XXVI Congresso de Iniciação Científica
Aplicação de controle linear para estabilização de interferômetros de dois feixes operando com baixo índice de modulação de fase óptica
Roberta Irma Martin, Guilherme Alves Martinez e Cláudio Kitano. Campus: Ilha Solteira. Unidade:
Fac. de Eng. de Ilha Solteira. Curso: Engenharia Elétrica, robertagortan@gmail.com, Bolsa: PIBITI.
Palavras Chave: Interferometria Laser; Controle Linear; Demodulação de fase óptica.
Introdução
Em aplicações de nanotecnologia e microeletrônica, por exemplo, é reconhecido que o nano posicionamento de peças é uma questão fundamental. Atuadores piezolétricos flextensionais (APF)1 são recomendados para essa tarefa e a técnica interferométrica2 é a mais adequada para se monitorar os nanodeslocamentos gerados eletronicamente. Porém, devido a sua grande sensibilidade, além de se medir os nano deslocamentos, o interferômetro também capta variações ambientais externas de baixa frequência (derivas de temperatura na escala de micro graus Celsius, micro vibrações mecânicas, etc.). Por isso, faz-se importante a aplicação de técnicas de estabilização ativa2 do sistema interferométrico, objetivando cancelar o efeito dessas perturbações espúrias.
Objetivos
Utilizar técnicas de controle linear para estabilizar um interferômetro de Michelson operando com baixo índice de modulação de fase óptica, capaz de medir deslocamentos nano e subnanométricos.
Material e Métodos
Material: placa de aquisição de dados; software MATLAB; instrumentos de medição, APF.
Métodos: técnica de controle linear e método de detecção de fase com baixo índice de modulação2.
Resultados e Discussão
O interferômetro é estabilizado com o auxílio de um APF1 na malha de realimentação (“PZT de realimentação” na Figura 1). O deslocamento a ser medido está relacionado com o desvio de fase óptica ∆𝜙(𝑡) (gerado por “PZT”), enquanto o desvio espúrio e aleatório, devido à deriva ambiental, é 𝜙0. Ambos são convertidos em tensão elétrica e podem ser medidos na saída do interferômetro. Para verificar a eficiência da realimentação, inicialmente, manteve-se o interferômetro em malha aberta, e aplicou-se ∆𝜙(𝑡) senoidal (2,8 V de amplitude e 1 kHz de frequência) e superposto à uma variação lenta de 𝜙0 (3V de amplitude e 3 Hz de frequência) [Figura 2(a)]. Observa-se uma variação ampla na saída interferométrica devido ao efeito de 𝜙0. A seguir, ativou-se a realimentação, obtendo-se uma
saída estabilizada [Figura 2(b)], com pouca variação de amplitude.
Figura 1. Interferômetro de Michelson realimentado.
Figura 2. Sinal de entrada (verde), saída DC (laranja) e saída AC+DC (azul) para malha aberta (a) e malha fechada (b).
Devido a excursão do atuador de realimentação ser de aproximadamente 1,5 𝜋 rad, temos, através da relação ∆𝐿 = (𝜆 4𝜋)𝑥⁄ , sendo 𝑥 o índice de modulação (radianos) e 𝜆=632,8 nm para o laser de He-Ne, o deslocamento máximo compensado através da realimentação é de 246,74 nm.
Conclusões
Verificou-se que a realimentação é uma opção viável para estabilizar interferômetros ópticos. A estabilidade, em torno de pontos de equilíbrio em quadratura de fase, está em conformidade com a previsão teórica, e, os resultados experimentais obtidos concordam com simulações em SIMULINK (não mostrados no texto).
Agradecimentos
Os autores agradecem ao CNPq.
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1 CARBONARI,R.C. Projeto de atuadores Piezoelétricos flextensionais usando o método da otimização topológica. 2003.Dissertação (Mestrado em Engenharia) – Escola Politécnica, Universidade de São Paulo, São Paulo, 2003.
2 GALETI, J.H., Controle automático aplicado a interferômetro de dois feixes, 2013. Estudos Especiais II – Faculdade de Engenharia de Ilha Solteira, Universidade Estadual Paulista, Ilha Solteira, 2013.
