00 CAMPUS ARISTÓTELES CALAZANS SIMÕES (CAMPUS A. C. SIMÕES) CTEC - CENTRO DE TECNOLOGIA Dissertações e Teses defendidas na UFAL - CTEC
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Tipo: Tese
Título: Microfabricação de dispositivos ópticos integrados por meio de escrita direta a laser
Título(s) alternativo(s): Microfabrication of integrated optical devices via direct laser writing
Autor(es): Oliveira, Jonathas Matias de
Primeiro Orientador: Fonseca, Eduardo Jorge da Silva
metadata.dc.contributor.referee1: Vermelho, Marcos Vinicius Dias
metadata.dc.contributor.referee2: Moura, André de Lima
metadata.dc.contributor.referee3: Mendonça, Cleber Renato
metadata.dc.contributor.referee4: Nunes Filho, José Ferraz de Moura
Resumo: As técnicas de microfabricação tridimensionais via escrita direta a laser abriram uma janela de oportunidades para a pesquisa e para aplicações tecnológicas em diversas áreas como comunicações ópticas, microfluídica, síntese de novos materiais, ambientes 3D para engenharia tecidual, construção de microdispositivos ópticos, entre outros. A possibilidade de construir um dispositivo 3D diretamente sobre um substrato ou no interior de um meio sólido transparente tem impulsionado grupos de pesquisa e engenheiros em todo mundo a projetar e desenvolver sistemas integrados de microelementos ópticos, capazes de manipular os sinais luminosos e fazê-los interagir com elementos mecânicos, eletrônicos, fluidos, químicos e biológicos. O objetivo do nosso trabalho foi utilizar as diferentes técnicas de escrita a laser para construir microdispositivos ópticos capazes de, individualmente ou de maneira integrada, modular e guiar feixes de luz estruturada, principalmente aqueles portando momento angular orbital. Esta tese contempla alguns dos trabalhos realizados com esse objetivo e que apresentaram resultados bem significativos: (i) Utilizando a técnica de polimerização por absorção de dois fótons, nós projetamos e construímos um axicon helicoidal binário, um micro-modulador de luz que converte feixes Gaussianos em um feixe estruturado possuindo momento angular orbital, cujo perfil é descrito por uma superposição de feixes Bessel de alta ordem. (ii) Por meio de uma técnica laser modificante, nós escrevemos guias de onda tipo canal no interior de lâminas vítreas de telureto dopadas com prata. As propriedades ópticas dos guias e os parâmetros de escrita foram analisados em função da composição da matriz e da participação das nanopartículas de prata. (iii) Por fim, construímos e caracterizamos guias de onda com perfil anular no interior de lâminas de vidro boro-aluminosilicatos. Mostramos que estas estruturas podem guiar feixes com momento angular orbital e suas superposições. Para além do desafio de microfabricar esta estrutura, nós propusemos um método de acoplamento que permite sintonizar os modos guiados sem a necessidade de construir novos guias ou modificar o feixe de entrada. Uma descoberta que amplia em muito os graus de liberdade disponíveis para feixes ópticos em circuitos fotônicos, simplifica o design de chips ópticos integrados e alarga o espectro de aplicações possíveis para estes sistemas.
Abstract: The three-dimensional microfabrication via direct laser writing techniques has opened a window of opportunities for research and technological applications in several areas such as optical communication, microfluidics, synthesis of new materials, 3D scaffolding for cell culture, construction of optical microdevices, and others. The possibility of building a 3D optical device directly on substrate or inside a transparent bulk has driven research groups and engineers around the world to design and develop integrated micro-optical systems capable of manipulating light signals and making them interact with mechanical, electronic, fluid, chemical and biological elements. The aim of our work was to use the ultrafast laser microfabrication to construct micro-optical devices able to modulate and guide structured light beams, in particular those possessing orbital angular momentum. This thesis comprises some of works developed with that purpose and that presented very significant results: (i) Initially, the two-photon polymerization technique was used to write a binary helical axicon, a light micro-modulator able to convert Gaussian beams into structured beams possessing orbital angular momentum, whose profile is described by a superposition of high-order Bessel beams. (ii) By means of a modifying laser process, we have written channel waveguides inside silverdoped tellurite glassy blades. The waveguide’s optical properties and the writing parameters were analyzed as a function of the matrix composition and of the silver nanoparticles concentration. (iii) Finally, we have built annular waveguides inside boro-aluminosilicate glassy blades. After characterization, we showed that these structures are able to guide optical vortex beams and their superpositions. In addition, we have proposed a coupling method that permits tuning the guided modes for the same waveguide and no need to modify the input beam. Our findings expand the available degrees of freedom for optical beams in photonic circuits, simplify the design of integrated optical chips and broaden the spectrum of possible applications for these systems.
Palavras-chave: Microfabricação
Lasers ultrarrápidos
Escrita direta a laser
Fotopolimerização
Micro-óptica
Fotônica
Momentos angulares
Microfabrication
Ultrafast lasers
Direct laser writing
Photopolymerization
Microoptics
Photonics
Orbital angular momentum
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal de Alagoas
Sigla da Instituição: UFAL
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Materiais
Citação: OLIVEIRA, Jonathas Matias de. Microfabricação de dispositivos ópticos integrados por meio de escrita direta a laser. 2023. 121 f. Tese (Doutorado em Materiais) – Programa de Pós-Graduação em Materiais, Centro de Tecnologia, Universidade Federal de Alagoas, Maceió, 2023.
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: http://www.repositorio.ufal.br/jspui/handle/123456789/11821
Data do documento: 3-mar-2023
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