A fabricação é acompanhada de um processo de supervisão e caracterização. O processo de supervisão consiste na captura de fotos pelo microscópio e em um processamento de imagens para identificar o contorno da fibra e medir o ângulo de cone e o raio de curvatura.
Na caracterização, são medidas a Abertura Numérica e o diâmetro da cintura do feixe da mi- crolente fabricada. Para isso, é utilizado um Radiômetro Goniométrico modelo LD8900R/IR/10. Este equipamento é utilizado na medição dos parâmetros ópticos para fontes de alta divergência, como são produzidas as microlentes cônicas.
As imagens na Figura 3.6 mostram o arranjo experimental usando o Radiômetro Gonio- métrico. A fibra com microlente é colocada na entrada da câmera do equipamento utilizando microposicionadores.
O equipamento permite realizar várias medidas do diâmetro de campo modal (Mode Field Diameter - MFD) em 13,5% e da Abertura Numérica, além disso, uma reconstrução tridimen- sional do feixe no campo distante. A Figura 3.7 apresenta parte dos resultados da medida de uma fibra com microlente. A partir da fenda que conforma o Goniômetro, é possível capturar o perfil de feixe nos eixos vertical e horizontal, tal como são mostrados na Fig. 3.7(a), e também a seção transversal do feixe, como é mostrado na Fig. 3.7(b).
Ambas as imagens da Figura 3.7 permitem identificar um perfil bem próximo ao gaussiano nos dois eixos, assim como uma alta proximidade do centro de feixe com o centro geométrico. Esse possível desvio do centro do feixe com o centro da fibra pode ocasionar o conhecido deslocamento (offset), que produz um desvio da propagação na saída da microlente e pode prejudicar fortemente o alinhamento, além do perfil do feixe de saída, chegando-se a inutilizar a lente. Este defeito, produzido durante a fabricação é uma importante consideração a levar em conta na melhora de toda produção de microlentes, seja por polimento ou outro método de manufatura.
A Figura 3.8 apresenta uma reconstrução tridimensional do feixe na saída da fibra com microlente. Nas Figuras 3.9 e 3.10 são apresentadas as seções transversais dos feixes nas saídas das microlentes fabricadas.
As imagens dos perfis do feixe apresentam diferenças entre elas. Assim, algumas micro- lentes exibem um maior diâmetro do feixe como Fig.3.9(f) e outras um menor diâmetro como
Capítulo 3. Fabricação e caracterização das fibras com microlentes cônicas 38
(a) (b)
Figura 3.6: (a) Arranjo experimental de caracterização com o Radiômetro Goniométrico. (b) Detalhe da posição da microlente na entrada do equipamento.
(a) (b)
Figura 3.7: (a) Perfil do feixe nos eixos vertical e horizontal capturados com o Radiômetro. (b) Perfil transversal do feixe de campo distante da microlente.
a Fig.3.9(d), o qual está relacionado inversamente com a magnitude da Abertura Numérica das lentes. Além disso, as condições reais da fabricação das lentes introduzem alguns elementos adicionais como a microlente vista na Fig.3.9(a), onde o sinal não está completamente con- centrado no ponto central da lente e na Fig.3.10(a) onde o perfil apresenta uma baixa simetria
Capítulo 3. Fabricação e caracterização das fibras com microlentes cônicas 39
Figura 3.8: Reconstrução tridimensional do feixe na saída da fibra com microlente cônica.
circular.
Na Tabela 3.2, são apresentadas as características ópticas das fibras fabricadas.
ID Abertura Numérica MFD (µm) Fib1 0,37-0,37 2,39-2,39 Fib2 0,24-0,24 3,66-3,67 Fib3 0,25-0,25 3,22-3,17 Fib4 0,17-0,18 4,51-4,47 Fib5 0,26-0,25 3,17-3,19 Fib6 0,43-0,41 1,89-1,95 Fib7 0,33-0,34 2,15-2,11 Fib8 0,24-0,24 3,36-3,37 Fib9 0,19-0,19 4,02-4,00 Fib10 0,23-0,23 3,59-3,45
Tabela 3.2: Características das fibras feitas tomadas com o Radiômetro Goniométrico. Tanto na AN como no MFD são mostrados dois valores correspondentes aos eixos x e y da fibra.
Capítulo 3. Fabricação e caracterização das fibras com microlentes cônicas 40
(a) (b)
(c) (d)
(e) (f)
Figura 3.9: Perfis dos feixes das fibras com microlente (a) Fib1, (b) Fib2, (c) Fib3, (d) Fib4, (e) Fib5 e (f) Fib6.
Capítulo 3. Fabricação e caracterização das fibras com microlentes cônicas 41
(a) (b)
(c) (d)
Capítulo 4. Análise experimental do acoplamento fibra-chip 42
Cap´ıtulo
4
Análise experimental do acoplamento
fibra-chip
4.1 Setup de caracterização
A caracterização experimental do acoplamento entre a fibra com microlente e o chip foi realizado na máquina alinhadora IFA-600 FiberPRO. Utilizando um laser sintonizável e um analisador óptico foram realizadas as medidas em toda a banda C do espectro óptico.
O trabalho de acoplamento foi realizado com um chip que apresenta duas interfaces laterais com estrutura de taper invertido 2D, onde a largura do guia de onda é reduzida até 200nm. A perda medida inclui as perdas dos conectores, a perda interna do analisador mais as perdas no acoplamento fibra-chip, de entrada e saída, além da perda de propagação no chip. Para medir a perda dos conectores, foi conectada uma fibra óptica entre a entrada e saída do laser. Nos experimentos, também foram medidas as perdas por desalinhamento.
A Figura 4.1 mostra a máquina alinhadora que tem entre seus componentes princípais: dois estágios de alinhamento óptico com sensores de posição que permitem movimentações de 0, 1µm e as câmeras de monitoramento. É importante destacar a resolução de movimentação nos posicionadores já que quanto maior a precisão, maior é qualidade da caracterização, uma vez que as microlentes reduzem o MFD das fibras monomodo de 10µm para valores aproxi- mados de 2µm, pelo qual desalinhamentos de ordem de 1µm podem gerar perdas importantes que afetem a medida real da performance das microlentes. A Figura 4.2 apresenta a vista supe- rior dos posicionadores para alinhamento. Na imagem são observadas duas fibras ópticas com microlentes alinhadas.
O chip para análise de acoplamento é feito numa plataforma de Silício sobre substrato de Dióxido de Silício (SOI). O chip inclui um guia de onda de 500x220nm e comprimento total de 7mm, em ambos os extremos do guia existem tapers invertidos 2D que incrementam o MFD na saída e na entrada do guia de onda para o acoplamento frontal com fibras com microlente.
Na Figura 4.3 (a) é mostrada uma foto do chip obtida com a câmera de monitoramento, ao lado (b) é mostrado o layout correspondente. Um aspecto a ressaltar é a diferente posição relativa entre as interfaces de entrada e de saída do guia. Isso evita que, no caso estejam locali- zados de forma colinear, porções de potência não guiadas sejam incidentes na entrada da fibra receptora, introduzindo erro na medida real do acoplamento.
Capítulo 4. Análise experimental do acoplamento fibra-chip 43
Figura 4.1: Máquina alinhadora.
Figura 4.2: Vista superior do alinhamento entre duas fibras e detalhe dos microposicionadores.
O esquema do arranjo experimental utilizado é apresentado na Figura 4.4. As medidas das perdas totais vão permitir calcular as perdas nas interfaces fibra-chip-fibra. Aqui são feitas,
Capítulo 4. Análise experimental do acoplamento fibra-chip 44
(a) (b)
Figura 4.3: (a) Chip visto pela câmera de monitoramento. (b) Layout do chip.
também, as medidas em relação ao desalinhamento.
Figura 4.4: Esquema experimental onde é medida a perda total do arranjo.