Desenvolvimento de uma máquina para alinhamento automático ... ?· para alinhamento automático de…

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    03-Dec-2018

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  • Jos Alberto Machado Marques

    Desenvolvimento de uma mquina para alinhamento automtico de

    componentes micro-pticos

    Departamento de Engenharia Electrotcnica e de Computadores Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto

    2008

  • Tese supervisionada por

    Dr. Henrique Manuel de Castro Faria Salgado Professor Associado do Departamento de Engenharia Electrotcnica e de computadores da Faculdade

    de Engenharia da universidade do Porto

    Dr. Francisco Manuel Moita Arajo Investigador da Unidade de Optoelectrnica e Sistemas Electrnicos do Instituto de Engenharia de

    Sistemas de Computadores do Porto

    Presidente do jri: _______________________________________________________

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    Agradecimentos

    Quero agradecer a todas as pessoas que me ajudaram e motivaram durante a realizao

    deste trabalho.

    Entre todos quero destacar os meus orientadores, o Dr. Henrique Manuel de Castro Faria Salgado e o Dr. Francisco Manuel Moita Arajo, pela oportunidade dada com a realizao deste trabalho, pelo apoio e motivao prestadas. Um Grande Abrao a todo o pessoal da unidade optoelctronica e sistemas electrnicos (UOSE), do INESC Porto. Agradeo tambm a toda a minha famlia e amigos por todo o apoio.

    Um Obrigado a todos!

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    Resumo As redes de telecomunicaes em fibra ptica encontram-se em grande desenvolvimento, e requerem que os seus componentes micro-pticos sejam fiveis e que o seu custo seja baixo. O mtodo de construo destes componentes um aspecto com elevada importncia, pois pode limitar o seu rendimento/custo. Neste projecto pretende-se desenvolver uma mquina que faa o alinhamento de componentes micro-pticos para dispositivos de telecomunicaes. Este sistema tem de ser capaz de realizar um trabalho com qualidade e de baixos custos. tambm iniciado o desenvolvimento de um dispositivo ptico filtro sintonizvel que ser usado em redes de telecomunicaes pticas, e que ser montado por este sistema.

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    ndice Agradecimentos ................................................................................................................ 1 Resumo ................................................................................................................................ 3 ndice ................................................................................................................................ 5 Lista de Figuras .................................................................................................................. 6 Lista de Tabelas ................................................................................................................. 8 Captulo I - Introduo ...................................................................................................... 9 Captulo II - Estado da Arte ............................................................................................ 11

    2.1 Indstria ......................................................................................................... 11 2.2 Componentes micro-pticos ........................................................................ 17 2.3 Mtodos e meios de fixao ......................................................................... 18

    2.3.1 Adesivos ..................................................................................................... 20 2.3.2 Soldadura ................................................................................................... 21 2.3.3 Soldadura a laser ....................................................................................... 21

    2.4 Dispositivos finais ......................................................................................... 23 2.5 Observaes ................................................................................................... 24

    Captulo III Lentes GRIN ............................................................................................ 25 3.1 Introduo ..................................................................................................... 25 3.2 Lentes GRIN ................................................................................................. 25

    3.2.1 Propagao da luz em lentes GRIN ........................................................ 25 3.2.2 Clculo das perdas por acoplamento ....................................................... 30

    3.3 Observaes ................................................................................................... 40 Captulo IV Fabry-Prot ............................................................................................... 41

    4.1 Introduo ..................................................................................................... 41 4.2 Interfermetro Fabry-Prot .......................................................................... 41 4.3 Observaes ................................................................................................... 50

    Captulo V Implementao da mquina de alinhamento ................................................ 51 5.1. Introduo ..................................................................................................... 51

    5.1.1. Plataforma Mecnica ............................................................................ 51 5.1.2. Mquina de Viso ................................................................................. 54

    5.1.2.1. Desenvolvimento da mquina de Viso .......................................... 54 5.1.3. Software de controlo e de aquisio .................................................... 57

    Captulo VI Alinhamento das lentes GRIN................................................................... 62 6.1 Lente GRIN - fibra .................................................................................................... 62 6.2 Lente GRIN Lente GRIN .................................................................................... 71 6.3 Espelho Lente GRIN ............................................................................................ 84

    Captulo VII Concluses e Trabalho Futuro ................................................................. 92 7.1 Concluses ..................................................................................................... 97 7.2 Optimizaes do sistema de alinhamento .................................................. 92 7.3 Desenvolvimentos futuros ............................................................................ 92

    Referncias ...................................................................................................................... 98

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    Lista de Figuras Figura 2.1 Esquema de um circulador[14] ..................................................................... 13Figura 2.2 Esquema tcnico de um circulador (dimenses em cm)[15] .......................... 13Figura 2.3 Integrao optoelectrnica com alinhamento de diversos componentes

    pticos[9] ................................................................................................................. 13Figura 2.4 Simulao de uma ferramenta automtica para colocao de componentes[3]

    ................................................................................................................................ 14Figura 2.5 Montagem do dodo laser de 980 nm[12] ...................................................... 15Figura 2.6 Loop de controlo usado para o alinhamento de componentes micro-pticos 16Figura 2.7 Fibra ptica com revestimento metlico[17] ................................................. 19Figura 2.8 Colagem com adesivo ................................................................................... 20Figura 2.9 Diferentes tipos de adesivos ......................................................................... 20Figura 2.10 Simulao de uma mquina de soldadura a laser[18] ................................... 21Figura 2.11 Laser de soldadura ...................................................................................... 21Figura 3.1 Diferentes tipos de lentes GRIN[21] ............................................................ 26Figura 3.2 Variao do ndice de refraco de uma lente GRIN[21] .............................. 26Figura 3.3 Sistema de acoplamento de luz utilizando duas lentes GRIN[22] .................. 27Figura 3.4 Distribuio do feixe sada da lente GRIN[22] ........................................... 30Figura 3.5 Distribuio do feixe que pode ser acoplado na fibra atravs da lente

    GRIN[22] ................................................................................................................ 31Figura 3.6 Tipos de desalinhamento: a) separao entre lentes; b) deslocamento lateral;

    c) desvio angular[22] ................................................................................................ 32Figura 3.7 Imagem com os trs tipos de desalinhamento[22] ......................................... 32Figura 3.8 Dependncia terica para a evoluo das perdas com a variao da distncia

    entre lentes GRIN ................................................................................................... 36Figura 3.9 - Dependncia terica para a evoluo das perdas com o deslocamento lateral

    entre lentes GRIN ................................................................................................... 37Figura 3.10 Perdas do sistema quando se aplica um desvio angular ............................... 38Figura 3.11 Variao do dimetro do feixe em funo da separao entre lentes ........... 39Figura 3.12 Variao das perdas por insero com a separao entre lentes ................... 40 Figura 4.1 Interfermetro de Fabry-Prot .......................................