Correlatores ópticos podem realizar o reconhecimento de padrões bidimensionais a uma velocidade maior que plataformas digitais com o mesmo tamanho, peso e consumo de potência. Utilizou-se neste projeto o correlator óptico compacto com um único modulador espacial de luz, uma TV a cristal líquido comercial, posicionado no plano de Fourier. Uma câmera CCD é utilizada na saída do correlator óptico para capturar as imagens de correlação. Na entrada do correlator, a imagem da impressão digital é capturada por um prisma via eliminação da reflexão total, durante o contato da impressão digital com a superfície do prisma. Para o processo de filtragem, foi utilizado o filtro de correlação ótima. / Optical correlators can realize bidimensional pattern recognition faster than digital devices that have the same size, weight and power consumption. In this work, the compact optical correlator is implemented with only one spatial light modulator, a commercial liquid crystal television (LCTV) located at the Fourier plane. A CCD camera is used at the correlator exit to read the correlation images. The fingerprint image is read in the correlator input using a prism illuminated with a monochromatic coherent beam. The total reflection elimination in the prism surface during the fingerprint contact permits the reading of the fingerprint image. The optimal correlation filter is used in the Fourier plane to implement the filtering process.

Correlatores ópticos podem realizar o reconhecimento de padrões bidimensionais a uma velocidade maior que plataformas digitais com o mesmo tamanho, peso e consumo de potência. Utilizou-se neste projeto o correlator óptico compacto com um único modulador espacial de luz, uma TV a cristal líquido comercial, posicionado no plano de Fourier. Uma câmera CCD é utilizada na saída do correlator óptico para capturar as imagens de correlação. Na entrada do correlator, a imagem da impressão digital é capturada por um prisma via eliminação da reflexão total, durante o contato da impressão digital com a superfície do prisma. Para o processo de filtragem, foi utilizado o filtro de correlação ótima. / Optical correlators can realize bidimensional pattern recognition faster than digital devices that have the same size, weight and power consumption. In this work, the compact optical correlator is implemented with only one spatial light modulator, a commercial liquid crystal television (LCTV) located at the Fourier plane. A CCD camera is used at the correlator exit to read the correlation images. The fingerprint image is read in the correlator input using a prism illuminated with a monochromatic coherent beam. The total reflection elimination in the prism surface during the fingerprint contact permits the reading of the fingerprint image. The optimal correlation filter is used in the Fourier plane to implement the filtering process.

Um sistema multi-feixe de pinças ópticas baseado na técnica de contraste de fase da ordem zero pode apresentar vantagens significativas sobre sistemas mecanicamente complexos e sensíveis ao alinhamento, e sobre tecnologias que, apesar de serem similares, requerem a customização de componentes ópticos. Porém, ao nosso conhecimento, este sistema até agora não tem sido implementado experimentalmente. Neste trabalho tem-se desenvolvido, como prova de princípio, o primeiro sistema baseado na técnica de contraste de fase da ordem zero gerador de múltiplas pinças ópticas. Esta técnica da óptica de Fourier utiliza conceitos do contraste de fase de Zernike e técnicas de codificação de dois pixels para gerar padrões de intensidade no plano da imagem que são diretamente relacionados a distribuições de fase no plano de entrada do sistema, o qual é formado por um modulador espacial de luz (SLM). Esta dissertação de mestrado descreve detalhadamente os passos tomados com o propósito de utilizar os campos estruturados de luz gerados pelo sistema de contraste de fase da ordem zero para aprisionar esferas de 2 µm de diâmetro de sílica fundida. Neste trabalho apresentamos os fundamentos teóricos do aprisionamento óptico e da técnica de contraste de fase da ordem zero, seguidos pela implementação de experimentos independentes em cada modalidade, e finalmente apresentamos a integração de ambos os sistemas dentro um sistema único de pinças ópticas multi-feixe. Apesar da baixa eficiência óptica do sistema, foi possível implementar um sistema de pinças ópticas duplas. Finalizamos o nosso trabalho na discussão detalhada das limitações do nosso arranjo óptico e comentamos sobre potenciais melhorias para aumentar a rigidez das pinças ópticas e a qualidade geral do sistema. / A multi-beam optical trapping system based on the zero order phase contrast technique may offer significant advantages over mechanically-complex, alignment-sensitive optical trapping systems, and over technologies that, though similar, require the customization of optics components. However, to our knowledge, such a system has not been yet implemented experimentally. We have developed, as a proof of principle, what we think is the first system based on the zero order phase contrast technique to successfully generate multiple optical traps. This Fourier optics technique makes use of existing concepts of Zernike phase contrast and two-pixel encoding techniques to generate intensity patterns in the image plane that are directly related to phase distributions in the input plane, which is comprised by a spatial light modulator (SLM). This master\'s dissertation describes in detail the steps taken towards using the structured light fields generated by a zero order phase contrast system to trap 2 µm diameter fused silica beads. We present the theoretical foundations of optical trapping and the zero order phase contrast technique, followed by the implementation of independent laboratory experiments in each modality, and finally integrate both systems into a single optical setup for multi-beam trapping. In spite of the low optical efficiency of the system, we were able to implement dual optical traps. We finalize by discussing in detail the limitations of our experimental setup in and comment on potential improvements to increase the stiffness of the optical traps and the overall quality of the system.

Um sistema multi-feixe de pinças ópticas baseado na técnica de contraste de fase da ordem zero pode apresentar vantagens significativas sobre sistemas mecanicamente complexos e sensíveis ao alinhamento, e sobre tecnologias que, apesar de serem similares, requerem a customização de componentes ópticos. Porém, ao nosso conhecimento, este sistema até agora não tem sido implementado experimentalmente. Neste trabalho tem-se desenvolvido, como prova de princípio, o primeiro sistema baseado na técnica de contraste de fase da ordem zero gerador de múltiplas pinças ópticas. Esta técnica da óptica de Fourier utiliza conceitos do contraste de fase de Zernike e técnicas de codificação de dois pixels para gerar padrões de intensidade no plano da imagem que são diretamente relacionados a distribuições de fase no plano de entrada do sistema, o qual é formado por um modulador espacial de luz (SLM). Esta dissertação de mestrado descreve detalhadamente os passos tomados com o propósito de utilizar os campos estruturados de luz gerados pelo sistema de contraste de fase da ordem zero para aprisionar esferas de 2 µm de diâmetro de sílica fundida. Neste trabalho apresentamos os fundamentos teóricos do aprisionamento óptico e da técnica de contraste de fase da ordem zero, seguidos pela implementação de experimentos independentes em cada modalidade, e finalmente apresentamos a integração de ambos os sistemas dentro um sistema único de pinças ópticas multi-feixe. Apesar da baixa eficiência óptica do sistema, foi possível implementar um sistema de pinças ópticas duplas. Finalizamos o nosso trabalho na discussão detalhada das limitações do nosso arranjo óptico e comentamos sobre potenciais melhorias para aumentar a rigidez das pinças ópticas e a qualidade geral do sistema. / A multi-beam optical trapping system based on the zero order phase contrast technique may offer significant advantages over mechanically-complex, alignment-sensitive optical trapping systems, and over technologies that, though similar, require the customization of optics components. However, to our knowledge, such a system has not been yet implemented experimentally. We have developed, as a proof of principle, what we think is the first system based on the zero order phase contrast technique to successfully generate multiple optical traps. This Fourier optics technique makes use of existing concepts of Zernike phase contrast and two-pixel encoding techniques to generate intensity patterns in the image plane that are directly related to phase distributions in the input plane, which is comprised by a spatial light modulator (SLM). This master\'s dissertation describes in detail the steps taken towards using the structured light fields generated by a zero order phase contrast system to trap 2 µm diameter fused silica beads. We present the theoretical foundations of optical trapping and the zero order phase contrast technique, followed by the implementation of independent laboratory experiments in each modality, and finally integrate both systems into a single optical setup for multi-beam trapping. In spite of the low optical efficiency of the system, we were able to implement dual optical traps. We finalize by discussing in detail the limitations of our experimental setup in and comment on potential improvements to increase the stiffness of the optical traps and the overall quality of the system.