beam, at ? 488,0 nm, through the Dark Modes method. We have studied the dose variations, energy and annealing effects on the propagation modes in the modified layer. We have also used different techniques on the infrared spectroscopy to analyze the structural modifications on the silicates by the helium ions bombardment. Analysis by X ray diffraction have also been used to analyze the single quartz crystal and modified by the ions implantation / Mestrado / Mestre em Engenharia Elétrica