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DISPOSITIVOS ÓPTICOS

Introdução e revisão

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Dispositivos ópticos

Conceitos e princípios

Dispositivo que cria, manipula ou mede radiação eletromagnética.

Existe alguma classificação? Categoria? Tipos? Wikipedia?

Dispositivos e/ou instrumentos? Lente, óculos, zoom

Dispositivo óptico para mouse óptico?

Dispositivo óptico Real? Virtual?

• Lado óptico• Lado fotônico

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Wikipediahttp://en.wikipedia.org/wiki/Category:Optical_devices

Category:Optical devices

A

• [+] Astronomical observatories

I

• [+] Interferometers

L

• [+] Lasers• [+] Lenses

M

• [+] Microscopes• [+] Mirrors

O

• [+] Optical filters• [+] Optoelectronics

P

• [+] Photography equipment

P cont.

• [+] Planetaria• [+] Prisms

R

• [+] Refractometers

T

• [+] Telescopes

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Pages in category “Optical devices” Optical Instruments

A•AN/PVS-14•AN/PVS-22•ARROW waveguide•Acousto-optic modulator•Optical amplifier•Arrayed waveguide grating•Astrograph•Optical attenuator•Autocollimator

B•Beam dump•Beam homogenizer•Bicycle reflector•Binoculars•Binoviewer•Borescope

C•Camera•Camera lucida•Camera obscura•Catadioptric system•Catoptric cistula•Optical cavity•Colorimeter•Comparison Microscope•CulpascopeD•Diaphragm (optics)•Dielectric wireless receiver•Diffraction grating•Dipleidoscope•Dome magnifier•Dynameter

E•Echelle grating•EcoSCOPE•Electro-Optix•Electro-optic modulator•Endoscopy•Eye relief•Eyepiece

F•Faraday rotator•Fiberscope•Finderscope•Focus finder

G•Golf mirror•Graphoscope•Ground glass•Gyro gunsight•GyrotronH•Haploscope•Hidden camera•Hinman Collator•Hollow cathode lamp•HoloVID•Holographic grating•Hydroscope

I•Image-stabilized binoculars•Indirect ophthalmoscope•Optical interleaver

J•Jeffree cell

K•Kaleidica•Kaleidoplex•Kaleidoscope

L•Laser•Laser beam profiler•Laser microphone•Lens (optics)•Light table•Liquid mirror•Loupe•Lovibond comparator

M•Magneto-optical trap•Maser•Megalethoscope•Mirror mount•Optical modulator•Monochromator•MonocularN•Night vision device•Nuller

O•Opera glasses•Optical axis gratings•Optical circulator•Optical flat•Optical hybrid•Optical isolator•Optical microcavity•Optical power meter•Optical tape•Optode

P•Panoramagram•Passive infrared sensor•Periscope•Phased array optics•Photodetector•Photometer•Photomultiplier•Photoresistor•Phototube•Polarimetry•Polarizer•Polychromator•Polyrama Panoptique•Prism (optics)•Prism coupler•Pseudoscope

Q•Quantum well infrared photodetector

R•Remote camera•Retroreflector•Ring laser gyroscope

S•Scioptric ball•Sight (device)•Silver halide•Solid immersion lens•Spatial filter•Spatial light modulator•Spectralon•Spectrophotometer•Spotting scope•Star diagonal•Sun photometer

Optical instrument

T•Optical table•Tachistoscope•Teleidoscope•Telescope•Theodolite•Tiny Ionospheric Photometer•Turbinlite

U•Ultrafast monochromator•User:Slicky/Microscopy in science

V•Video camera•Videoscope•Visby lenses

W•Wave plate

Z•Zograscope•Zone plate

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Lente composta como dispositivo ergonômico

Sem dispositivo ópticoDor de cabeça, coluna,... Com dispositivo óptico Dispositivo óptico

Lente de 3 segmentos

http://ergocab.com/merford_optical_device.html

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As próximas 7 transparências representam

parte significativa de aplicações de

dispositivos ópticos na Indiana School for the

Blind and Visually Impaired

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Types of Optical Devices

Distance Devices

intra.isbrockets.org/teams/dept_outreach/2006-09_Update/index_files/typesofdistancedevices.ppt

Indiana School for the Blind and Visually Impaired

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Binoculars

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Monocular

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Full-Field Bioptic Systems

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Bioptic Systems

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Sunfilters

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Night Vision Scopes

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Pinças ópticas e aplicações

http://129.215.76.37:8080/Plone/research/micromanipulation/optical-tweezers-and-applications

As pinças ópticas são consideradas como uma ferramenta para micromanipulação

sem contacto de partículas microscópicas (10nm a 10um) que podem ser

armadilhadas no foco de um laser de baixa potência e podem ser manipulados

tridimensionalmente movimentando a amostra ou a armadilha.

Onde? Ciências biológicas e coloidais.

Como? Trasladores (movimentadores)

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Pinças ópticas

                                                                         

Figure 1a) Lateral Trapping Figure 1b) Axial Trapping

Desde que a intensidade do feixe de laser não é completamente plana, i.e. constante na sua seção transversal, existem forças que empurram as partículas na direção de maior intensidade seja na transversal ou na longitudinal..

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http://en.wikipedia.org/wiki/Optical_tweezers

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Importância

• No atual momento das comunicações e

sensoriamento, os dispositivos ópticos tem

uma relevância enorme no desenvolvimento

de novas técnicas através de novos

materiais (meta-materiais, nanoestruturas,

etc)

• Óptica e Fotônica

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Uma revisão geral

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Fibras Ópticas

Um pouco de história:

1.Sinais de fogo, fumaça, códigos visuais

2.1790 Claude Chappe, Paris-Lille (230 Km),

Semáforo = telegrafo óptico

3.1870 John Tyndall – jato de água

4.Alexander Graham Bell, Charles Sumner Tainter

- 1880 - Fotofone

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Semáforo

5 minutos para transmitir a uma distância de 190 km

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Mapa da França com semáforo

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John Tyndall 1870

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O homem que guiou a luz. Daniel Colladon (38) professor na Universidade de Genebra demonstrou como guiar a luz em 1841.

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Detalhes históricos

• Reflexão Total Interna(TIR) é atribuída a John Tyndall (1854 experimento em

Londres).

• Livro City of Light (Jeff Hecht, 1999) relata a historia do TIR.

• Primeira demonstração em Genebra em 1841 por Daniel Colladon

(Comptes Rendus, vol. 15, pp. 800-802, Oct. 24, 1842).

• A luz fica confinada ao longo do caimento da água.

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Graham Bell 1880 - fotofone primeira transmissão de voz, através de luz não guiada

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E o telefone?

•Fixo =========== via fio de cobre, ponto a ponto

•Sem fio ========= ondas de radio, celulares

•Via satélite ====== satélites geoestacionários

•VoIP =========== Voice Over Internet Protocol

1870 Elisha Gray e Alexander Graham BellBem antes do fotofone!

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Pq o fotofone não evoluiu?

• Que tipos de dificuldades para enviar a luz?

• O que houve com os fios de cobre?

• Atualmente ~10% das redes utilizam fibra óptica

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FIBRAS ÓPTICAS

• 1920 Independentemente - John Logie Baird (UK) e

Clarence W. Hansell (USA) – patentes sobre o uso de

arranjos de encanamentos ou tarugos transparentes

para transmissão de imagens ou fac-símiles.

• 1954 Independentemente - Abraham Van Heel

(Dinamarca) e Harold H. Hopkins (UK) – uso de maço

de fibras revestidas e não revestidas no transporte de

imagens.

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Fibras

Vantagens

1. baixa atenuação

2. largura de banda

3. Imunidade à interferência eletromagnética

4. baixo peso (vidro~2,5 g/cm3, cobre ~8,9 g/cm3)

5. sigilo

6. isolação elétrica

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Fibras

Desvantagens

1. acoplamento e emenda da fibra

2. derivações limitadas

3. padrão dos sistemas ópticos

4. fragilidade da fibra

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Guias de onda de luz

Duas categorias:

1. Bloco dielétrico – sanduíche

n1

n2

n3

Confinamento da propagação planar em n1

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Guias de onda de luz

2. Fibras ópticas:– De vidro ou plástico, de simetria cilíndrica– Com secção transversal anular

n1

n2

n1 > n2

GRIN

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FIBRAS ÓPTICAS

• Duas categorias:1. Índice de refração degrau (n1 é constante)

2. Índice de refração gradiente (GRIN)

• Propriedades:1. Propagação confinada ao núcleo, n1, por reflexão

total interna, mesmo assim qdo a fibra é envergada ou enrolada

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GRIN

• GRIN – GRadient INdex

O índice de refração é função do raio

= diferença de índice relativo

a = raio do núcleo

= tipo de perfil do GRIN

perfil triangular

perfil parabólico

∞ perfil degrau

Trabalho: qual é a equação de propagação dos raios dentro da fibra para um caso do núcleo com índice de refração parabólico?

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Teoria de propagação

Ar

no

Meio externo da fibra: Ar

Fibra com índice de refração degrau

Aplicação da Lei de Snell em cada interface

A medida que 0 diminui i .......... Até atingir o ângulo c

= a qdo i = c

Todos os raios que incidem com ângulo menor que ase propaga na guia de onda por reflexão interna total.

n1

n2

n1 > n2

Abertura numérica NA de uma guia de onda, uma espécie de medida ou característica que mostra o quanto que a guia de onda consegue receber luz

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onde pela Lei de Snell sinc=n2/n1

Teoria de propagação

ArAr

no

n1

n2

n1 > n2

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Parâmetros numa fibra

Diferença de índice de refração entre núcleo e revestimento

Parâmetro V que determina o número de modos suportados por uma fibra. Caso

específico V<2.405 → monomodo

a é o raio do núcleo

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1.- Uma fibra óptica com um núcleo de vidro flint denso, n1 = 1,66, e um recobrimento de vidro crown, n2 = 1,52. Qual é o maior ângulo de abertura (metade do ângulo do cone de luz que entra na fibra) para que a luz que seja transmitida ao longo da fibra?

Alguns exemplos

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.....cont

≥ c onde c é o ângulo crítico para que o feixe

de luz seja totalmente refletido para dentro do

núcleo.

n1

n2

Notar que aumentando 1 diminui 3

A solução será ..........

Colocando 3 = c para determinar 1 utilizando a

lei de Snell

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....cont

n1

n2

Substituindo na primeira eq:

Sendo n1 = 1,66 e n2 = 1,56 O valor calculado de 1 é 42o

Em A:

Em B:

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Outro exemplo

2.- Qual é o raio de menor curvatura que podemos dobrar numa fibra óptica com núcleo de 0,05mm sem perder luz? O índice de refração do núcleo é 1,66 e da cobertura é de 1,52

Adotamos a suposição de que um feixe de luz ABCDE incide de forma colimada na fibra.

Observamos que o feixe E incide com o menor ângulo na interface núcleo/cobertura.

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.......Cont.

Adotamos a suposição de que um feixe de luz ABCDE incide de forma colimada na fibra.

Observamos que o feixe E incide com o menor ângulo na interface núcleo/cobertura.

Basta colocar esse ângulo como se fosse o ângulo crítico, evitando perdas.

Pela figura

Pela definição

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Várias configurações de fabricação

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Próxima Aula

• Descrição mais apropriada sobre a propagação da luz em guias de onda, tratamento ondulatório, através das eqs de Maxwell.