TE-286 SensoresII Módulo: SensoresFotônicos › ~vilsonra › TE286_2018-1 › TE286_Aula03... · g1 w h Input port (E1) -j 1 R -j 1 direction of propagation Through port (E3) scattered

SENSORES FOTÔNICOS:

• Sensores a Fibra Óptica

• Giroscópio a Fibra Óptica

• Acelerômetros Optomecânicos

• Sensores Ópticos Integrados

TE-286 Sensores IIMódulo: Sensores Fotônicos

Aula 03 – 11 ABR 2018

Miscellanea

Aula-Visita ao Laboratório da EFO-S??

Avaliação: Lista01 (Aulas 01 e 02): resolução até o dia 13/04 às 23h59.

Lista02 (Aula 03): enviarei até 13/04. Resolução até 24/04.

Resolução das Listas de Exercícios: Envio da resolução por email, em arquivo DOC ou PDF.

Resposta baseada nas aulas e em pesquisa autônoma (individual) realizada pelo(a) aluno(a).

Tipicamente, entre 3 a 5 páginas. Pode ser 5, mas não 2 páginas.

Sensores a Fibra Óptica (Revisão)

MENSURANDOS:

Deformação/vibração (stress)

Pressão

Rotação (giroscópios/girômetros)

Aceleração (acelerômetros)

Temperatura

Líquidos/gases/pH

Identificação de substâncias químicas

etc.

Sensores a Fibra Óptica

DISPOSITIVOS SENSORES:

A própria fibra óptica como sensor

Grades de Bragg (Fiber Bragg Gratings)

Fibras torcidas (Twisted Fibers; Chiral

Fiber Gratings)

etc...

Acelerômetro Opto-Mecânico Baseado em Grades de Bragg em Fibras Ópticas

Projeto FINEP-AOM (IEAv)

O objetivo do Projeto FINEP-AOM é a pesquisa e odesenvolvimento de um acelerômetro triaxial comemprego destinado à navegação inercial. Esse tipo desensor possui diversas aplicações em automação deprocessos, robótica, mecatrônica, guiamentoautônomo, posicionamento de satélites e controle denavegação.

Ref. Dados: Maj Eng Rogério Moreira Cazo

FiberSensing & GaveaSensors

Projeto FINEP:Acelerômetro Opto-Mecânico (3 eixos)

Acelerômetro Opto-Mecânico baseado em FBG





Ref. Dados: Tese de Doutorado do Maj Eng Rogério Moreira Cazo










Ref. Dados: Maj Eng

Rogério Moreira Cazo






Acelerômetro Opto-Mecânico baseado em FBGVersão 2: Em fase de integração e testes. Fundo de escala projetado para ±15 g.

Versão 3: Em fase de concepção e fabricação.

Acelerômetro Angular Opto-Mecânico baseado em FBG

Estrutura mecânica do acelerômetro com espaço para posicionamento da fonte de luz e da eletrônica de apoioFonte: Dissertação Mestrado Ten Eng Matheus Minelli de Carvalho


massasísmica

FBG comprimida

FBG esticada

y z

x

fibras de sustentação

fibras de sustentação

fibras de medição do eixo z

a1 b1b

a

Rotação da massa sísmica em torno do eixo zFonte: Dissertação Mestrado Ten Eng Matheus Minelli de Carvalho


Fonte: Dissertação de Mestrado Ten Eng Matheus Minelli de Carvalho


Ensaio senoidal a 1Hz com arco de 20º com média móvel de 200 pontosFonte: Dissertação Mestrado Ten Eng Matheus Minelli de Carvalho

212sen t

Balança Opto-Mecânica baseada em FBG

Eduardo Alan de Andrade Cruz, Dissertação de Mestrado “SENSORES A GRADE DE BRAGG EM FIBRA ÓPTICA COM MODULAÇÃO DA FONTE DE LUZ”, ITA (2015).







Coffee Break

Optical Communication, Eric A. Swanson, MIT Lincoln Laboratory

g1 w

h

Input port (E1)

R -j1

-j1

direction of propagation

Through port (E3)

scattered light 1

1

-j2

-j2

2

2

g2

Add port (E4)

Drop port (E2)

A

D C

B

• Todos os parâmetros (i, i e neff) podem ser previamente calculados,

como funções explícitas de 0, R, gi, w e h, com aproximação por

função polinomial (ou outra melhor) na faixa de valores de interesse.

• Outros dispositivos são abordados de forma semelhante

Cavidade em anel

(Add-Drop)

Dispositivos Ópticos Integrados em Silício

iiii

eff

effeffeff

Rjk

CD

BC

Rjk

AB

DA

B

D

n

jnnk

eEE

EjEE

eEE

EjEE

EjEE

EjEE

eff

eff

,;

Im

Re

1

2

22

22

0

00

422

111

2422

1113

J. S. Foresi et . al., Nature 390, 143 (1997)C. Angulo Barrios, V. R. Almeida, et. al.

IEEE Phot. Techn. Lett., v. 16, p. 506, 2004


Modo verdadeiro (não-leaky)

40% da potência óptica pode ser guiada na região de baixo índice (gases, polímeros, pontos quânticos, etc)

Grande variedade de aplicações

Slot-Waveguide

V. R. Almeida, Q. Xu, C. A. Barrios, and M. Lipson, Optics Letters v. 29, pp. 1209-1211 (2004).Q. Xu, V. R. Almeida, R. R. Panepucci, and M. Lipson, Optics Letters v. 29, pp. 1626-1628 (2004).


• Silicon-On-Insulator (SOI)• E-beam lithography • Reactive Ion Etching (RIE)• SiO2 cladding (PECVD)

slot

Slot-Waveguide


Seção Transversal Slot-Waveguide


Seção Transversal

Slot-Waveguide


Dispositivos Compactos em Slot-waveguide

20

mm

siliconslot d =1.1mm

x

z

i1

Q. Xu, V. R. Almeida, R. R. Panepucci, and M. Lipson, Optics Letters v. 29, pp. 1626-1628 (2004).

1.50 1.52 1.54 1.56 1.58 1.60 1.62 1.640.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

Qu

asi-

TM

Tra

nsm

issio

n (

a.u

.)

W avelength (mm )

TM

Colocando um laboratório em um chip

Bio-Sensores em (Nano)Fotônica em silício

www.bio-rad.com

Dispositivo em Microcavidade Óptica

Saídade Luz

Entrada de Luz

Reflectors

Microcavidade

Aumento do Confinamento da Luz

Dispositivos Fabricados

1 mm

Passos da Fabricação:

• Litografia por feixe de elétrons

• Corrosão por íons reativos

• Cobertura de SiO2 (PECVD)

RefletoresCavidade

“Nanocavity in a silicon waveguide for ultrasensitive nanoparticle detection”, B. Schmidt, V. Almeida, C. Manolatou, S. Preble, and M. Lipson, Appl. Phys. Lett., v. 85, n. 21, pp. 4854-56 (2004)

ResultadosExperimentais

Thermally Controllable Nanobeam Cavity

Ring Resonator

Lensed Fiber

Nanobeam Cavity

Microsoft PowerPoint Presentation

[email protected]/~vilsonra

Silicon Nanophotonics Group


Silicon Nanophotonics Group

Ring Resonator

Nanobeam Cavity

12 mm

20 mm


Acelerômetro Opto-Mecânico Integrado


Acelerômetro Opto-Mecânico Integrado

TE-286 Sensores IIMódulo: Sensores Fotônicos

Documents

TE-286 SensoresII Módulo: SensoresFotônicos › ~vilsonra › TE286_2018-1 › TE286_Aula03... · g1 w h Input port (E1) -j 1 R -j 1 direction of propagation Through port (E3) scattered