A partir dos resultados obtidos em nossos desenvolvimentos e aqui apresentados podem-se propor algumas etapas subseqüentes. São elas:
• Aperfeiçoar as simulações de filtros de redes ressonantes na faixa THz. Um estudo mais aprofundado dos diferentes parâmetros de rede e sua influência na resposta dos filtros. Desta forma pode-se prever com precisão variações desejadas como por exemplo aumentar ou diminuir a largura de banda.
• Aprimorar a partir das informações e bibliografias aqui apresentadas, os conhecimentos de materiais atenuadores e refletores para faixas de freqüências na banda THz do espectro eletromagnético. Este estudo permitirá a composição de um sistema imageador aperfeiçoado.
• Novos ensaios experimentais do conjunto câmera/filtros/óptica deverão ser realizados e analisados com técnicas de tratamento de imagem.
• Os filtros de 670 e 850 GHz serão utilizados em um sistema imageador que será acoplado ao refletor de 1,5m de diâmetro, localizado nos Andes Argentinos, permitindo observações solares e atmosféricas inéditas.
• Diagnósticos de transientes solares na faixa THz e sua possível correlação com processos físicos em aceleradores de partículas deverão ser explorados.
• Preparar um sistema imageador THz completo capaz de ser utilizado em experimentos espaciais, em satélites e/ou balões estratosféricos.
Referências
Afsar M. N., Chantry G. W., “Precise dielectric measurements of low-loss materials at millimeter and submillimeter wavelenghts”, IEEE Transactions on microwave theory and techniques, vol MTT25, no 6, 1997.
Arbex C. J. N., Tese de Mestrado em preparação, 2007.
Benford D. J., Gaidis M. C., Kooi J. W., “Optical properties of Zitex in the infrared to submillimeter”, Apploed Optics, vol. 42, No 25, 2003.
Bhattacharya P., Stiff-Roberts A. D., Krishna S., Kennerly S., “Quantum Dot Long-Wavelength Detectors”, Materials Research Society. Symp. Proc. Vol. 692, 2002.
Chamberlain J. M., “Where optics meets electronics: recent progress in decreasing the terahertz gap”, Phil. Trans. R. Soc. Lond. A 362, 199-213, 2004.
Chase S. T, Joseph R. D., “Resonant array bandpass filters for the far infrared”, Applied Optics, 22, 1983.
Das B., Singaraju P., "Novel quantum wire infrared photodetectors", Infrared Physics & Technology 46, 2005.
Davies A. G., Linfield E. H., Johnston M. B., “The development of terahertz sources and their applications”, Phys. Med. Biol. 47, 3679-3689, 2002.
Datskos P. G., Lavrik N. V., “Detectors—Figures of Merit”, Encyclopedia of Optical Engineering, 349, 2003.
Deming, D. et al., Bulletin of the American Astronomical Society, 23, 1991.
Federici J. F., Schulkin B., Huang F., et al., “THz imaging and sensing for security applicantions – explosives, weapons and drugs”, Semiconductor Science and Technology, 20, 2005.
Ferguson B., Zhang X.-C., “Materials for terahertz science and technology”, Nature 1, 26-33, 2002.
Gallerano G.P., Biedron S., “Overview of terahertz radiation sources”, Proceedings of the FEL Conference, 216-221, 2004.
Gezari D., Livingston W., Varosi F., em ASP Conf. Ser. 183, High Resolution Solar Physics, ed. T. R. Rimmele, K. S. Balasubramaniam e R. R. Radick (San Francisco: ASP), 559, 1999.
Goldsmith P. F., "Quasioptical systems", Proceedings of the IEEE, Vol 80, No 11, 1729-1747, 1992.
González F. J., Porter J. L., Boreman G. D., “Antenna-coupled Infrared Detectors”, Proc. of SPIE Vol. 5406, 2004.
Griffiths P. R., Homes C., “Instrumentation for Far-infrared Spectroscopy”, Instrumentation for Mid- and Far-Infrared Spectroscopy, John Wiley & Sons Ltd, 2001.
Gunapala S. D., Bandara S. V., Hill C. J., et al., “Long wavelenght infrared (LWIR) quantum dot infrared photodetector (QDIP) focal plane array”, Boletim do SPIE, vol 6206, 2006.
Hartwick T. S., Hodges D. T., Barker D. H., Foote F. B., “Far infrared imagery”, Applied Optics, vol 15, no8, 1976.
Hudson H. S.,” The solar-flare infrared continuum: Observational techniques and upper limits”, Sol Phys., 45, 69, 1975.
Jha A. R., "Infrared Technology: aplications to eletrooptics, photonic devices and sensors”, Wiley Series in Microwave and Optical Engineering, 2000.
Kaufmann P., “Diagnostics of Solar flares in the far infrared”, Adv. Space Res., vol. 8, no. 11, 39, 1998.
Kaufmann P., Raulin J.-P., Correia E., Costa J. E. R., Giménes de Castro C. G., Silva A. V. R., Levato H., Bauer O. H., “Rapid Submillimeter brightenings associated wiht a large solar flare”, ApJ, 2001.
Kaufmann P. et al., “A New Solar Burst Spectral Component Emitting Only in the Terahertz Range“, ApJ, 603, L121, 2004.
Kornberg M., comunicação privada, 2006.
Kostiuk T. e Deming D., “A solar infrared photometer for space flight applications”, Infrared Physics, 32, 1991.
Lamb J. W., "Miscellaneous data on materials for millimetre and submillimetre optics", International journal of infrared and millimeter waves, vol. 17, no12, pp. 1997-2034, 1996. Lawson W.D., Nielson S., Putley E.H., Young A.S., “Preparation and properties of HgTe and mixed crystals of HgTe-CdTe”, Journal of Physics and Chemistry of Solids, 9, 325–329, 1959. Lee S.-W., Zarrillo G., Law C.-L., “Simple formulas for transmission trough periodic metal grids or plates”, IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. AP 30, No5, 1982.
Li J. P., Ding M. D., Liu Y. 2004, In Proc. IAU Symp. 223, Multi-Wavelength Investigations of Solar Activity, ed. A. V. Stepanov, E. E. Benevoleskaya, e A. G. Kosovichev (Cambridge Univ. Press), 119, 2004.
Lindsey C., Hudson H. S., “Solar limb brightening in submillimeter wavelengths”, ApJ, 203, 753, 1976.
Lindsey C., Heasley J. N., “Far-infrared continuum observations of solar faculae”, ApJ, 247, 348, 1981.
Lisauskas A., Löffer T., Hartmut G., “Photonics terahertz technology”, Semicond. Sci. Technol. 20, 7, 2005.
Liu H. C., Gao M., et al., “Quantum dot infrared photodetectors”, Applied Physics Letters, vol. 78, No 1, 2001.
Liu H. C., “Quantum dor infrared photodetector”, Opto-Electronics Review, 11, 1-5, 2003. Mittleman D. M., Gupta M., Neelamani R., et al., “Recent advances in terahertz imaging”, Appl. Phys. B Lasers and Optics, 1999.
Möller K. D, Warren J. B., Heaney J. B., Kotecki, C., “Cross-shaped bandpass filters for the near- and mid-infrared wavelength regions”, Applied Optics, vol. 35, No 31, 1996.
Möller K. D., Sternberg O., Grebel H., Lalanne P., “Thick inductive cross shaped metal mesh”, Journal of Applied Physics, vol 91, No 12, 2002.
NOAA, Solar-Geophysical Data (Boulder: National Geophysical Data Center), http://www.sec.noaa.gov, 2005.
Ohki K., Hudson H. S., “The solar-flare infrared continuum”, Sol. Phys., 43, 404, 1975.
Ogawa Y., Kawase K., Mizuno M., “Nondestructive and Real-time measurement of moisture in Plant”, IEEE Trans. EIS, vol. 124, No. 9, 2004.
Page L. A., Cheng E. S., Golubovic B., et al., “Millimeter-submillimeter wavelength filter system”, Applied Optics, vol 33, No 1, 1994.
Perkins W.D., “Topics in chemical instrumentation – Fourier transform infrared spectroscopy. Part I: Instrumentation”, Journal of Chemical Education, 63(1), A5-A10, 1986.
Phillips T. G., “Techniques of submillimeter astronomy”, Millimetre and Submillimetre Astronomy, 1-25, 1988.
Poglitsch A., Waelkens C., Bauer O. H., et al., “The photodetector array camera and spectrometer (PACS) for the Herschel Space Observatory”, Proceedings of SPIE, 6265, 2006. Porterfield D. W., Hesler J. L, Densing R., Mueller E. R., Crowe T. W., Weikle II R. M., “Resonant metal mesh bandpass filters for the far infrared”, Applied Optics, vol 33, No 25, 1994.
Pospiech M., Terahertz Imaging, Script of the University of Sheffield, nd techniques, 2003. Razeghi M., Wei Y., Gin A., Brown G. J., “Quantum dots of InAs/GaSb type II superlattice for infrared sensing”, Mat. Res. Soc. Symp. Proc. Vol 692, 2002.
Rogalski A., “Infrared detectors: an overview”, Infrared Physics & Technology, 43, 2002. Rogalski A., Chrzanowski K., “Infrared devices and techniques”, Opto-electronics review 10, 11-136, 2002.
Rogalski A., “Infrared detectors: status and trends”, Progress in Quantum electronics 27, 2003. Schacham S. E., Finkman E., “Is there phonon bottleneck in quantum dots?” Fourth Russian- Israeli Bi-National Workshop, 2005.
Shepherd F., Yang A., “Silicon Schottky retinas for infrared imaging”, IEDM Technology Digist,310–313, 1973.
Sherwin M. S., Schmuttenmaer C. A., Bucksbaum P. H., DOE-NSF-NIH Workshop on Opportunities in THz Science, Arlington, VA, 12–14, 2004.
Shur M., “Terahertz technology: devices and applications”, Proceedings of ESSCIRC, França, 2005.
Siegel P. H., “Terahertz Technology”, IEEE Trans. on microwave theory and techniques, 50, no 3, 2002.
Siegel P. H., “THz Technology: An Overview”, International Journal of High Speed Electronics and Systems, 2003.
Sizov F. F., “Infrared detectors: Outlook and means”, Semiconductor Physics, Quantum Electronics & Optoelectronics, v. 3, 52-58, 2000.
Tomaselli V. P., Edewaard D. C., Gillan P., Moller K. D., “Far infrared bandpass filters from cross shaped grids”, Applied Optics, vol 20, No 8, 1981.
Ulrich R., “Far infrared properties of metallic mesh and its complementary structure”, Infrared Phys. 7, 37-55, 1967.
Vollmer M. et al., in Proc. InfraMation Conf. 2004 (ITC 104A 2004-07-27: Boston: FLIR Systems), 2004.
Xu Y. et al., “High-Resolution Observations of Multiwavelength Emissions during Two X- Class White-Light Flares”, ApJ, 641, 1210, 2006.
Weilland T., “A discretization method for the solution of Maxwell's equations for six- component fields: Electronics and Communication”, (AEÜ), vol. 31, pp. 116-120, 1977.
Williams G. P., “Filling the THz gap – high power sources and applications”, Institute of Physics Publishing, Reports on Progress in Physics 69, 301-326, 2006.
Winnewiser C., Lewer F., Weinzier J., Helm H., “Transmission features of frequency seletive surface compoments in the far infrared determined by terahertz time domain spectroscopy”, Applied Optics, vol 38, No 18, 1999.
Woolard D. L., Brown E. R., Pepper M. e Kemp M., “Terahertz Frequency Sensing and Imaging: A Time of Reckoning Future Applications?”, Proceedings of the IEEE, vol.93, n 10, 2005.
Yakimov A. I., Dvurechenskii A. V., Nikiforov A. I., Proskuryakov Y., “Interlevel Ge/Si quantum dot infrared photodector", Journal of Applied Physics, vol 89, n 10, 2001.
Zerov V. Y., Malyarov V. G., “Heat sensitive materials for uncooled microbolometer arrays”, J. Opt. Technol., 68 (12), 2001.
Apêndices
Apêndice 1
Transparência Atmosférica
No capítulo 3, que descreve a fabricação de filtros de malha ressonante, foram escolhidas seis diferentes freqüências como freqüências centrais para tais filtros. Essa escolha não foi aleatória. Tendo em vista o interesse em aplicações deste sistema em ciências espaciais, devemos considerar a absorção causada pelo vapor de água atmosférico nos diferentes comprimentos de onda de interesse. Neste caso as três últimas “janelas atmosféricas” na região do submilimétrico que permitem observações de objetos extraterrestes são 405, 670 e 850 GHz, assim como mostra a Figura 1.1. Condições próximas a esta são encontradas em El Leoncito para cerca de 120 dias por ano. Os outros filtros de freqüências superiores, 2, 4 e 8.5 THz, serão destinados à observações fora da atmosfera, em balões estratosféricos e/ou em satélites.
Figura 1.1: Curva de transmissão atmosférica para um sítio com conteúdo de vapor de água precipitável de 1mm (soral.as.arizona.edu).
Transmissão
Freqüência GHz
Transmissão
Apêndice 2
Considerações Experimentais sobre os Filtros de Malha Ressonante
Complementando o conteúdo do Capítulo 3 acrescentamos detalhes experimentais da fabricação dos filtros de malha ressonante inserindo aqui imagens de novos filtros fabricados.
A Figura 2.1 mostra uma micrografia eletrônica de uma das etapas de fabricação, onde encontramos, em alto relevo, postes de fotorresiste na forma de cruzes. Vê-se em detalhe o corte lateral da lâmina de silício, preparada para a eletrodeposição do metal que formará a malha ressonante.
Figura 2.1: Micrografia eletrônica da etapa do processo anterior à eletrodeposição de metal. A imagem mostra a lâmina de silício com “postes” de fotorresiste em alto relevo.
A imagem exposta na Figura 2.2 mostra em detalhe as etapas de eletrodeposição do níquel. Diferentes camadas de metaldepositadassão vistas, isto ocorre devido à necessidade de controlar sua espessura, durante o processo de crescimento, com medidas seguidas tomadas em um perfilômetro.
Figura 2.2: Imagem ampliada do perfil das cruzes na malha ressonante. Este amostra corresponde a um filtro de 3 THz. Verificam-se diversas etapas do crescimento de níquel. Isto ocorre devido ao controle de espessura que é feito medindo seguidamente a espessura crescida utilizando um perfilômetro (espessura de 10 micrometros).
Uma das características presentes nos filtros para freqüências maiores, em virtude das menores dimensões envolvidas, são os arredondamentos de cantos e bordas. A Figura 2.3 apresenta uma micrografia eletrônica em detalhe de uma cruz para filtros de 10 THz. Podemos comparar a definição de cantos e bordas com a Figura 2.4 que apresenta a imagem, em detalhe, de um filtro de 850 GHz.
Figura 2.3: Micrografia eletrônica de uma estrutura em cruz para uma amostra de 10 THz, com menor dimensão de 4 micrometros (espessura de 7 micrometros).
Outra característica que foi observada nos processos de fabricação posteriores aos descritos no Capitulo 3, é a irregularidade na superfície do eletro-crescimento. Na Figura 2.4 vemos que a superfície em contato com a lâmina de silício permanece perfeita enquanto a superfície é crescida de maneira irregular.
Figura 2.4: Micrografia eletrônica de uma estrutura em cruz para um filtro de 850 GHz. Verifica-se diferença na superfície crescida e em contato com a lâmina de silício.
Apêndice 3
Esclarecimentos sobre as simulações de resposta em freqüência dos filtros
Nas simulações efetuadas utilizando o software CST apresentadas no Capítulo 3 utilizou-se uma onda plana, linearmente polarizada, incidindo perpendicularmente à superfície do filtro. Observa- se aqui que os ensaios experimentais efetuados no Instituto Max Planck em Garching utilizam uma fonte de radiação não polarizada. Portanto, as comparações realizadas são qualitativas devendo ser aprimoradas para um resultado mais próximo dos testes.
Anexos
Artigos publicados em revistas
o A. M. Melo, P. Kaufmann, A. S. Kudaka, et al. “A new setup for ground-based measurements of solar activity at 10 microns”, Publications of the Astronomical society of Pacific, vol. 118, pages, 1558-1563, 2006, DOI 10.1086/509267 1 o A. M. Melo, P. Kaufmann, C. G. Giménez de Castro, et al., “Submilimeter-wave
atmospheric transmission at El Leoncito, Argentina Andes”, IEEE Transactions on atennas and propagation, vol. 53, no. 4, 2005, DOI 10.1109/TAP.2005.844435
2 o R. R. Neli, A. M. Melo, C. J. N. Arbex, et al., “The development of a submm-wave
uncooled bolometric system and field test”, Revista INATEL, vol. 7, no. 01, 2004. 3
Trabalhos Completos em Congressos
o A. M. Melo, O. H. Bauer, E. C. Bortolucci, et al., “Development of bandpass resonant mesh filters for the THz range”, Proceedings of the International Workshop on Telecommunications, 256, 2007.
4
Resumos Completos em Congressos
o A. M. Melo, R. Marcon, P. Kaufmann, et al., “Desenvolvimento de filtros de radio freqüência com redes ressonantes para fotometria e imageamento na faixa THz”, II Workshop de Nanotecnologia Aeroespacial, 2006.
5
Resumos e Apresentações em Congressos Internacionais
o P. Kaufmann, A. M. Melo, R. Marcon, et al., “Search for high energy particle acceleration signatures”, Solar active regions and 3D magnetic structure, 26th meeting
of the IAU, JD03, 2006.
6
Resumos e Apresentaçoes em Congressos Nacionais
o A. M. Melo, M. Kornberg, P. Kaufmann, et al., “THz metal mesh filters – Project, fabrication and tests”, Workshop on Semiconductors and Micro & Nano-Technology - Seminatec 2007.
7 o R. Marcon, M. Kornberg, T. Rose, et al., “Blockage of thermal radiation from intense
sources using rough mirrors for far-infrared photometry”, Workshop on Semiconductors and Micro & Nano-Technology - Seminatec 2007. 8 o G. Fernandez, C. G. Gimenez de Castro, R. Godoy, et al., “Characterization of 10
microns imaging system from measurements of Mercury transit in the solar disk”, Workshop on Semiconductors and Micro & Nano-Technology - Seminatec 2007.
9 o R. Marcon, M. Kornberg, T. Rose, et al., “Bloqueio de radiação
Térmica para sensores de fonts intensas no infravermelho distante fazendo uso de refletores rugosos”, Sociedade Astronômica Brasileira, 2007.
10 o G. Fernandez, C. G. Gimenez de Castro, R. Godoy, et al., “Caracterização de sistema
imageador de 10 microns por medidas do transito de mercúrio sobre o disco solar”, Sociedade Astronômica Brasileira, 2007.
11 o A. M. Melo, R. Marcon, P. Kaufmann, et al., “Novo sistema óptico e primeiras
medidas de atividade solar em 10 microns”, Boletim da Sociedade Astronômica Brasileira, vol 26, no1, 2006.
12 o M. N. Costa, P. Kaufmann, A. M. Melo, et al., “A ocorrência de pulsações
submilimétricas e a ejeção de massas coronais”, Boletim da Sociedade Astronômica Brasileira, vol 26, no1, 2006.
13 o A. M. Melo, E. C. Bortolucci, M. B. Zakia, et al., “Project and Construction of THz
Metal Mesh Filters”, Workshop on Semiconductors and Micro & Nano-Technology - Seminatec 2006.
o A. M. Melo, P. Kaufmann, A. S. Kudaka, et al., “A new setup for ground-based measurements of solar activity at 10 microns”, Simpósio Brasileiro de Geofísica Espacial e Aeronomia, 2006.
15 o A. M. Melo, M. N. Costa, M. Cassiano, et al., “Solar submillimeter-wave pulsations
and coronal mass ejections (CME)”, Simpósio Brasileiro de Geofísica Espacial e Aeronomia, 2006.
Anexo 2
Anexo 2
Anexo 3