Dispoptic 2008 2
Dispositivos ópticos
Conceitos e princípios
Dispositivo que cria, manipula ou mede radiação eletromagnética.
Existe alguma classificação? Categoria? Tipos? Wikipedia?
Dispositivos e/ou instrumentos? Lente, óculos, zoom
Dispositivo óptico para mouse óptico?
Dispositivo óptico Real? Virtual?
• Lado óptico• Lado fotônico
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Wikipediahttp://en.wikipedia.org/wiki/Category:Optical_devices
Category:Optical devices
A
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I
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L
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M
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O
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P
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P cont.
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R
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T
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Pages in category “Optical devices” Optical Instruments
A•AN/PVS-14•AN/PVS-22•ARROW waveguide•Acousto-optic modulator•Optical amplifier•Arrayed waveguide grating•Astrograph•Optical attenuator•Autocollimator
B•Beam dump•Beam homogenizer•Bicycle reflector•Binoculars•Binoviewer•Borescope
C•Camera•Camera lucida•Camera obscura•Catadioptric system•Catoptric cistula•Optical cavity•Colorimeter•Comparison Microscope•CulpascopeD•Diaphragm (optics)•Dielectric wireless receiver•Diffraction grating•Dipleidoscope•Dome magnifier•Dynameter
E•Echelle grating•EcoSCOPE•Electro-Optix•Electro-optic modulator•Endoscopy•Eye relief•Eyepiece
F•Faraday rotator•Fiberscope•Finderscope•Focus finder
G•Golf mirror•Graphoscope•Ground glass•Gyro gunsight•GyrotronH•Haploscope•Hidden camera•Hinman Collator•Hollow cathode lamp•HoloVID•Holographic grating•Hydroscope
I•Image-stabilized binoculars•Indirect ophthalmoscope•Optical interleaver
J•Jeffree cell
K•Kaleidica•Kaleidoplex•Kaleidoscope
L•Laser•Laser beam profiler•Laser microphone•Lens (optics)•Light table•Liquid mirror•Loupe•Lovibond comparator
M•Magneto-optical trap•Maser•Megalethoscope•Mirror mount•Optical modulator•Monochromator•MonocularN•Night vision device•Nuller
O•Opera glasses•Optical axis gratings•Optical circulator•Optical flat•Optical hybrid•Optical isolator•Optical microcavity•Optical power meter•Optical tape•Optode
P•Panoramagram•Passive infrared sensor•Periscope•Phased array optics•Photodetector•Photometer•Photomultiplier•Photoresistor•Phototube•Polarimetry•Polarizer•Polychromator•Polyrama Panoptique•Prism (optics)•Prism coupler•Pseudoscope
Q•Quantum well infrared photodetector
R•Remote camera•Retroreflector•Ring laser gyroscope
S•Scioptric ball•Sight (device)•Silver halide•Solid immersion lens•Spatial filter•Spatial light modulator•Spectralon•Spectrophotometer•Spotting scope•Star diagonal•Sun photometer
Optical instrument
T•Optical table•Tachistoscope•Teleidoscope•Telescope•Theodolite•Tiny Ionospheric Photometer•Turbinlite
U•Ultrafast monochromator•User:Slicky/Microscopy in science
V•Video camera•Videoscope•Visby lenses
W•Wave plate
Z•Zograscope•Zone plate
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Lente composta como dispositivo ergonômico
Sem dispositivo ópticoDor de cabeça, coluna,... Com dispositivo óptico Dispositivo óptico
Lente de 3 segmentos
http://ergocab.com/merford_optical_device.html
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As próximas 7 transparências representam
parte significativa de aplicações de
dispositivos ópticos na Indiana School for the
Blind and Visually Impaired
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Types of Optical Devices
Distance Devices
intra.isbrockets.org/teams/dept_outreach/2006-09_Update/index_files/typesofdistancedevices.ppt
Indiana School for the Blind and Visually Impaired
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Pinças ópticas e aplicações
http://129.215.76.37:8080/Plone/research/micromanipulation/optical-tweezers-and-applications
As pinças ópticas são consideradas como uma ferramenta para micromanipulação
sem contacto de partículas microscópicas (10nm a 10um) que podem ser
armadilhadas no foco de um laser de baixa potência e podem ser manipulados
tridimensionalmente movimentando a amostra ou a armadilha.
Onde? Ciências biológicas e coloidais.
Como? Trasladores (movimentadores)
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Pinças ópticas
Figure 1a) Lateral Trapping Figure 1b) Axial Trapping
Desde que a intensidade do feixe de laser não é completamente plana, i.e. constante na sua seção transversal, existem forças que empurram as partículas na direção de maior intensidade seja na transversal ou na longitudinal..
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Importância
• No atual momento das comunicações e
sensoriamento, os dispositivos ópticos tem
uma relevância enorme no desenvolvimento
de novas técnicas através de novos
materiais (meta-materiais, nanoestruturas,
etc)
• Óptica e Fotônica
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Fibras Ópticas
Um pouco de história:
1.Sinais de fogo, fumaça, códigos visuais
2.1790 Claude Chappe, Paris-Lille (230 Km),
Semáforo = telegrafo óptico
3.1870 John Tyndall – jato de água
4.Alexander Graham Bell, Charles Sumner Tainter
- 1880 - Fotofone
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O homem que guiou a luz. Daniel Colladon (38) professor na Universidade de Genebra demonstrou como guiar a luz em 1841.
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Detalhes históricos
• Reflexão Total Interna(TIR) é atribuída a John Tyndall (1854 experimento em
Londres).
• Livro City of Light (Jeff Hecht, 1999) relata a historia do TIR.
• Primeira demonstração em Genebra em 1841 por Daniel Colladon
(Comptes Rendus, vol. 15, pp. 800-802, Oct. 24, 1842).
• A luz fica confinada ao longo do caimento da água.
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Graham Bell 1880 - fotofone primeira transmissão de voz, através de luz não guiada
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E o telefone?
•Fixo =========== via fio de cobre, ponto a ponto
•Sem fio ========= ondas de radio, celulares
•Via satélite ====== satélites geoestacionários
•VoIP =========== Voice Over Internet Protocol
1870 Elisha Gray e Alexander Graham BellBem antes do fotofone!
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Pq o fotofone não evoluiu?
• Que tipos de dificuldades para enviar a luz?
• O que houve com os fios de cobre?
• Atualmente ~10% das redes utilizam fibra óptica
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FIBRAS ÓPTICAS
• 1920 Independentemente - John Logie Baird (UK) e
Clarence W. Hansell (USA) – patentes sobre o uso de
arranjos de encanamentos ou tarugos transparentes
para transmissão de imagens ou fac-símiles.
• 1954 Independentemente - Abraham Van Heel
(Dinamarca) e Harold H. Hopkins (UK) – uso de maço
de fibras revestidas e não revestidas no transporte de
imagens.
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Fibras
Vantagens
1. baixa atenuação
2. largura de banda
3. Imunidade à interferência eletromagnética
4. baixo peso (vidro~2,5 g/cm3, cobre ~8,9 g/cm3)
5. sigilo
6. isolação elétrica
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Fibras
Desvantagens
1. acoplamento e emenda da fibra
2. derivações limitadas
3. padrão dos sistemas ópticos
4. fragilidade da fibra
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Guias de onda de luz
Duas categorias:
1. Bloco dielétrico – sanduíche
n1
n2
n3
Confinamento da propagação planar em n1
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Guias de onda de luz
2. Fibras ópticas:– De vidro ou plástico, de simetria cilíndrica– Com secção transversal anular
n1
n2
n1 > n2
GRIN
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FIBRAS ÓPTICAS
• Duas categorias:1. Índice de refração degrau (n1 é constante)
2. Índice de refração gradiente (GRIN)
• Propriedades:1. Propagação confinada ao núcleo, n1, por reflexão
total interna, mesmo assim qdo a fibra é envergada ou enrolada
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GRIN
• GRIN – GRadient INdex
O índice de refração é função do raio
= diferença de índice relativo
a = raio do núcleo
= tipo de perfil do GRIN
perfil triangular
perfil parabólico
∞ perfil degrau
Trabalho: qual é a equação de propagação dos raios dentro da fibra para um caso do núcleo com índice de refração parabólico?
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Teoria de propagação
Ar
no
Meio externo da fibra: Ar
Fibra com índice de refração degrau
Aplicação da Lei de Snell em cada interface
A medida que 0 diminui i .......... Até atingir o ângulo c
= a qdo i = c
Todos os raios que incidem com ângulo menor que ase propaga na guia de onda por reflexão interna total.
n1
n2
n1 > n2
Abertura numérica NA de uma guia de onda, uma espécie de medida ou característica que mostra o quanto que a guia de onda consegue receber luz
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Parâmetros numa fibra
Diferença de índice de refração entre núcleo e revestimento
Parâmetro V que determina o número de modos suportados por uma fibra. Caso
específico V<2.405 → monomodo
a é o raio do núcleo
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1.- Uma fibra óptica com um núcleo de vidro flint denso, n1 = 1,66, e um recobrimento de vidro crown, n2 = 1,52. Qual é o maior ângulo de abertura (metade do ângulo do cone de luz que entra na fibra) para que a luz que seja transmitida ao longo da fibra?
Alguns exemplos
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.....cont
≥ c onde c é o ângulo crítico para que o feixe
de luz seja totalmente refletido para dentro do
núcleo.
n1
n2
Notar que aumentando 1 diminui 3
A solução será ..........
Colocando 3 = c para determinar 1 utilizando a
lei de Snell
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....cont
n1
n2
Substituindo na primeira eq:
Sendo n1 = 1,66 e n2 = 1,56 O valor calculado de 1 é 42o
Em A:
Em B:
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Outro exemplo
2.- Qual é o raio de menor curvatura que podemos dobrar numa fibra óptica com núcleo de 0,05mm sem perder luz? O índice de refração do núcleo é 1,66 e da cobertura é de 1,52
Adotamos a suposição de que um feixe de luz ABCDE incide de forma colimada na fibra.
Observamos que o feixe E incide com o menor ângulo na interface núcleo/cobertura.
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.......Cont.
Adotamos a suposição de que um feixe de luz ABCDE incide de forma colimada na fibra.
Observamos que o feixe E incide com o menor ângulo na interface núcleo/cobertura.
Basta colocar esse ângulo como se fosse o ângulo crítico, evitando perdas.
Pela figura
Pela definição