UNIVERSIDADE TECNOLOGICA FEDERAL DO PARAN´ A´...
71
UNIVERSIDADE TECNOL ´ OGICA FEDERAL DO PARAN ´ A PROGRAMA DE P ´ OS-GRADUAC ¸ ˜ AO EM ENGENHARIA EL ´ ETRICA E INFORM ´ ATICA INDUSTRIAL RODRIGO FIORIN CONTROLE PARA PROT ´ OTIPOS REGISTRADOS COM LASER DE FEMTOSEGUNDO DISSERTAC ¸ ˜ AO CURITIBA 2013
Transcript of UNIVERSIDADE TECNOLOGICA FEDERAL DO PARAN´ A´...
UNIVERSIDADE TECNOLOGICA FEDERAL DO PARANAPROGRAMA DE POS-GRADUACAO EM ENGENHARIA ELETRICA E
INFORMATICA INDUSTRIAL
RODRIGO FIORIN
CONTROLE PARA PROTOTIPOS REGISTRADOS COM LASER DEFEMTOSEGUNDO
DISSERTACAO
CURITIBA
2013
RODRIGO FIORIN
CONTROLE PARA PROTOTIPOS REGISTRADOS COM LASER DEFEMTOSEGUNDO
Dissertacao apresentada ao Programa de Pos-graduacao em Engenharia Eletrica e InformaticaIndustrial da Universidade Tecnologica Federal doParana como requisito parcial para obtencao do graude “Mestre em Ciencias” – Area de Concentracao:Fotonica em Engenharia.
Orientador: Prof.Dr. Hypolito Jose Kalinowski
CURITIBA
2013
Dados Internacionais de Catalogação na Publicação
F521 Fiorin, Rodrigo Controle para protótipos registrados com laser de femtosegundo / Rodrigo Fiorin. – 2013. 68 f. : il. ; 30 cm
Orientador: Hypolito José Kalinowski. Dissertação (Mestrado) – Universidade Tecnológica Federal do Paraná. Programa de Pós-
graduação em Engenharia Elétrica e Informática Industrial. Curitiba, 2013. Bibliografia: f. 67-68.
1. Acopladores direcionais. 2. Guias de ondas. 3. Soda-cal. 4. Sílica vítrea. 5. Refração. 6.
Lasers de femtossegundos. 7. Simulação (Computadores). 8. Engenharia elétrica – Dissertações. I. Kalinowski, Hypolito José, orient. II. Universidade Tecnológica Federal do Paraná. Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica e Informática Industrial. III. Título.
CDD (22. ed.) 621.3
Biblioteca Central da UTFPR, Câmpus Curitiba
A minha esposa Paola, pelo apoio constante.
Aos meus amados filhos Ana Luiza e Rodrigo.
AGRADECIMENTOS
A Universidade Tecnologica Federal do Parana pela possibilidade de crescimento
pessoal.
Ao Prof.Dr. Wilson Jose da Silva, pela atencao e oportunidade de aprendizado.
Ao orientador Prof.Dr. Hypolito Jose Kalinowski, pelo excepcional acompanhamento
e competencia na orientacao, supervisao e ensino.
Em especial aos colegas Ismael, Camila, Ilda, Valmir, Frederic, Larisssa, Rodolfo e a
todos os que direta ou indiretamente contribuıram para a realizacao desta dissertacao.
”Many that live deserve death. And some that die deserve life. Canyou give it to them? Then d’not be too eager to deal out death withoutjudgement.”
J. R. R. Tolkien
RESUMO
FIORIN, Rodrigo. CONTROLE PARA PROTOTIPOS REGISTRADOS COM LASER DEFEMTOSEGUNDO. 69 f. Dissertacao – Programa de Pos-graduacao em Engenharia Eletrica eInformatica Industrial, Universidade Tecnologica Federal do Parana. Curitiba, 2013.
Um dos problemas da fabricacao de prototipos de dispositivos fotonicos esta no controle dosvarios parametros de construcao. A utilizacao do laser de femtosegundo para a fabricacao dedispositivos oticos esta cada vez mais comum devido as suas qualidades e propriedades. Coma utilizacao das instrucoes de programacao e do laser de femtosegundo foi possıvel a alteracaodo ındice de refracao dos substratos de sodo-calcico e de sılica fundida, tornando viavel oguiamento em estruturas planas. Com estas estruturas de guiamento devidamente produzidase caracterizadas, permitiu construir um acoplador direcional, mostrando a possibilidade decontrole para fabricacao de diversos dispositivos.
Palavras-chave: Controle, acoplador direcional, sodo-calcico, sılica fundida, laser defemtosegundo.
ABSTRACT
FIORIN, Rodrigo. CONTROL PROTOTYPES REGISTERED WITH FEMTOSECONDLASER. 69 f. Dissertacao – Programa de Pos-graduacao em Engenharia Eletrica e InformaticaIndustrial, Universidade Tecnologica Federal do Parana. Curitiba, 2013.
One of the problems of manufacturing prototypes of photonic devices that control the variousparameters of construction. The utilization of the femtosecond laser for the fabrication of opticaldevices is increasingly common due to their qualities and properties. With the utilization ofthe instructions for programming and femtosecond laser was possible alteration of the indexof refraction of the substrates of soda-lime and fused silica, making viable guiding in planarstructures. With these guiding structures properly produced and characterized, it was possibleto build a directional coupler, showing the possibility of control for the manufacture of variousdevices.
Keywords: Control, directional coupler, soda lime, quartz, femto second laser
LISTA DE FIGURAS
–FIGURA 1 INDICE DE REFRACAO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16–FIGURA 2 LUZ GUIADA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17–FIGURA 3 REFLEXAO TOTAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18–FIGURA 4 MODOS GUIADOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19–FIGURA 5 CURVA DE DISPERSAO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21–FIGURA 6 PLANAR E CANAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22–FIGURA 7 GUIA PLANAR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22–FIGURA 8 TRES MODOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25–FIGURA 9 GRAVACAO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28–FIGURA 10 ACOPLADORES 1 a 7 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30–FIGURA 11 ESQUEMA ACOPLADOR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31–FIGURA 12 CAMPO EVANESCENTE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33–FIGURA 13 MAPA DO PERFIL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33–FIGURA 14 METODO WKB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35–FIGURA 15 MINOSHIMA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38–FIGURA 16 ANALSE MODAL - MINOSHIMA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38–FIGURA 17 CURVATURA do GUIA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39–FIGURA 18 LIBRA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41–FIGURA 19 DETALHE OBJETIVA NANOMAX . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42–FIGURA 20 EXPERIMENTO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42–FIGURA 21 POLIMENTO LATERAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43–FIGURA 22 PERFIL DE CAMPO PROXIMO - VIDRO SODO CALCICO . . . . . . . . 44–FIGURA 23 PERFIL DE CAMPO PROXIMO - LASER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45–FIGURA 24 COM2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46–FIGURA 25 SYNTAXE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46–FIGURA 26 MAX600 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47–FIGURA 27 BSC103 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47–FIGURA 28 DRV001 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48–FIGURA 29 VISUAL STUDIO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49–FIGURA 30 TELA CONTROLE BSC103 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50–FIGURA 31 BANCADA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55–FIGURA 32 GUIAS 1 A 13 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55–FIGURA 33 GUIAS 13 A 22 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56–FIGURA 34 PERFIL DE CAMPO PROXIMO - GUIA 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56–FIGURA 35 PERFIL DE CAMPO PROXIMO - GUIA 10 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57–FIGURA 36 PERFIL DE CAMPO PROXIMO - GUIA SODO CALCICO . . . . . . . . . 58–FIGURA 37 ESQUEMA DO ACOPLADOR DIRECIONAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58–FIGURA 38 DETALHE ACOPLADOR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59–FIGURA 39 ACOPLADORES 1 a 7 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60–FIGURA 40 DIMENSAO DO ACOPLADOR 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60–FIGURA 41 Comprimentos canais por microscopia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61–FIGURA 42 PERFIL DE CAMPO PROXIMO - ACOPLADOR 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
–FIGURA 43 PERFIL DE CAMPO PROXIMO - ACOPLADOR 5 . . . . . . . . . . . . . . . . . 62–FIGURA 44 ACOPLADOR 5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63–FIGURA 45 ACOPLADOR 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
LISTA DE TABELAS
–TABELA 1 PRODUCAO DE GUIAS DE ONDA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28–TABELA 2 MM3000 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46–TABELA 3 PARAMETROS DE GRAVACAO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54–TABELA 4 MM3000 - COMANDOS DE LINHA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57–TABELA 5 NANOMAX - GRAVACAO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59–TABELA 6 ALTURA DOS CANAIS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61–TABELA 7 COMPRIMENTOS DOS CANAIS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61–TABELA 8 LARGURA A MEIA ALTURA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
LISTA DE SIGLAS
PVD Physical Vapor DepositionCVD Chemical Vapor DepositionAPCVD Atmospheric pressure chemical vapor depositionLPCVD Low-Pressure Chemical Vapor DepositionPECVD Plasma-Enhanced Chemical Vapor DepositionRPECVD Remote Plasma-Enhanced Chemical Vapor DepositionAPI Interfaces de Programacao de AplicativosNA Abertura NumericaTE Transversal EletricoTM Transversal MagneticoWKB Wentzel-Kramers-BrillouinEIM Metodo do Indice EfetivoOTDM multiplexacao por divisao de tempo otico
PVD CVD APCVD LPCVD PECVD RPECVD API NA TE TM WKB EIM OTDM
SUMARIO
1 INTRODUCAO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141.1 MOTIVACAO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141.2 OBJETIVOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141.2.1 Objetivo Geral . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141.2.2 Metas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142 REVISAO DE CONCEITOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162.1 GUIAS DE ONDA - MODELO DE OTICA GEOMETRICA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162.2 FORMACAO DE MODOS GUIADOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172.3 GUIA DE ONDA NO MODELO ELETROMAGNETICO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212.4 PERDAS NA PROPAGACAO DE LUZ EM GUIAS OTICOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252.5 PRODUCAO DE GUIAS DE ONDA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262.5.1 Deposicao Quımica a partir da Fase de Vapor(CVD) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262.5.2 Deposicao fısica (PVD) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272.5.3 Deposicao quımica a vapor assistida por plasma N(PECVD) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272.5.4 Escrita Direta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272.6 LASER DE FEMTOSEGUNDO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282.6.1 Caracterısticas da gravacao em femtosegundo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292.7 TEORIA DE MODOS ACOPLADOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 312.7.1 Guias de Ondas Curvos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 332.8 ACOPLADOR DIRECIONAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 352.8.1 Acoplador Direcional Simetrico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 352.8.2 Tecnicas de producao de acopladores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 362.8.2.1 Tecnica Varredura por Chama . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 362.8.2.2 Tecnica de Laser de CO2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 372.8.2.3 Tecnica de aquecimento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 372.8.2.4 Escrita Direta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 372.8.3 Estrutura do acoplador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 392.8.3.1 Calculo da curvatura do guia de onda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 393 MATERIAIS E METODOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 413.1 EXPERIMENTO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 413.1.1 Caracterizacao de guias de onda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 433.1.2 Equipamentos laboratorio de fotonica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 453.1.2.1 Controlador e posicionadr mono eixo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 453.1.2.2 Controlador e posicionador multi eixo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 463.1.3 Linguagens de Programacao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 483.1.4 Descricao do Software . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 493.1.4.1 ImageJ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 524 RESULTADOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 544.1 GUIAS DE ONDA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 544.2 ACOPLADOR DIRECIONAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 584.2.0.2 Regiao de acoplamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
4.2.1 Dimensoes dos canais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 604.2.2 Perfil de campo proximo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 624.2.3 Energia na saıda do acoplador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 635 CONCLUSAO E TRABALHOS FUTUROS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 655.1 CONCLUSAO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 655.2 TRABALHOS FUTUROS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65REFERENCIAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67Anexo A -- CODIGO FONTE - VISUAL STUDIO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
14
1 INTRODUCAO
1.1 MOTIVACAO
O controle da fabricacao de estruturas nanometricas por tecnicas oticas envolve
aspectos nao so da ciencia mas tambem da computacao, mecanica e ciencia dos materiais, com
solucoes que permitem o desenvolvimento de todas as areas relacionadas.
Tendo em vista o ganho e aprimoramento de conhecimento, utilizou-se o contexto do
controle de um sistema de posicionamento para a criacao de estruturas em vidro sodo-calcico e
sılica fundida, com o uso de escrita direta por pulsos de laser de femtosegundo, como uma das
tecnicas de fabricacao de guias de onda e acopladores direcionais.
A motivacao deste trabalho esta relacionada as aplicacoes na prototipacao de estruturas
fotonicas com a intencao de desenvolver a tecnologia de nanoestruturas.
1.2 OBJETIVOS
1.2.1 OBJETIVO GERAL
O objetivo primordial do estudo do controle e das caracterısticas do registro de um
acoplador direcional em dois possıveis materiais, o vidro sodo-calcico (Cornning 2947) e a
sılica fundida (Quartzo). Para realizacao de tal tarefa diversas metas devem ser alcancadas,
relacionadas a seguir:
1.2.2 METAS
• Estudo das caracterısticas do laser de femtosegundo.
• Contextualizacao eletromagnetica dos guias de onda
• Revisao basica da teoria de guias de onda planares e em canal.
• Estudo sobre a teoria de modos acoplados.
15
• Desenvolvimento de tecnicas para a producao de guias de onda
• Investigacao sobre linguagens de progamacao compatıveis com equipamentos
disponıveis.
16
2 REVISAO DE CONCEITOS
Neste capıtulo, faz-se um breve relato sobre as caracterısticas do laser de
femtosegundo, uma contextualizacao sobre a teoria basica de guias de onda planar e em canal,
mostram-se algumas tecnicas de producao de guias de onda e meios para sua caracterizacao,
aspectos sobre a teoria de modos acoplados e um estudo sobre as linguagens de progamacao
compatıveis com equipamentos disponıveis.
2.1 GUIAS DE ONDA - MODELO DE OTICA GEOMETRICA
Os guias de onda simetricos (em relacao ao perfil de ındice de refracao) normalmente
sao formados de um nucleo, onde ondas eletromagneticas sao confinadas, e uma casca, ou
substrato que envolve o nucleo, conforme esquema da figura 1 retirada de (OKAMOTO,
2006). O ındice de refracao do nucleo n1 e maior que o ındice da casca n0. No modelo de otica
Figura 1: Estrutura basica de guiamento envolvendo nucleo e casca com diferencas de ındice derefracao representadas pelo degrau mostrado no lado direito da figura, retirada de (OKAMOTO,2006).
geometrica o guiamento ocorre dentro do nucleo por reflexao interna total. A condicao para a
reflexao interna total e que na interface nucleo casca obedece a equacao:
n1 sin(π2−ϕ)≥ n0 (1)
onde ϕ e o angulo de lancamento e o angulo de aceitacao θ dado pela equacao:
sinϕ = n1 sinθ (2)
17
de onde sera obtida a condicao crıtica para a reflexao interna total:
θ ≤ sin−1√
n21 −n2
0 ≡ θmax (3)
aqui θmax denota o angulo maximo de aceitacao; tambem e conhecido como abertura numerica
(NA).
A diferenca do ındice de refracao entre a casca e o nucleo e tipicamente na ordem de
n1 −n0 = 0,01. Portanto a equacao 3 pode ser aproximada para resultar:
θmax ∼=√
n21 −n2
0 (4)
A diferenca relativa entre os ındices de refracao n1 e n0 e definida pela diferenca
relativa de ındice de refracao:
∆ =n2
1 −n20
2n21
∼=n1 −n0
n1(5)
qual e comumente expressado como um percentual. A abertura numerica NA e relacionada a
diferenca relativa de ındice de refracao por:
NA = θmax ∼= n1√
2∆ (6)
2.2 FORMACAO DE MODOS GUIADOS
No modelo geometrico de propagacao, cada modo guiado e associado com um distinto
angulo de propagacao, representado na figura 2 ,retirada de (OKAMOTO, 2006), para um guia
planar.
Figura 2: Frente de fase do feixe de luz guiada em suas fases no guia de onda com diametro de 2a,retirada de (OKAMOTO, 2006).
Consideremos um feixe de propagacao ao longo do eixo z com uma inclinacao ϕ . A
18
frente de onda (fase) e perpendicular ao feixe de luz. O comprimento de onda e o numero de
onda da luz no nucleo sao λ/n1 e kn1 (k = 2π/λ ), respectivamente, onde λ e o comprimento
de onda da luz no vacuo. As componentes vetor de onda ao longo dos eixos z e x sao dadas por:
β = kn1 cosϕ (7)
κ = kn1 sinϕ (8)
Para um melhor entendimento da formacao de modos guiados, consideremos a
mudanca de fase que acontece na interface nucleo casca. O coeficiente da reflexao total para o
campo eletrico polarizado na direcao perpendicular ao plano de incidencia, conforme figura 3,
e dado pela expressao:
r =Ar
Ai=
n1ssinϕ + j√
n21 cos2 ϕ −n2
0
n1ssinϕ − j√
n21 cos2 ϕ −n2
0
(9)
Escrevendo o coeficiente de refexao r como r = exp(− jϕ), o valor da fase Φ e obtido,
utilizando a equacao 5.
Φ =−2tan−1
√n2
1 cos2 ϕ −n20
n1ssinϕ=−2tan−1
√2∆
sin2 ϕ−1 (10)
A diferenca de fase entre os dois raios pertencendo ao mesmo plano, mostrados na
figura 3, com propagacao de P para Q, nao deve sofrer a mudanca por reflexao. No entanto o
raio RS, com propagacao de R para S, e refletido duas vezes nas interfaces.
Figura 3: Esquematico de interface em refleao total de uma onda plana em uma interfacedieletrica, onde mostra o feixe incidente e refletido, retirada de (OKAMOTO, 2006).
Os pontos P e R ou Q e S possuem a mesma fase, o caminho otico PQ e RS deve ser
igual ou sua diferenca de fase ser um multiplo de 2π . A distancia entre Q e R e 2a/ tanϕ −2a tanϕ , a distancia entre os pontos P e Q pode assim ser calculada:
ℓ= (2a
tanϕ−2a tanϕ)cosϕ = 2a(
1sinϕ
−2sinϕ) (11)
19
e a distancia entre os pontos R e S pode ser expressa por:
ℓ2 =2a
sinϕ(12)
A condicao de casamento de fase para o caminho otico PQ e RS pode entao ser escrita:
(κn1ℓ2 +2ϕ)−κn1ℓ1 = 2mπ (13)
quando m e um inteiro. Substituindo as equacoes 12 e 10 na equacao 13 e obtido a condicao
de propagacao para o angulo ϕ :
tan(κn1asinϕ − mπ2
) =
√2λ
sin2 ϕ−1 (14)
A equacao 14 mostra que os angulos de propagacao sao discretizados e determinados
pela estrutura do guia de onda e do comprimento de onda λ da fonte de luz. A distribuicao do
campo otico que satisfaz a condicao de casamento de fase e chamada modo.
A figura 4 (OKAMOTO, 2006) mostra um esquema para a formacao do modo
fundamental (a) e do modo de maior ordem (b), pela interferencia de ondas. Nessa figura a
linha cheia representa a fase positiva e a linha tracejada representa a fase negativa.
Figura 4: Esquematico de formacao de modos. (a) Modo fundamental com m = 0, (b) Modo demais alta ordem com m = 1, retirada de (OKAMOTO, 2006).
20
A amplitude do campo eletrico tem maximos e mınimos nos pontos em que duas fases
positivas e negativas respectivamente, fazem interferencia.
Ja a amplitude do campo eletrico fica praticamente nula proximo a interface nucleo
casca, visto que as fases positivas e negativas se cancelam mutualmente.
A variavel β , apresentada na equacao 7, tambem chamada de constante de propagacao
(longitudinal), e discreta.
O modo tem um angulo mınimo ϕ satizfazendo a equacao 14, com m = 0, este modo
e o modo fundamental. Os outros modos, com angulos ϕ maiores, sao chamados de modos
superiores, com m ≥ 1.
Contudo a distribuicao do campo ao longo da direcao de x corresponde a uma onda
estacionaria, e varia periodicamente ao longo da direcao do eixo z, com o perıodo λp =
(λ/n1)/cosϕ = 2π/β
Como n1 sinϕ = sinϕ ≤√
n21 −n2
0 (equacoes 1 e 3 ) e obtido o angulo de propagacao.
Introduzindo o parametro:
ξ =sinϕ√
2∆(15)
O casamento de fase referido na equacao 12 pode ser reescrito como:
kn1a√
2∆ =cos−1 ξ +mπ/2
ξ(16)
O termo a esquerda na equacao 15 e conhecido como frequencia normalizada, e pode
ser expressado por:
υ = kn1a√
2∆ (17)
Quando usada a frequencia normalizada υ , as caracterısticas de propagacao do guia de
onda podem ser tratadas de forma generica. A relacao entre υ e ξ , e chamada de equacao de
dispersao. A figura 5, retirada de (OKAMOTO, 2006),mostra as curvas de dispersao do guia
de onda planar.
O ponto de intersecao entre η = (cos−1 ξ +mπ/2)/ξ e η = υ fornece o ξm para cada
modo m, e a constante de propagacao βm e obtida com as equacoes 7 e 13.
A figura 5 mostra o modo fundamental (m = 0), quando υ < υc = π/2, onde υc
21
determina a condicao mono modo para o guia de onda planar.
Figura 5: Relacao de dispersao de uma guia de onda planar com m variando de 0 a 5, retirada de(OKAMOTO, 2006).
2.3 GUIA DE ONDA NO MODELO ELETROMAGNETICO
Um guia de ondas dieletrico e uma estrutura que tem objetivo de direcionar a
propagacao de energia, na forma de ondas eletromagneticas, atraves do confinamento das
mesmas em uma regiao de ındice de refracao maior que aquele do meio envoltorio.
O princıpio fısico que produz o confinamento, guiamento, e a reflexao interna total.
As fibras oticas sao os guias de ondas dieletricos mais comuns, circuitos oticos integrados de
comunicacoes oticas fazem largo uso deste tipo de dispositivos.
A tecnologia de circuitos oticos integrados e utilizada, por exemplo, na geracao de
luz em lasers ou dıodos emissores de luz, em dispositivos divisores de energia, componentes
para combinacao, isolamento, polarizacao de luz, acoplamento, deteccao, como fotodiodos, e
de permuta.
Guias de onda oticos providenciam a conexao entre os diversos modulos funcionais
22
(OKAMOTO, 2006).
Na figura 6 sao apresentadas as configuracoes mais comuns de um guia otico, planar e
em canal. Uma vez que o princıpio que possibilita o guiamento de luz e o mesmo em ambos os
casos, sera apenas utilizado o guia planar na exposicao a seguir:
Figura 6: Diferentes configuracoes de guias de onda, sendo o primeiro planar e o segundo emcanal.
Os guias de ondas oticos podem subdividir-se em duas categorias, passivos que
possuem caracterısticas estaticas relativas as ondas eletromagneticas tais como divisores em Y,
acopladores direcionais ou guias, e ativos - dispositivos funcionais que podem exercer controle
sobre a radiacao, por exemplo: moduladores electro-oticos ou amplificadores oticos. Neste
trabalho trataremos apenas de guias passivos em canal.
Na figura 7 mostra-se as diferencas de ındice de refracao, que promovem guiamento
de luz dentro do nucleo do guia.
Figura 7: A direita visao lateral de guia e ındice de refracao, no centro estrutura basica deguiamento envolvendo nucleo e casca com diferencas de ındice de refracao representadas pelodegrau mostrado no lado direito da figura de onda plana.
Os guias de onda tıpicos podem tambem ser modelados - em modo mais exato - pela
teoria eletromagnetica, a partir das equacoes de Maxwell, dado na equacao 18, e da equacao de
onda (OKAMOTO, 2006).
Nessa descricao um dispositivo mostra a propagacao de diversos modos guiados, isto
e, diversas configuracoes de campo. Um modo e dito, TE (campo eletrico transversal) se nao
23
houver correspondente do campo eletrico considerando a direcao de propagacao (Z) e TM
se isso ocorrer para o campo magnetico. Isto e, os campos terao, respectivamente, apenas
componentes transversais a direcao de propagacao.
∮B · ds = µ0i+µ0ε0
ddt
∫E ·dAε (18)
Considerando os modos TE, a equacao que governa sua propagacao e obtida a partir
das equacao de onda (Helmholtz), resultando em:
∂ 2Ey
∂x2 = (β 2 −ω2εµ)Eyε (19)
com β = k0n1sin(θ1), sendo k0 o modulo do vetor de onda no vacuo, ω a frequencia angular,εa permissividade eletrica e µ a permeabilidade magnetica. Essa equacao de onda relaciona o
campo transversal com a constante de propagacao β , sendo validada nas tres regioes do guia, a
casca, o nucleo e o substrato base. Para simplificar, faz-se a substituicao ω2εµ = k20n2, sendo
k0 o modulo do vetor de onda da radiacao.
Na solucao da equacao 19, em conjunto com as equacoes de Maxwell (para obter
as demais equacao de campo) e com as condicoes de contorno para os campos resulta nas
componentes de modo TE. A equacao caracterısticas relacionando β ao perfil de ındice de
refracao:
(υ2 −µ2)1/2 = µ tan(µ −ωπ2) (20)
com υ = ω√
ν2k20 −β 2; w = 0, 1, 2, ....
Resolvendo a equacao 20 obtem-se um grafico semelhante ao da figura 5. Para o
modo fundamental (w = 0, maior valor de β ) a solucao para as componentes de campo pode ser
escrita como:
∇xE =−µ0∂ H∂ t
(21)
∇xH = ε0n2 ∂ E∂ t
(22)
onde n e o ındice de refracao. As ondas de propagacao em guias planos tem a seguinte forma:
24
E = E(x,y)e j(ϖt−β z) (23)
H = H(x,y)e j(ϖt−β z) (24)
substituindo a equacao 30 e 24 nas equacoes 28 e 29, btemos as seguintes componente do campo
eletromagnetico:
∂Ez∂y + jβEy =− jϖµ0Hx
− jβEx − ∂ Ez∂x =− jϖµ0Hy
∂Ey∂x
∂Ex∂y =− jϖµ0Hz
(25)
∂Hz∂y + jβHy = jϖε0n2Ex
− jβHx − ∂Hz∂x = jϖε0n2Ey
∂Hy∂x
∂Hx∂y = jϖε0n2Ez
(26)
Nos guias de onda, o campo eletromagnetico Ex e Ez nao tem dependencia do eixo y.
Contudo ∂E/∂y = 0 e ∂E/∂y = 0. Colocando esta relacoes nas equacoes 25 e 26, dois modos
eletromagneticos independentes sao obtidos, e sao chamados modo TE e modo TM. O modo
TE e satisfeito pela equacao:
d2Ey
dx2+(k2n2 −β 2) = 0 (27)
onde
Hx =−βwµ0
Ey (28)
Hz =− jµ0
dEy
dx(29)
Ez = Ex = Hy = 0 (30)
Hx e Hy representam respecxtivamente as componentes do campo magnetico para o
eixo x e y. Expressoes analogas podem ser obtidas para os modos TM.
Na figura 8 estao esquematizados os tres primeiros modos TE, onde pode
25
ser visualizacao dos campos evanescentes dos tres modos representados por T1, T2, T3
respectivamente modos de primeira, segunda e terceira ordem.
Figura 8: Esquematico com configuracoes de guias de onda em tres camadas onde mostra-se ostres primeitos modos TE e seus respectivos campos evanescentes.
2.4 PERDAS NA PROPAGACAO DE LUZ EM GUIAS OTICOS
Varios mecanismos causam perdas de energia no processo de propagacao de luz em
um guia de onda, tanto planar como em canal. Essas perdas normalmente estao relacionadas as
caracterısticas intrınsecas do guia e as imperfeicoes nos materiais. A atencao no processo de
guiamento otico e causado, conclusivamente, pelos mecanismos descritos a seguir:
Perdas por Espalhamento - Ocorrem por efeito de defeitos intrınsecos no interior ou
na superfıcie do material. Caso ocorram defeitos fısicos no material, variacoes de composicao
ou outros defeitos relacionados, ha uma maior ocorrencia de perdas por espalhamento.
O espalhamento de luz acontece quando a luz do feixe incidente se encontra com
irregularidades que as desviam, alterando o angulo de propagacao. Como consequencia, a
luz espalhada deixa o modo guiado, causando uma queda na intensidade da luz propagada.
Esses efeitos afetam negativamente no guiamento da luz confinada no guia. As perdas por
espalhamento superficial sao geradas pelas imperfeicoes da superfıcie, ja que superfıcies
totalmente lisas, do ponto de vista microscopico, sao muito difıceis de serem produzidas.
De maneira geral, as perdas por espalhamento no guia otico sao predominantemente
localizadas nas interfaces e estao associadas as irregularidades do material. Conforme
(HECHET, 1974), a atenuacao por espalhamento e diretamente proporcional a diferenca entre
os ındices de refracao entre a regiao de confinamento e as regioes de decaimento do modo
de propagacao, ou seja, a reducao no contraste do ındice de refracao reduz o efeito de
espalhamento, melhorando o casamento de impedancia entre os meios formando a interface.
As perdas por espalhamento sao dominantes nos guias dieletricos, onde a atenuacao
pode variar tipicamente entre 0,5 e 5 dB/cm.
26
Perdas por Absorcao - Ocorrem em materiais que absorvem parte da radicao
propagada. Nos materais dieletricos a absorcao pode ser considerada nula, se a presenca
de contaminantes no guia for desprezıvel (HECHET, 1974). Neste trabalho serao utilizados
materiais de composicao bem definida e assim as perdas por absorcao serao consideradas nulas.
Perdas por Radiacao - Envolvem a reducao da energia do modo guiado pela
possibilidade de parte da energia escapar do guia de onda nas interfaces. Esse tipo de perda
e relevante em sistemas com baixa eficiencia de confinamento (HECHET, 1974).
Perdas por Acoplamento - Em guias de onda, ocorrem ao lancar luz nas extremidades
do guia na conexao entre diversos dispositivos. Esse acoplamento depende das dimensoes
e espessuras envolvidas, dos ındices de refracao nas interfaces e dos modos envolvidos
(HECHET, 1974).
2.5 PRODUCAO DE GUIAS DE ONDA
Existem inumeras tecnicas de producao de guias de onda, a seguir discorremos
algumas destas tecnicas possıveis para sua manufatura. Dentre as mais utilizadas serao de
maior interesse a escrita direta e a de deposicao de filmes finos sao comumente utilizadas para a
construcao de mono e multicamadas. Em otica integrada, ambas sao uteis para fabricar diversas
partes do guia de onda como as camadas de isolamento, guiamento e cobertura de um guia
otico.
2.5.1 DEPOSICAO QUIMICA A PARTIR DA FASE DE VAPOR(CVD)
Na CVD teremos um ou mais tipos de gases reativos reagindo na superfıcie do
substrato, criando uma camada de filme fino sobre estas. A superfıcie do substrato deve ser
levada a uma determinada temperatura, em torno de 900 a 1100 ◦C, para favorecer a reacao e a
deposicao do filme (WOLF; TAUNER, 1990).
A energia necessaria para a reacao provem de diferentes fontes. No entanto a energia
termica e a mais utilizada. Os reatores CVD mais utilizados sao o de pressao atmosferica
(APCVD), baixa pressao (LPCVD), assistidos por plasma (PECVD) e com plasma remoto
(RPECVD) (WOLF; TAUNER, 1990).
27
2.5.2 DEPOSICAO FISICA (PVD)
Na PVD, um material e transferido de uma fonte solida, num ambiente de baixa
pressao, para um substrato. A deposicao pode ser realizada pela evaporacao em alto vacuo
do material fonte do filme (evaporacao termica), por um feixe de eletrons com alta energia
que bombardeia o material a ser evaporado (evaporacao por feixe de eletrons) ou ainda pelo
mecanismo de ejecao de material de uma superfıcie (alvo) pelo bombardeamento de partıculas
com alta energia (WOLF; TAUNER, 1990).
2.5.3 DEPOSICAO QUIMICA A VAPOR ASSISTIDA POR PLASMA N(PECVD)
A deposicao quımica a vapor assistida por plasma N(PECVD) e uma tecnica de
deposicao de filmes finos gerados a partir de reacoes quımicas de gases que contem os elementos
necessarios para a formacao do material (BRECHT; GAUGLITZ, 1997). Nesta tecnica, parte da
energia gerada pelo diferencial entre dois eletrodos, provoca uma descarga eletrica que rompe
as moleculas gasosas que estao em circulacao pela camara de deposicao.
Os filmes utilizados nos guias de onda podem ser fabricados pelo deposito a partir de
um reator de plasma direto, com eletrolitos de acoplamento capacitivo do tipo triodo (CRIADO,
2003). Os eletrodos sao acoplados a um gerador de potencia de RF e ao substrado, depois
aquecido por resistencia atraves de um controlador de temperatura.
Na camara de deposicao sao acoplados dois sistemas de vacuo, um para limpeza inicial
da camara (alto- vacuo da ordem de 10−6 Torr.) e o outro para a etapa de deposicao. Esse
sistema e utilizado para reduzir as quantidades de contaminantes, existentes na camara antes
da deposicao, que possam comprometer as caracterısticas do filme. A camara permanece em
vacuo por aproximdamente 10−6 Torr. durante algumas horas antes da deposicao.
2.5.4 ESCRITA DIRETA
Pulsos de laser femtosegundo sao geralmente utilizados como uma ferramenta de
medicao de intervalos de tempo ultra-curto e para comunicacao otica ultra-rapida, tais como
a multiplexacao por divisao de tempo otico (OTDM), estudo de reacoes quımicas rapidas e
espectroscopia linear. Mais recentemente, tem sido tambem utilizado como ferramenta de
fabricao de micro-estruturas, pela alteracao estrutural no material (DAVIS, 2009).
A gravacao dos guias de ondas em canal pode ser efetuada pela escrita direta por
laser femtosegundo, como mostra a figura 9. Nessa tecnica, um feixe laser com pulsos de
28
femtosegundo e focado na amostra utilizando uma objetiva. A concentracao de energia no
ponto de foco favorece a densificacao da amostra, esta densificacao origina aumento do ındice
de refracao.
Figura 9: Figura simulando interacao do laser de femtosegundo com amostra vıtrea.
A tabela 1 mostra algumas vantagens, desvantagens e aplicacoes na producao de guias
de onda. A tecnica de escrita direta e a melhor para as amostras vıtreas pois demanda muito
menos infraestrutura para producao de guias.
Tabela 1: Vantagens, desvantagens e aplicacoes na producao de guias de onda.TIPO CVD PVD
VANTAGENS Simples Filmes mais uniformesDESVANTAGENS Cobertura de degrau ruim Custo elevado
APLICACOES Oxidos de baixa temperatura Oxidos de alta temperaturaTIPO PECVD ESCRITA DIRETA
VANTAGENS Alta taxa de deposicao Controle do processoDESVANTAGENS Contaminacao quımica Controle de escrita
APLICACOES Dieletricos sobre metal Amostras vıtreas
2.6 LASER DE FEMTOSEGUNDO
O uso dos lasers de pulso em femtosegundo apresenta aumento na sua utilizacao para
diversas aplicacoes em dispositivos oticos. Utilizando um foco de proporcoes diminutas do
feixe modifica-se o ındice de refracao do material, como resultado absorcao multipla de fotons.
Depois de diversos artigos,(SHAFFER, 2004; OSELLAME, 2005; WATANABE;
ITOH, 2004), demostrarem em experimentos a viabilidade da tecnica, diversos dispositivos
29
fotonicos foram fabricados.
Principalmente dispositivos em vidro, tais como acopladores, interferometros, grades,
estruturas 3D, guias ativos e outras estruturas que foram demonstradas em varios trabalhos.
Os pulsos de femtosegundo tem potencia de pico elevadas, mesmo que a energia
maxima por pulso seja baixa ( na ordem de 1 mJ / por pulso) e mantem as caracterısticas
ordinais do laser tais como coerencia espaco-temporal e direcionalidade elevada. Um laser de
femtosegundo, com pulso menores que 10 femtosegundos, tem potencia de pico na faixa de
terawatt (KATAYAMA, 2003).
Com pulsos de femtosegundos focados em materiais tem-se um campo eletrico
intenso(100TW/cm2), suficiente para produzir efeitos oticos nao-lineares, tais com absorcao
multi-foton, re-orientacao de dipolo e geracao de plasma e / ou fonons coerentes em varios
materiais.
As alteracoes no interior do vidro sao controladas por efeitos nao lineares, que
dependem da propriedade material, dos parametros de escrita, da potencia da energia de pulso
e velocidade da gravacao. Um mecanismo importante e a modificacao do ındice de refracao.
Ja foi sugerido que a modificacao do ındice e resultado da densificacao do vidro
contudo o mecanismo de modificacao do ındice nao tem uma resposta linear com a potencia
do laser emitida e este mecanismo ainda nao e completamente compreendido (STRELTSOV;
BORRELLI, 2002).
As perdas, os modos de acoplamento e as formas de acoplamento modal dependem
dos parametros da exposicao (WILL, 2002).
Por exemplo, a modificacao do ındice de refracao no vidro utilizando-se o laser foi
mostrada por (DAVIS, 2009).
Com o uso de um laser de 810 nm e uma objetiva para focar este feixe de luz, os autores
conseguem alteracoes visıveis em diversos materiais, tais como amostras de sılica, borato, vidro
sodo-calcico ou fluorzirconato.
2.6.1 CARACTERISTICAS DA GRAVACAO EM FEMTOSEGUNDO
O uso de lasers pulsados ultracurtos foi decisivo para o inıcio dos processos de
microfabricacao tridimensional de alta resolucao, devido a interacoes nao-lineares entre a
radiacao e a materia.
Para desagregar estas interacoes sao necessarias intensidades elevadas, as quais podem
30
ser obtidas com lasers de pulsos ultracurtos, focados num volume de dimensoes reduzidas
(MISAWA; JUODKAZIS, 2006).
Sao utilizados lasers nos comprimentos de onda nos quais os materiais sao
transparentes para permitir alteracoes em profundidade e possibilidade da criacao de estruturas
tridimensionais (MADOU, 1998).
A alta resolucao inerente aos processos de absorcao nao-linear resulta em apenas a
parte central do volume focal ter intensidade suficiente para ultrapassar o limiar do efeito
pretendido, conforme a figura 10.
Figura 10: Comparacao do processo de absorcao linear produzido por um laser contınuo com oprocesso de absorcao nao-linear produzido por um laser pulsado com alta potencia de pico.
O foco na regiao de interesse e fundamental para aumentar a densidade de energia,
dependendo, naturalmente, do tipo de laser (duracao dos impulsos, taxa de repeticao,
comprimento de onda, etc) (GATTASS; MAZUR, 2008).
O processo de alteracao de materiais usa lasers de dois tipos: num primeiro grupo,
osciladores laser que tipicamente emitem pulsos com taxas de repeticao em torno dos 80 MHz
e energia (por pulso) da ordem de alguns nanojoules ate dezenas de nanojoules.
No segundo grupo encontram-se os sistemas amplificados, que utilizam energias por
pulso da ordem dos milijoules e taxas de repeticao na ordem de ate centenas de quilohertz,
sendo estes os sistemas mais utilizados.
A principal diferenca entre os dois grupos de processos de alteracao de materiais por
lasers e que, nos sistemas com alta taxa de repeticao, o perıodo de tempo entre pulsos e inferior
ao tempo de dissipacao termica, pelo que existe um efeito cumulativo nao desprezıvel que
determina, na forma e volume, a regiao afetada pela exposicao ao laser.
Os lasers mais comuns sao os de titanio:safira que emitem no infravermelho proximo.
31
2.7 TEORIA DE MODOS ACOPLADOS
Para a producao de um acoplador direcional e necessario compreender os conceitos
basicos da teoria de acoplamento modal(OKAMOTO, 2006).
A figura 11 mostra a representacao de um acoplador, os canais superior e inferior, guias
oticos geralmente identicos, indicados como A e B.
Figura 11: Esquema de um acoplador direcional, onde A e B representam os canaiseletromagneticos.
A amplitude das ondas no guia de ondas eletromagnetica pode ser modelada
usando A(z) = a1 e B(z) = a2, com ou sem o acoplamento, com constantes de propagacao
independentes β1 e β2, no conceito de acoplamento:
∂a1
∂ z=− jβ1a1 (31)
∂a2
∂ z=− jβ2a2 (32)
Representada por κi j, a constante de acoplamento provoca mudanca nas condicoes de
propagacao conforme as equacoes de acoplador:
∂a1
∂ z=− jβ1a1 +κ12a (33)
∂a2
∂ z=− jβ2a2 +κ21a (34)
Agora, considerando propagacao bi-direcional com campos de entrada nao nulos,
a1(0) e a2(0), a solucao geral pode ser obtida:
32
a1(z) = [a1(0)(cosβ0z+ jδ
2β0)+
κ12
β0a2(0)sinβ0z] · e− j[(β1+β2)/2]z (35)
a2(z) = [a2(0)(cosβ0z+ jδ
2β0)+
κ21
β0a1(0)sinβ0z] · e− j[(β1+β2)/2]z (36)
onde β0 =√
δ 2
4 + |κ12|2 e δ = β1 - β2 e a diferenca entre as constantes de propagacao.
Supondo iguais as constantes de acoplamento, κ = κ12 = κ21, nao nulas e apenas campo
inicial na porta A pode-se simplificar as equacoes 35 e 36:
a1(z) = [a1(0)(cosβ0z+ jδ
2β0sinβ0z) (37)
a2(z) =κβ0
a1(0)sinβ0z (38)
As equacoes acima mostram o comportamento esperado para modos no acoplamento
entre picos de onda existindo uma defasagem finita δ .
Nessa aproximacao mais simples pode-se recuperar o comportamento do modo
acoplado nas equacoes:
a1(z) = a1(0)cosκz (39)
a2(z) = a1(0)sinκz (40)
E importante observar que o coeficiente de acoplamento e um dos parametros mais
sensıveis no presente estudo. E descrito pelo recobrimento entre os modos nos guias de ondas
adjacentes pela expressao:
κ ∝∫
NA2 Ea(x)Eb(x)dx (41)
onde Ea(x) e Eb(x) representam os modos transversais nos guias de ondas acoplados. κ tem
dependencia nao linear na separacao, uma vez que as intensidades diminuem exponencialmente
com a distancia.
A figura 12 ilustra como as ondas evanescentes podem ou nao interagir entre guias de
33
onda dependento principalmente de sua proximidade.
Figura 12: Interacao do campo evanescente, na parte superior guias em distancia superior a acaodo campo evanescente, na parte inferior guia proximos com interferencia do campo evanescente.
2.7.1 GUIAS DE ONDAS CURVOS
Os acopladores simetricos utilizados neste estudo incluem segmentos curvos
conectados a segmentos retos implicando em perdas a partir das curvas do guia de onda, para o
que e importante entender suas propriedades.
Diversos metodos tem sido aplicados a analise de perdas em estruturas de guia de ondas
curvos. Heiblum e Harris (HEIBLUM; HARRIS, 1975) utilizaram o mapeamento conforme
para transformar um guia de onda curvo em uma estrutura linear para estudar o modo de
propagacao e determinar suas perdas. A figura 13 de (HEIBLUM; HARRIS, 1975) ilustra
a transformacao do perfil de ındice, que e um transformacao conforme do plano xy para o plano
uv devido a curvatura do guia.
Figura 13: Mapa de transformacao do perfil do ındice pelo EIM, onde mostra qual ındice derefracao pode modelar uma guia de onda.
Nesse metodo, um guia de ondas planar curvo pode ser modelado usando o Metodo
34
do Indice Efetivo (EIM) como um guia de onda curvo em duas dimensoes contendo o meio de
propagacao. As condicoes de contorno para modos TE e TM sao utilizadas para encontrar o
ındice efetivo da estrutura.
Ao contrario dos guias de onda retilıneos, em guias de onda curvo a relacao de fase
para o campo otico guiado nao e constante ao longo da direcao de propagacao. Considerando
reflexoes internas totais, dentro de um guia de ondas curvo cada reflexao sobre a fronteira
exterior do guia de onda produz alguma perda no campo guiado.
Pode ser visto no trabalho de Berglund, (BERGLUND; GOPINATH, 2000), que a
perda na propagacao e representada pela parte imaginaria da constante β . Aperda para uma
curva de 90o com um raio de curvatura R2 pode ser dada pela equacao 4,342 · πR2Im(β ).Berblund obteve que a parte imaginaria β e devida as caracterısticas materiais, onde temos valor
de zero para um guia de onda retilıneo sem perdas, mostrando que nao ha perdas puramente pela
propagacao material.
A propagacao dos campos E e H pode ser resolvido no espaco uv, em conjunto com
as respectivas condicoes de contorno, definida por f (u0)|+− = f (u+0 )− f (u−0 ). As equacoes
retiradas de (HEIBLUM; HARRIS, 1975), governando esse caso sao:
∂ 2Ez
∂u2 +(κ2n2T M exp(
2uR2
)−β 2)Ez = 0 (42)
∂∂u
(1
n2T M
∂H∂u
)(κ2 exp(2uR2
)− β 2
n2T E
)Hz = 0 (43)
onde κ2, n, u com a descontinuidade de u0, as condicoes de contorno a serem satisfeitas sao:
T E =
{|Ez(u0)|+− = 0∂Ez(u0)
∂ u |+− = 0(44)
T M =
|Hz(u0)|+− = 01
n2T E
∂Hz(u0)∂u |+− = 0
(45)
A solucao foi obtida por (HEIBLUM; HARRIS, 1975), usando o WKB. O modo e
extraıdo da curva do exterior do guia de onda curvo e a energia e perdida por irradiacao.
Visivelmente as perdas do guia de onda curvo dependem do raio de curvatura, quanto
menor o raio, maiores serao as perdas. Kirematch (HEIBLUM; HARRIS, 1975) demonstrou
35
isso usando um modelo classico de analise analıtica em frequencia usando um modo baseado
nas funcoes de Bessel e Hankel. Resultados podem ser vista na figura 14, com perdas mais
acentuadas para maior raio de curvatura.
Figura 14: Solucao do modo tranversal usando o metodo WKB, feito por Kirematch (HEIBLUM;HARRIS, 1975)
2.8 ACOPLADOR DIRECIONAL
Acopladores oticos sao dispositivos passivos que fazem casamento de luz atraves de
guias de onda ou fibras oticas. Desempenham um papel importante nas aplicacoes para sistemas
e dispositivos fotonicos. Acopladores oticos podem ser utilizados em diversas aplicacoes,
desde o guiamento otico no acoplamento de diferentes dispositivos ou em dispositivos como
conversores de polarizacao, conversores de modo, divisores de feixe guiados, combinadores
de feixe, acopladores direcionais, filtros de comprimentos de onda, multiplexadores de
comprimento de onda e outros mais.
2.8.1 ACOPLADOR DIRECIONAL SIMETRICO
No acoplador direcional simetrico ideal os dois guias de onda sao identicos e os modos
sempre estao em fase, para um comprimento de interacao e a razao de potencia acoplada e dada
por:
36
η = sin2 |κ |l (46)
Para um acoplamento ser 100% eficiente, η = 1, e o comprimento de acoplamento e
definido por:
lc =π
2κ(47)
onde κ representa ındice de acoplamento e l representa o comprimento de acoplamento.
Para uma tranferencia total de energia entre os guias, o comprimento do acoplador deve
ser multiplo de lc, l = (2n+1)lc com n = 1, 2,3, ..., ja para transferencia de 50% da energia de
um guia para o outro, e necessario l = (n+1/2)lc, onde n = 1, 2, 3, ..., e no mınimo lc/2.
Quando luz e lancanda na entrada dos guias de onda que compoem o acoplador e o
resultado e uma divisao igual nas duas saıdas dos guias de onda, temos entao um coplador -3dB
ou tambem chamado acoplador 50 : 50.
Qualquer razao de acoplamento desejada pode ser obtida escolhendo adequadamente
o comprimento do acoplador para um dado valor de κ ou escolhendo um valor adequado de κatraves da concepcao do acoplador para um determinado comprimento.
Na pratica, essas mudancas podem ser criadas atraves de efeito electro-otico, sendo
controlavel por meio de uma tensao (ou corrente) aplicada externamente, defeitos oticos nao
lineares ajustaveis com a potencia otica em guias de onda ou atraves de quaisquer outros efeitos
(termico, tensao mecanica) que causam alteracoes no ındice de refracao do meio do acoplador.
2.8.2 TECNICAS DE PRODUCAO DE ACOPLADORES
Nesta etapa descreveremos algumas tecnicas de producao de acopladores. Das tecnicas
descritas, a escolhida foi o modo de escrita direta utilizada para a producao dos prototipos.
2.8.2.1 TECNICA VARREDURA POR CHAMA
A tecnica varredura por chama e baseada na passagem de uma chama sobre duas fibras
enquanto sao puxandas . Essas fibras sao unidas com o uso da chama, tendo assim uma regiao de
interacao determinada. Para esta tecnica sao requeridos alto grau de controle dos mecanismos
que realizarao o puxamento das fibras. Diversos fatores podem afetar a fabricacao do acoplador,
desde as correntes de ar, pressao do gas queimado, que causam variacoes de temperatura por
37
consequencia, a nao uniformidade dos acopladores.
2.8.2.2 TECNICA DE LASER DE CO2
Tecnica demostrada por (DIMMICK, 1999), tem seu uso para fabricacao de
acopladores baseado na varredura de uma estrutura, com uso de laser de CO2 focado, o qual
provoca aquecimento e colimacao das fibras oticas pertencentes ao processo de fabricacao.
Essa tecnica e muito semelhante a tecnica de Varredura por Chama, sendo necessario
mecanismos com controle apurado para efetuar o puxamento das fibras, mas devido as
caracterısticas do laser, produz-se um melhor acoplador pois seu ponto de aquecimento e mais
focado.
Outra grande vantagem esta na possibilidade de variacao de temperatura na fabricacao
de acopladores. O aquecimento usando uma fonte de laser depende de muitos parametros, tais
como o coeficiente de absorcao, a energia do laser, o resfriamento da fibra e do tamanho do spot
do laser.
2.8.2.3 TECNICA DE AQUECIMENTO
Outra tecnica, mais utilizada na industria, para a fabricacao de acopladores depende de
aquecimento de secao uniforme usando um aquecedor eletrico resistivo e puxamento das fibras.
Devido ao calor da zona, esta tecnica nao tem controle da forma, embora a
sensibilidade aos fatores ambientais e reduzida.
A qualidade dos acopladores e essencialmente dependente do delineamento do forno,
e a uniformidade da temperatura ao longo do comprimento da regiao da aquecimento.
2.8.2.4 ESCRITA DIRETA
A tecnica de escrita direta consiste na exposicao de partes da amostra a regiao focal do
laser, produzindo assim diversas alteracoes estruturais no material.
Varios processos foram demonstrados para a producao de acopladores direcionais.
Conforme (MINOSHIMA, 2002), (EATON, 2006), foram produzidos diversos dispositivos
com a utilizacao do laser de femtosegundo, energias de pulso acima de 20 nJ e velocidade
de gravacao de 10 mm/s.
Para o acoplador mostrado na figura 15, medidas do comprimento L e da distancia
38
de separacao d, determinam a relacao de acoplamento. Foram realizados dispositivos com
varios comprimentos de interacao entre 8 a 12 µm, cujos resultados sao mostrados na figura 16
(MINOSHIMA, 2002).
Figura 15: Na parte superior mostra-se uma fotografia do acoplador e na parte inferir umesquematico das proporcoes do acoplador.
Conforme esperado, a relacao de acoplamento varia de forma mais rapida para uma
menor secao de interacao e mais lentamente para uma maior. Isso e consistente com a teoria e
esta diminuicao do coefiente de acoplamento resulta em um aumento do perıodo de oscilacao
com a dimensao da secao de interacao.
Figura 16: (a) Comprimento de batimento 8 µm(b) Comprimento de batimento 10 µm (c)Comprimento de batimento 12 µm
Na figura 16 de (MINOSHIMA, 2002) sao mostrados os desvios entre o modelo
39
teorico e a determinacao experimental em dispositivos diferentes, cada um com comprimentos
de batimento variando entre 8 a 12 µm. Mostra-se a variacao da razao de acoplamento em cada
dispositivo e a razao de acoplamento de um deles em funcao do comprimento de onda.
2.8.3 ESTRUTURA DO ACOPLADOR
2.8.3.1 CALCULO DA CURVATURA DO GUIA DE ONDA
Para o calculo da curvatura do guia de onda foi utilizada da identidade trigonometrica
fundamental para o teorema de Pitagoras, com pode ser visto na figura 17 em termos de funcoes
trigonometricas.
Figura 17: Analise do angulo de curvatura utilizando a identidade trigonometrica fundamental.
Matematicamente, a identidade trigonometrica fundamental obtidas pela figura 17:
sin2 Θ+ cos2 Θ = 1 (48)
com as identidades
1+ tan2 Θ = sec2 Θ (49)
e
1+ cot2 Θ = csc2 Θ (50)
sao obtidos usando algebra elementar, dividindo ambos os membros da identidade
trigonometrica fundamental por cos2 Θ e por sin2 Θ, respectivamente. Utilizando a definicao
elementar das funcoes trigonometricas em termos dos lados de um triangulo retangulo obtemos:
cosΘ =CAHIP
(51)
sinΘ =COHIP
(52)
40
Levando em consideracao trabalhos correlatos, o raio de curvaruta e estipulado em
13,33mm, esse valor tem como referencia os trabalhos correlatos (DAVIS, 2009; WILL, 2002;
MINOSHIMA, 2002), onde a aplicacao tem medidas de comprimento total do guia em 12 mm
e raio de curvatura em 50mm, sabendo que este raio representa a hipotenusa da identidade
trigonometrica fundamental, e tendo um grau maximo para o angulo de entrada em 3o, calcula-
se
sin3o = 0,9986
cosΘ =CA
13,33CA = 13.3177mm (53)
sin3o = 0,5233
sinΘ =CO
13,33CO = 0,6976mm (55)
41
3 MATERIAIS E METODOS
3.1 EXPERIMENTO
Nesta secao sao mostrados os criterios e metodos utilizados para registrar e caracterizar
guias de onda e acopladores direcionais, incluindo os aspectos de programacao utilizados.
Tambem mostraremos como foi realizado o experimento, desde os testes em vidro sodo-calcico
(Cornning 2947) e sılica fundida, passando pela criacao de guias de ondas em sılica fundida ate
a criacao de acopladores direcionais em vidro sodo-calcico. A na figura 18 mostra banca de
trabalho com laser de femtosegundo em destaque.
Figura 18: Laser de femtosegundo marca LIBRA utilizado neste trabalho.
O experimento e constituıdo por um laser femtosegundo (LIBRA), que opera a 800nm
que permite impulsos na frequencia de 1000Hz. O feixe laser e encaminhado para uma objetiva
de microscopia (10x), conforme figura 19, atraves de varios filtros (LMR 1/M que restringe a
42
passagem em 10,6% ) e um disco (que permite uma passagem de 10 % a 92% da energia). Com
o auxılio de um posicionador manual (NEWPORT ULTRAlign 561-D-M) e possıvel controlar
a distancia da objetiva da amostra, e assim, focar convenientemente o feixe na mesma.
Figura 19: Objetiva de 10x em posicao para gravacao pelo NanoMax.
A amostra e deslocada por um nanoposicionador de tres eixos de translacao que sao
controlados atraves do software de controlador, desenvolvido para realizar esta funcao, para
ajuste da velocidade de varredura e posicionamento do feixe sobre a amostra. Um esquema do
sistema de gravacao e apresentado na figura 20.
Figura 20: Esquematico mostrando a montagem do experimento, onde aparecem os laser, ocontrolador e a interface de controle.
43
Para melhorar o guiamento e facilitar a verificacao de acoplamento, fez-se o polimento
da face de entrada e de saıda da amostra conforme figura 21.
Figura 21: Vista da face de entrada na amostra sodo-calcico mostrando o efeito do polimento nestasuperfıcie.
3.1.1 CARACTERIZACAO DE GUIAS DE ONDA
A caracterizacao dos guias de onda foi realizada para verificar a capacidade de
guiamento da luz nas estruturas. O experimento esta baseado na focalizacao de uma fonte de
luz atraves de uma objetiva de microscopio com ponto focal direcionado para a estrutura a ser
analisada. Na outra extremidade esta posicionada outra objetiva de microscopio, para receber e
colimar a luz que sai da estrutura. Este feixe de luz e direcionado para um medidor de perfil de
intensidade, no qual e feito sua deteccao, processamento e registro do perfil do campo proximo.
As objetivas de microscopio, na posicao de entrada e de saıda, sao montadas sobre
bases de translacao tridimensionais (NEWPORT ULTRAlign 561-D-M). As amostras de vidro
sodo-calcico e sılica fundida sao posicionadas sobre uma base de translacao bidimensional
(NEWPORT ULTRALIGN 561-D-M). Uma fonte de luz de potencia variavel com comprimento
de onda no vermelho (635 ηm) e utilizada para caracterizacao. O alinhamento otico do
experimento de acoplamento consistiu das seguintes etapas retiradas de (CHIAMENTI, 2012):
• O alinhamento entre o feixe da fonte de luz e o medidor de perfil de intensidade do feixe;
ajustando o alinhamento para que o ponto maximo de intensidade do feixe estivesse na
coordenada (0,0) do medidor de perfil do feixe. Apos este alinhamento as posicoes da
fonte de luz e do medidor de perfil foram mantidas constantes nas direcoes x e y, durante
os experimentos;
• Inclusao da objetiva de microscopio de entrada e alinhamento desta via posicionando no
ponto maximo do perfil transmitido pela objetiva na coordenada (0,0) do medidor de perfil
do feixe, sendo deslocada somente a objetiva de entrada para tal alinhamento;
• Inclusao da objetiva de microscopio de saıda e alinhamento conforme descrito no item
2, porem, deslocando somente a objetiva de saıda (a distancia entre as objetivas foi pre-
44
definida somando a distancia focal das respectivas objetivas mais o comprimento do guia
de onda a ser acoplado no sistema);
• Alocacao das amostras, inicialmente posicionado de tal forma que o feixe da fonte de
luz estivesse distante dos guias. Assim, pode-se alinhar a amostra observando-se o pico
maximo do perfil medido, continuava na coordenada (0,0). Qualquer mudanca desta
posicao indica um desalinhamento da amostra, sendo necessario ajustar sua alocacao;
• Translacao da amostra somente ao longo dos eixos x e y, visando alinhar cada um dos
guias para obtencao do acoplamento entre estes e o feixe da fonte de luz utilizada e;
• Ajuste das distancias das objetivas para correta localizacao do ponto focal destas nas
extremidades dos guias, bem como inclinacao da objetiva de entrada visando reduzir
efeitos de reflexao entre a amostra e as objetivas.
Para consolidar as informacoes dos acopladores verificou-se a saıda do vidro sodo
calcico sem nenhuma estrutura de guiamento em seu interior e o resultados da analise de
guiamento podem ser vista na figura 22 .
Figura 22: Perfil do campo proximo da amotra do vidro sodo calcico - Topo - Esquerda: Visao 3D,Topo - Direita: Vista Topo, Meio: Perfil no eixo X, Inferior: Perfil no eixo Y
45
Ainda com o intuito de comprovar as informacoes dos acopladores verificou-se a saida
do laser vermelho de 365 ηm sem nenhuma estrutura de guiamento em seu caminho e os
resultados da analise de guiamento podem ser vista na figura 23 .
Figura 23: Perfil do campo proximo do laser 365nm - Topo - Esquerda: Visa 3D, Topo - Direita:Vista Topo, Meio: Perfil no eixo X, Inferior: Perfil no eixo Y
3.1.2 EQUIPAMENTOS LABORATORIO DE FOTONICA
3.1.2.1 CONTROLADOR E POSICIONADR MONO EIXO
O controlador MM3000 foi utilizado no estagio inicial de registro de estruturas com o
laser femtosegundo em materias das amostras (sodo-calcico e sılica fundida).
Esse controlador esta integrado com um posicionador NEWPORT M-UTM5PP.1
com motor de passo UE32PP, e dispoe de inferfaces serial RS-232C e IEEE488. Todas as
informacoes tecnicas aqui contidas foram retiradas do manual de operacoes (NEWPORT, 1995).
Devido ao uso da comunicacao serial, o controlador teve como interface o software
de comunicacao HYPERTERMINAL, disponıvel em algumas versoes do sistema operacional
Windows, com janelas mostradas nas figuras 24.
46
Depois de configurada a conexao RS232 Via HYPERTERMINAL, fica habilitada a
entrada de comandos manuais para controle do posicionador.
Figura 24: Configuracao da conecao para o software Hyperterminal.
Os principais comandos de linha requeridos para o controle do controlador MM3000.
A sintaxe de commando pode ser verificada no esquema da figura 25.
Figura 25: Sintaxe de comando do controlador MM3000.
Na tabela 2 estao referenciados e descritos os principais comandos de linha.
Tabela 2: Principais comandos de linha.COMANDO NOME DESCRICAO
AC set acceleration Define a a aceleracao e desaceleracao.VA set velocity Define a velocidade.DH define home Define posicao de inıcio.PA move to absolute position Move para posicao absolutaPR move to relative position Move para posicao relativa# emergency stop Parada de emergencia
3.1.2.2 CONTROLADOR E POSICIONADOR MULTI EIXO
O controlador e posicionador multi eixo, NanoMax serie 600, mostrado na figura 26,
tem como controlador o modulo BSC103,mostrado na figura 27, o qual possui uma configuracao
possıvel para dois ou tres canais de operacao. Foram utilizados dois controladores com
47
tres canais ativos para controlar seis atuadores do posicionador, informacoes aqui mostradas
foram retiradas do(THORLABS, 2010b). Esse tipo de controlador possui uma combinacao
de processadores de sinais digitais (DSP) com baixos nıveis de ruıdo analogico e interface de
comunicacao ActiveX c⃝.
Figura 26: Nano posicionador NanoMaxo600, com seis eixos programaveis, dos quais 3 sao eixosde deslocamento x,y e z, e os outros 3 eixos sao respectivamente os angulos de rotacao, retirada de(THORLABS, 2010b).
O posicionador NanoMax serie 600, tem seis eixos programaveis, dos quais 3 sao eixos
de deslocamento x,y e z, e os outros 3 eixos sao respectivamente os angulos de rotacao ao redor
dos eixos x, y e z. As dimensoes de trabalho dependem fundamentalmente do componente,
atuador DRV001, que sera logo detalhado.
Figura 27: Controlador BSC103, possui uma combinacao de processadores de sinais digitais(DSP) com baixos nıveis de ruıdo analogico e interface de comunicacao ActiveX retirada de(THORLABS, 2010a).
O nano posicionador tem estabilidade termica e resolucao maxima de 1.25 nm ou 0.06
48
arcsec, com um peso total, sem os atuadores, de 7kg, sua capacidade maxima de carga e de 1
kg, com velocidade maxima de 2,5 mms−1 e velocidade mınima de 1 mms−1.
Os atuadores DRV001, mostrado na figura 28, foram projetados para uso com
estagios Thorlabs (utilizando a NanoMax600), informacoes aqui mostradas foram retiradas de
(THORLABS, 2012). Quando concentrados por um controlador da serie BSC103 Thorlabs,
este atuador e capaz de velocidades maximas de 2,5 mm/sec e oferece 4 mm de curso. O motor
de passo e capaz de lidar com uma capacidade de carga de ate 22kg com uma repetibilidade
bidirecional de cerca de 0,5 µm.
Figura 28: Atuador DRV001 projetado para uso com estagios Thorlabs retirada de (THORLABS,2012).
O controlador tem potencia de 50W, utiliza a tecnologia de conexoes USB, tipo
plug-and-play , com objetivo de fazer o computador reconhecer e configurar automaticamente
qualquer dispositivo que seja instalado, eliminando a configuracao manual.
3.1.3 LINGUAGENS DE PROGRAMACAO
O ActiveX, baseado em plataforma Windows, e uma tecnologia independente de
linguagem que permite o desenvolvimento de aplicacoes personalizadas para automacao do
sistema de controle API fornecido pela fabricante das unidades de hardware , ThorLabs.
Ambientes de desenvolvimento apoiadas pela tecnologia ActiveX incluem o Visual
Basic, LabView, Borland C + + Builder, Visual C + +, Delphi, entre outros. A tecnologia
ActiveX tambem e suportado pelo .NET ambientes como Visual Basic, .NET e Visual C #.NET.
Os controles ActiveX sao uma forma especıfica de tecnologia ActiveX que fornecem
simultaneamente uma interface de programacao. Um controle ActiveX e fornecido para cada
49
tipo de unidade de hardware API para fornecer funcionalidade de controlador especıfico para o
desenvolvedor de software .
Devido as disponibilidade de tecnologia e conhecimento previo, foi escolhido o uso da
ferramenta Visual Studio 2011, mostrada pela tela inicial na figura 29, com base na linguagem
C ++, para a utilizacao da tecnologia ActiveX na interface de programacao do controlador
BSC103.
Figura 29: Tela de apresentacao do software compilador do programa, Microsoft Visual Studio2011.
3.1.4 DESCRICAO DO SOFTWARE
Todos os codigos implementados encontram-se no anexo. Em destaque mencionadas
algumas partes mais importantes da codificacao implementada. A figura 30 mostra a interface
de comandos onde podem-se destacar a programacao de algumas funcoes, inseridas nos
respectivos botoes START, STOP, HOME, ZERO, LINHA E ACOPLADOR, descritos na
sequencia:
• START - Inicia a comunicacao entre o software e o controlador BSC103.
• STOP - Encerra a comunicacao entre o software e o controlador BSC103.
• HOME - Define a velocidade de trabalho e posiciona os atuadores DRV001 na posicao
de zero.
50
• ZERO - Define a velocidade de trabalho e posiciona os atuadores DRV001 na posicao de
definida como zero para os eixos x, y e z e para os angulos de x, y e z.
• LINHA - Define a velocidade de inicial e desloca o atuador DRV001 ate posicao final de
curso para o motor de z.
• ACOPLADOR - Define a velocidade de trabalho e desloca os atuadores DRV001 para as
posicoes determinadas para os eixos x, y e z.
Figura 30: Tela de controle com a interface do controlador BSC103, onde aparecem todos os botoescriados para cada funcao especıfica.
Para iniciar o controle, primeiro e necessario iniciar uma comunicacao entre o software
de controle e o controladr BSC103, com o comando StartCtrl, o qual tem uma sintaxe
MOTOR.StartCtrl(); caso seja necessario interromper a comunicacao tem-se o comando
StopCtrl, o qual tem uma sintaxe MOTOR.StopCtrl(), isto e :
x_motor.StartCtrl();
x_motor.StopCtrl();
Apos estabelecer a comunicacao, o primeiro comando serve para parametrizar
velocidade e a aceleracao dos atuadores, com o comando SetVelParams, o qual tem uma
sintaxe MOTOR.SetVelParams (IDENTIFICACAO DO CANAL, VELOCIDADE MINIMA,
51
ACELERACAO, VELOCIDADE MAXIMA), na sequencia e feita uma verificacao inicial
dos atuadores, com o comando MoveHome, o qual tem uma sintaxe MOTOR.MoveHome
(IDENTIFICACAO DO CANAL, AGUARDO DO RETORNO DO METODO). Como
exemplo temos:
x_motor.SetVelParams(0, 0.0f, 5.0f,2.5f);
x_motor.MoveHome(0,false);
Foi implementado a programacao de uma funcao, inserida no botao ZERO, que tem a
funcao de parametrizar a velocidade, aceleracao e os deslocamentos.
Para definir-se uma posicao de trabalho para os atuadores, define-se que a velocidade e
aceleracao estarao em seu maximo, sua posicao para os motores sera de zero (0) e seus angulos
serao de tres (3) milimetros, devido as definicoes do fabricante.
Isto foi realizado com a seguinte sequencia de comandos inicada com o
comando SetVelParams e na sequencia o comando MoveAbsoluteEx, o qual tem uma
sintaxe MOTOR.MoveAbsoluteEx (IDENTIFICACAO DO CANAL, POSICAO ABSOLUTA
CANAL 1, POSICAO ABSOLUTA CANAL 2, AGUARDO DO RETORNO DO METODO).
Pode-se destacar que todos os motores tem uma mesma aceleracao maxima, mas o
motor do angulo do eixo y tem uma velocidade maxima menor que os demais motores. As
posicoes dos eixos e dos angulos ao redor podem ser verificadas na sequencia de comandos a
seguir:
x_motor.SetVelParams(0, 0.0f, 5.0f,1.5f);
y_motor.SetVelParams(0, 0.0f, 5.0f,1.5f);
z_motor.SetVelParams(0, 0.0f, 5.0f,1.5f);
x_angulo.SetVelParams(0, 0.0f, 5.0f,1.5f);
y_angulo.SetVelParams(0, 0.0f, 5.0f,1.0f);
z_angulo.SetVelParams(0, 0.0f, 5.0f,1.5f);
x_motor.MoveAbsoluteEx(0, 0.0f, 0.0f, false);
y_motor.MoveAbsoluteEx(0, 0.0f, 0.0f, false);
z_motor.MoveAbsoluteEx(0, 0.0f, 0.0f, false);
x_angulo.MoveAbsoluteEx(0, 3.0f, 0.0f, false);
y_angulo.MoveAbsoluteEx(0, 3.0f, 0.0f, false);
z_angulo.MoveAbsoluteEx(0, 3.0f, 0.0f, false);
52
Para produzir os guias de onda foi implementado a programacao, inserida no botao
LINHA onde se parametriza a velocidade, aceleracao e os deslocamentos para a realizacao de
uma linha utilizando apenas o eixo z.
Para tal move-se a amostra no eixo z da posicao zero (0) ate o final do seu curso
em quatro milımetros (4 mm), com os comandos SetVelParams e na sequencia o comando
MoveAbsoluteEx, conforme codigos a seguir:
z_motor.SetVelParams(0, 0.0f, 5.0f,1.0f);
z_motor.MoveAbsoluteEx(0, 4.0f, 0.0f,true);
Na construcao do acoplador fez-se necessario a criacao do botao ACOPLADOR, com
o qual se faz o controle agora de dois atuadores ao mesmo tempo para producao de uma
estrutura em duas dimesoes (2D). Utilizou-se os eixos y e z com os comandos SetVelParams e
na sequencia o comando MoveAbsoluteEx, conforme codigos a seguir:
y_motor.SetVelParams(0, 0.0f, 5.0f,1.0f);
z_motor.SetVelParams(0, 0.0f, 5.0f,1.0f);
y_motor.MoveAbsoluteEx(0, 4.0f, 0.0f, true);
z_motor.MoveAbsoluteEx(0, 0.2f, 0.0f, false);
y_motor.MoveAbsoluteEx(0, 0.062f, 0.0f, true);
y_motor.MoveAbsoluteEx(0, 0.0824f, 0.0f, false);
z_motor.MoveAbsoluteEx(0, 0.25f, 0.0f, true);
y_motor.MoveAbsoluteEx(0, 4.0f, 0.0f, true);
Nota-se uma alteracao principal no parametro AGUARDO DO RETORNO DO
METODO do eixo y, com o qual e possıvel que dois motores trabalhem simultaneamente para
produzir um padrao de curvatura.
3.1.4.1 IMAGEJ
O software ImageJ e de domınio publico, feito em Java, e tem a capacidade de
processamento e analise de imagem Aplicativo para download, em qualquer computador com
Java 1.5 ou maquina virtual superior. Distribuicoes estao disponıveis para download para
Windows, Mac OS X e Linux. Pode exibir, editar, analisar, processar, salvar e imprimir 8
bits, 16 bits e imagens de 32 bits. Carregar varios formatos de imagem, incluindo TIFF, GIF,
JPEG, BMP, DICOM, FITS e ”WAR”. Suporta ”stacks”(e hyperstacks), uma serie de imagens
que partilham uma unica janela e e multithreaded.
53
Calcula a area e as estatısticas de selecoes definidas pelo valor de pixel do usuario.
Mede as distancias e angulos. Criar histogramas de densidade e linha de perfil de enredos.
Suporta padrao de funcoes de processamento de imagem como manipulacao de contraste,
nitidez, suavizacao, deteccao de bordas e filtragem mediana.
Faz transformacoes geometricas, como escala, rotacao e flips. A imagem pode ser
ampliada ate 32: 1 e ate 1: 32. Todas as analises e as funcoes de processamento estao
disponıveis a qualquer fator de ampliacao. O programa suporta qualquer numero de janelas
(imagens) simultaneamente, limitado apenas pela memoria disponıvel. Uma calibracao espacial
esta disponıvel para fornecer medicoes dimensionais.
54
4 RESULTADOS
4.1 GUIAS DE ONDA
Apos as gravacoes foram testados todos os possıveis guias, para verificacao de
guiamento utilizou-se posicionadores da Newport disponıvel no laboratorio, o software de
analise THORLABS BP104-UV Beam Profiler e um laser de comprimento de onda em 635ηm.
Para a gravacao dos guias de onda foi utilizado o controlador MM3000 da Newport com os
parametros de gravacao listados na tabela 3.
Tabela 3: Principais parametros de gravacao dos guias de onda, energia, profundidade evelocidade.
Guia ENERGIA (µJ) PROFUNDIDADE (µm) VELOCIDADE (µm/s) GUIAMENTO1 1000 0 10000 nao2 1000 0,5 10000 nao3 250 0,7 5000 nao4 250 0,8 2500 sim5 250 1,1 1000 nao6 250 1,2 800 nao7 250 1,5 500 nao8 250 1,7 250 sim9 50 1,9 100 sim
10 250 2,1 1000 nao11 50 2,3 50000 sim12 250 2,5 5000 sim13 250 2,7 2500 nao14 250 2,9 1000 sim15 100 3,2 10000 sim16 100 3,1 5000 sim17 100 3,1 2500 sim18 100 3,1 1000 nao19 100 3,1 10000 nao20 100 3,1 5000 sim21 100 3,1 2500 nao22 100 3,1 1000 sim
Este parametros referem-se a energia de pico de gravacao, mensurada por medidor
55
posicinado apos os filtros LMR, a profundidade gravada, a partir da superfıcie de topo e a
velocidade de gravacao.
Foram produzidos diversos guias em sılica fundida dos quais alguns foram verificados
em funcao do guiamento da luz e comprovados como guias de onda. Todas as amostras
foram gravadas com o laser LIBRA - femtosegundo de 1 kHz com o auxılio de uma objetiva
microscopia de 10x e abertura numerica (NA) de 0,25.
Em detalhes na figura 31 mostram-se os posicionadores, as objetivas de entrada e
saıda, com ampliacao de 10x, com as quais se faz possıvel a verificacao de guiamento na
amostra de substrato sılica fundida.
Figura 31: Detalhe dos posicionadores, as objetivas de entrada e saıda tem ampliacao de 10x e saousadas para a verificacao de guiamento
Foram produzidos vinte e dois (22) guias no substrato de sılica fundida, fotos tıpicas
de microscopia com uma lente de 4x sao ilustradas na figura 32.
Figura 32: Guias de onda 1 a 13 na sılica fundida - A direita guias de onda de 6 a 13 - A esquerdaguias de onda de 1 a 8, fotos tıpicas de microscopia com uma lente de 4x
56
Guias de onda de numeracao 13 a 22, fotos tıpicas de microscopia com uma lente de
4x sao ilustradas na figura 33.
Figura 33: Guias de onda 13 a 22 na sılica fundida - A direita guias de onda de 18 a 22 - A esquerda-guias de onda de 13 a 20, fotos tıpicas de microscopia com uma lente de 4x
Dos vinte e dois (22) guias realizados, observou-se visualmente pelo espalhamento de
topo o guiamento de luz em onze (11) guias de onda, estes 50% de sucesso no meio experimental
considera-se bom resultados, dos quais destaca-se o guia 3, cujo perfil de campo proximo de
saıda e mostrado na figura 34.
Figura 34: Perfil do campo proximo do GUIA 3. Topo - Esquerda: Visao 3D, Topo - Direita: VistaTopo, Meio: Perfil no eixo X, Inferior: Perfil no eixo Y
57
Tambem pode-se destacar o guia 10, cujo perfil de campo proximo de saıda e mostrado
na figura 35.
Figura 35: Perfil do campo proximo do GUIA 10 . Topo - Esquerda: Visao 3D, Topo - Direita:Vista Topo, Meio: Perfil no eixo X, Inferior: Perfil no eixo Y
A baixa reprodutividade da producao dos guias deve-se a fatores de posicionamento
manual, permitindo assim, que guia fabricados com os mesmos parametros obtenham-se
resultados diferentes.
Os comandos de linha para o controlador MM3000 na criacao de guia de onda foram
relacionados na tabela 4 para o caso dos guias 4, 13, 17 e 21, com aceleracao de 2500 µm/s.,
variando os parametros de energia e profundidade conforme mostrado na tabela 3.
Tabela 4: Principais comandos de linha para criacao de guia de onda, dos quais em destaque avelocidade, aceleracao, movimentos relativos e absolutos.
COMANDO NOME COMANDO COMPLETOAC set acceleration 1AC50000VA set velocity 1VA2500DH define home DHPA move to absolute position 1PA0PR move to relative position 1PA10000
58
4.2 ACOPLADOR DIRECIONAL
Para verificar a possibilidade de fabricacao de um acoplador na amostra de vidro sodo-
calcico, fez-se em paralelo um guia de onda com a secao inicial do acoplador mostrado o perfil
de onda na figura 36.
Figura 36: Ferfil de campo proxim do Guia Sodo Calcico - Topo - Esquerda: Visao 3D, Topo -Direita: Vista Topo, Meio: Perfil no eixo X, Inferior: Perfil no eixo Y
Foram produzidas diversas amostras em vidro sodo-calcico das quais algumas foram
verificados guiamentos em seu interior e comprovados com acopladores.Todas as amostras
foram gravadas com o laser femtosegundo (LIBRA) de 1 kHz em amostras de vidro sodo-
calcico, com o auxılio de uma objetiva de microscopia de 10x, abertura numerica (NA) de 0,25.
Pode ser visto na figura 37 o esquematico das dimensoes do acoplador direcional.
Figura 37: Esquematico mostrando dimensoes em milımetros do acoplador direcional
59
Para a gravacao dos guias de onda na amostra em vidro sodo-calcico foi utilizado o
controlador BSC103 da ThorLabs e utilizou-se diversos parametros de gravacao, masapenas
dois parametros de gravacao relacionados na tabela 5 foram utilizados por serem os mais
adequados para obtencao de um melhor resultado final.
Tabela 5: Princiapais parametros de gravacao, em destaque a velocidade e aceleracao.ENERGIA (mW) VELOCIDADE (mm/s) ACELERACAO (mm/s)
100 1 5100 1,5 5
No detalhe da figura 38 podem ser vista as distancias entre os guias .
Figura 38: Acoplador em detalhe, aumento de 100x, mostrando distancias entre os guias
60
4.2.0.2 REGIAO DE ACOPLAMENTO
A regiao de acoplamento onde os guias de onda sofrem a interacao esta bem definida
na programacao da fabricacao do acoplador. Os guias de onda tem comprimento total de 4 mm
devido a limitacao de curso do atuador DRV001, a regiao de acoplamento tem 3,92 mm, devido
a programacao para o botao ACOPLADOR. Podem ser verificadas as gravacoes no substrato de
vidro sodo-calcico, conforme microscopia com uma lente de 4x na figura 39.
Figura 39: Acopladores 1 a 7 registrados em vidro sodo calcico, foto por microscopia com umalente de 4x
4.2.1 DIMENSOES DOS CANAIS
As dimensoes dos canais foram calculadas com base nas resultados obtidos no software
ImageJ, com isso temos guias com larguras em media 8,106 µm. Os canais podem ser
visualizados pela figura 40.
Figura 40: Dimensoes de amostra do acoplador 4, foto por microscopia com uma lente de 4x
61
Os valores para cada guia podem ser verificado na tabela 6
Tabela 6: Altura dos canais utilizando o software ImageJGuia CANAL A(µm) CANAL B(µm)
2 7,64 9,543 7,51 8,444 9,71 7,775 11,45 13,36
As alturas dos canais mostram que os acopladores direcionais obtidos nao serao
acopladores simetricos, portanto os perfis de campo proximo mostraram estas diferencas entre
canais. Os comprimentos de cada canal foram estimados por microscopia mostrado na figura
41.
Figura 41: Comprimentos dos canais obtidos por microscopia, foto por microscopia com uma lentede 10x
Na tabela 7 os valores dos comprimentos dos canais obtidos por microscopia.
Tabela 7: Comprimentos dos canais obtidos por microscopia, foto por microscopia com uma lentede 10x
Guia Tamanho (µm)L1 223,79L2 236,73L3 226,59
62
4.2.2 PERFIL DE CAMPO PROXIMO
Apos observado o guiamento fez-se o teste dos acopladores atraves das medidas de
perfil de campo proximo. O perfil de campo proximo pode ser visto na figura 42 da amostra do
acoplador 4.
Figura 42: Perfil de campo obtido no acoplado 4. Topo - Esquerda: Visao 3D, Topo - Direita: VistaTopo, Meio: Perfil no eixo X, Inferior: Perfil no eixo Y
A figura 43 mostra o perfil de campo proximo da amostra do acoplador 5.
Figura 43: Perfil de campo obtido no acoplador 5. Topo - Esquerda: Visao 3D, Topo - Direita:Vista Topo, Meio: Perfil no eixo X, Inferior: Perfil no eixo Y
63
Os resultados de perfil de campo proximo, mostram que os acopladores tem pequenas
diferencas entre os canais. Essas diferencas podem ser mensuradas verificando as dimensoes de
saıda em cada acoplador.
4.2.3 ENERGIA NA SAIDA DO ACOPLADOR
Conforme resultados de perfil de campo proximo, destaca-se as energias na saıda B dos
acopladores. Conforme figuras 44 que mostra o registro da energia de saıda obtido do acoplador
5.
Figura 44: Registro da energia de saıda obtido do acoplador 5, compilado e plotado no softwareOrigin
Compilado e plotado no software Origin, a figura 45 que mostra o registro da energia
de saıda obtido do acoplador 4.
Figura 45: Registro da energia de saıda obtido do acoplador 4, compilado e plotado no softwareOrigin
64
Utilizando a compilacao e plotagem pelo software Origin, as larguras a meia altura do
perfil de saıda com base no perfil de campo proximo mostrada na tabela 8 . Os comprimentos
dos guias obtidos pelo perfil de campo proximo mostra que os acopladores podem ter perfis de
acopladores simetricos e assimetricos.
Tabela 8: Largura a meia altura do perfil de saıda com base no perfil de campo proximoGuia 4 Comprimento (µm) Guia 5 Comprimento (µm)
A 217.35 A 174.08B 228.21 B 287.99
65
5 CONCLUSAO E TRABALHOS FUTUROS
5.1 CONCLUSAO
Com controle e entendimento das caracterısticas de criacao de guias de onda e
acopladores, foram produzidas amostras, com variacoes de intensidade do pulso de laser,
variacoes de velocidade e substratros utilizados. Foram registrados guias de onda mediante
programa do controlador MM3000, tambem registro de estruturas de acoplares mediante
programacao do controlador BCS103, com registro de estruturas retas e estruturas curvas.
Na sequencia foram feitas as analises de todas as amostras criadas. A inspecao visual
comprovou que a interacao dos pulsos do laser de femtosegundo, com energia de unidades
de micro joules, com os substratos,vidro sodo-calcico e sılica fundida, produzirao alteracoes
estruturais delimitadas nas proximidades do ponto focal do feixe do laser, estas alteracoes
puderam ser comprovadas pelas analise de microscopia confocal. Essas alteracoes foram
medidas utilizando a microscopia confocal.
As diferentes profundidades conjuntamente com as curvas as quais foram produzidas
tem fato predominante como indicativo de controle do metodo para gravacao deste programa
dentro da otica tridimensional. Observou-se visualmente o guiamento de luz nessas estruturas
devido ao espalhamento de luz. Com os parametros bem definidos foram realizadas as medidas
do perfil de campo proximo, que demonstraram a capacidade de guiamento otico das estruturas
produzidas por tecnica de escrita direta em vidro sodo-calcico e sılica fundida.
5.2 TRABALHOS FUTUROS
Devida a aquisicao de conhecimento e controle adquiridos como trabalhos futuros sao
indicados trabalhos relacionados em diversas areas de aplicacao, como a criacao de acopladores
assimetricos, dos quais ja se inicializou o estudo dos diversos fatores correlacinados para sua
producao.
Tambem pode-se citar a aplicacao de fendas ou lentes para obtencao de guias com
66
perfil transversal circular. Melhorando a programacao pode ser realizado um acoplador com
mais elementos curvos, tornando assim uma estrutura mais complexa.
Ainda pode ser explorado e investigado a capacidade de aplicacao otica dos guias
de ondas produzidos. Mais diretamente relacionada com a aplicacao ja, esta sendo criadas
estruturas tridimensinais (3D) para diversas aplicacoes que podem ser o cultivo de celulas
humanas, os Lab-on-a-chip (LOC), dispositivos criados em vidro com diversas funcoes e
diversos componentes para microfluıdica ou nanofluıdica.
67
REFERENCIAS
BERGLUND, W.; GOPINATH, A. Wkb analysis of bend losses in optcal waveguides. Journalof Lightwave Technology, v. 18, p. 8, 2000.
BRECHT, A.; GAUGLITZ, G. Recent developments in optical transducers for chemical orbiochemical applications. Actuat. B-Chem., v. 38, p. 1, 1997.
CHIAMENTI, I. Tese de Doutorado - Producao e Caracterizacao de Guias de Ondas oticosem Fluoreto de Litio. 2012.
CRIADO, D. P. S. Estudo e producao de filmes de oxinitreto de silicio (SiOxNy), pelatecnica de PEC. 2003. Universidade de Sao Paulo.
DAVIS, K. M. et al. Writing waveguides in glass with femtosecond laser. 2009. OpticsLetters. Acesso em: 8 de novembro de 2009.
DIMMICK, T. E. et al. Carbon dioxide laser fabrication of fused-fiber couplers and tapers.Applied Optics, v. 38, p. 6845–6848, 1999.
EATON, S. M. et al. Telecom-band directional coupler written witch femtosecond fiber laser.IEEE Photonics Technology Letters, v. 18, p. 2174–6, 2006.
GATTASS, R. R.; MAZUR, E. Nature photonics 2. 2008.
HECHET, E. Optics. [S.l.]: Wesley Publishing Company, 1974.
HEIBLUM, M.; HARRIS, J. H. Analysis of curved optical waveguides in optical waveguides.Journal of Lightwave Technology, QE-11, p. 2, 1975.
KATAYAMA, S. Study of Formation and Analysis of Structures Induced in Polymeric andAmorphous Materials by Irradiation of Near-Infrared Femtosecond Laser Pulse. 2003.
MADOU, M. Fundamentals of microfabrication. CRC Press, 1998.
MINOSHIMA, K. et al. Fabrication of coupled mode photonic devices in glass by nonlinearfemtosecond laser materials processing. Optics Express, v. 10, p. 645–652, 2002.
MISAWA, H.; JUODKAZIS, S. 3d laser microfabrication: Principles and applications. Wiley,2006.
NEWPORT. MM3000 Motion Controller Driver USERs MANUAL. 1791 Deere Ave Irvine,CA 92606, 1995.
OKAMOTO, K. Fundamentals of optical waveguides. [S.l.]: Elsevier, 2006.
OSELLAME, R. et al. Fabrication of 3D photonic devices ar 1.55 nm wavelenght byfemtosecond Ti:Sapphire oscillator. 2005. Electronics Letters. Acesso em: 8 de novembrode 2009.
68
SHAFFER, C. B. et al. Micromachining of bulk transparent materials usong nanojoulefemtosecond laser pulses. 2004. Acesso em: 8 de novembro de 2009.
STRELTSOV, A. M.; BORRELLI, N. F. Study of femtosecond-laser-written waveguides inglasses. Journal of Optical Society of AmericaB-Optical Physics, v. 19, n. 2496-2504, p.2496–2504, 2002.
THORLABS. BCS103 Benchtop Stepper Motor Controller - User Guide. Saint ThomasPlace, Ely Cambridgeshire CB7 4EX, 2010.
THORLABS. NanoMax TS 6-Axis Flexure Stage. 6 ed. Saint Thomas Place, ElyCambridgeshire CB7 4EX, 2010.
THORLABS. DRV001 - Stepper Motor Actuator. 1 ed. Saint Thomas Place, ElyCambridgeshire CB7 4EX, 2012.
WATANABE, W.; ITOH, K. Fabrication of photonic devices with femtosecond lasers. 2004.
WILL, M. et al. Optical properties of waveguides fabricated in fused silica by femtosecond laserpulses. Applied Optics, v. 41, n. 4360-4364, p. 4360–4364, 2002.
WOLF, S.; TAUNER, R. N. Silicon processing for the vlsi era. Springer, v. 1, p. 1, 1990.
69
ANEXO A -- CODIGO FONTE - VISUAL STUDIO
Colar CD
