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Dissertação de Mestrado
DOI
10.11606/D.18.1995.tde-01122015-110845
Documento
Autor
Nome completo
Stilante Koch Manfrin
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Carlos, 1995
Orientador
Banca examinadora
César, Amílcar Careli (Presidente)
Romero, Murilo Araújo
Souza, Rui Fragassi
Título em português
Análise de um sensor de pressão em óptica integrada
Palavras-chave em português
Óptica integrada - sensores
Optoeletrônica - sensor de pressão
Resumo em português
A análise de um sensor óptico de pressão foi realizada neste trabalho. O sensor baseia-se no deslocamento de um diafragma composto por camadas de silício, dióxido de silício e vidro. O deslocamento do diafragma causa a alteração do índice de refração do guia óptico do ramo sensor de um interferômetro de Mach-Zehnder, formado por guias do tipo "rib" na camada de vidro. A diferença de fase entre os sinais ópticos dos ramos sensor e de referência causa variação da intensidade luminosa na saída deste interferômetro. A simulação do deslocamento do diafragma foi feita empregando-se o Método das Diferenças Finitas, que também foi, utilizado no cálculo da alteração do índice de refração no guia óptico. O diafragma de três camadas foi substituído, nos cálculos, por outro composto de uma camada equivalente. A análise da propagação da luz no guia tipo "rib" foi feita por intermédio do Método do Índice Efetivo. Para a distribuição dos campos elétrico (para o modo TE) e magnético (para o modo TM) admitiu-se uma variação gaussiana na direção y, e a formulação clássica para um guia planar assimétrico, na direção x. O resultado final deste trabalho apresentou melhor aproximação com os dados experimentais do trabalho realizado por OHKAWA [23] do que a própria previsão teórica daquele. São apresentados gráficos do deslocamento do diafragma em função da pressão aplicada, da variação do índice de refração do guia do ramo sensor em função das dimensões geométricas do guia, da distribuição da componente de campo elétrico no guia óptico em função das suas dimensões geométricas, da defasagem entre os sinais dos ramos sensor e de referência em função da pressão aplicada e da pressão de meia-onda em função do comprimento do diafragma.
Título em inglês
An integrated optical pressure sensor analysis
Palavras-chave em inglês
Integrated optics - sensor
Optoelectronics - pressure sensor
Resumo em inglês
An integrated optical pressure sensor was analysed in this work. The sensor is based on the deflection of a multilayered diaphragm and operates as a Mach-Zehnder interferometer. A pressure difference between the upper and lower faces of the diaphragm induces a strain and produces a refractive index change in the sensor arm of the interferometer. As a consequence, a phase-shift is established between both arms of the sensor and light intensity modulation is observed at the device output. The Finite Difference Method was used in order to calculate the diaphragm deflection and the refractive index change. In the formulation the multilayered diaphragm was replaced by a single-layered one, with an equivalent bending rigidity. The light propagation in the rib-type waveguide sensor arm was analysed by the Effective lndex Method. A gaussian variation was assumed for the y-component of the electric (TE mode) and magnetic (TM mode) field distributions. In the x-direction the classical formulation was used. Results for the diaphragm deflection dependence on the applied pressure, the refractive index change as a function of the device geometry, phase shift versus applied pressure, as well as halfwave pressure as a function of diaphragm lenght are presented. The final model yield a better agreement to experimental data than the formulations previously available in the literature.
 
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Data de Publicação
2015-12-01
 
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