Mikromechanisch durchstimmbare, dielektrische Fabry-Pérot-Filter im nahen Infrarot-Bereich: Konzept, Herstellung und Charakterisierung

Das Ziel der vorliegenden Arbeit war die Herstellung und Charakterisierung mikromechanisch durchstimmbarer, dielektrischer Fabry-Pérot-Filter im nahen Infrarot-Bereich bei einer Zentralwellenlänge von λc = 950 nm. Diese Bauelemente wurden auf Basis kostengünstiger Technologien realisiert, dank deren Entwicklung extreme Miniaturisierung und gleichzeitig hohe spektrale Anforderungen möglich sind. Der Vorteil solcher Filter liegt darin, dass sie direkt in einen Photodetektor integriert werden können und mit ganz wenigen Komponenten zu einem kompakten Spektrometermodul zusammengesetzt werden können. Die Baugröße ist nur durch die Größe des Photodetektors limitiert und die gesamte Intensität des einfallenden Lichts kann vorteilhaft auf eine einzelne Filtermembran des Fabry-Pérot-Filters fokussiert werden. Für den Filteraufbau werden zwei hochreflektierende, dielektrische DBR-Spiegel, ein organisches Opferschichtmaterial, welches zur Erzeugung einer Luftkavität im Filter dient, und zwei unterschiedliche Elektroden aus ITO und Aluminium verwendet. Die mikromechanische Auslenkung der freigelegten Filtermembran geschieht mittels elektrostatischer Aktuation, wobei auf diese Weise die Kavitätshöhe des Fabry-Pérot-Filters geändert wird und somit dieser im erforderlichen Spektralbereich optisch durchgestimmt wird. Das in dieser Arbeit gewählte Filterkonzept stellt eine Weiterentwicklung eines bereits bestehenden Filterkonzepts für den sichtbaren Spektralbereich dar. Zum Einen wurden in dieser Arbeit das vertikale und das laterale Design der Filterstrukturen geändert. Eine entscheidende Änderung lag im mikromechanisch beweglichen Teil des Fabry-Pérot-Filters. Dieser schließt den oberen DBR-Spiegel und ein aus dielektrischen Schichten und der oberen Aluminium-Elektrode bestehendes Membranhaltesystem ein, welches später durch Entfernung der Opferschicht freigelegt wird. Die Fläche des DBR-Spiegels wurde auf die Fläche der Filtermembran reduziert und auf dem Membranhaltesystem positioniert. Zum Anderen wurde im Rahmen dieser Arbeit der vertikale Schichtaufbau des Membranhaltesystems variiert und der Einfluss der gewählten Materialien auf die Krümmung der freistehenden Filterstrukturen, auf das Aktuationsverhalten und auf die spektralen Eigenschaften des gesamten Filters untersucht. Der Einfluss der mechanischen Eigenschaften dieser Materialien spielt nämlich eine bedeutende Rolle bei der Erhaltung der erforderlichen optischen Eigenschaften des gesamten Filters. Bevor Fabry-Pérot-Filter ausgeführt wurden, wurde die mechanische Spannung in den einzelnen Materialien des Membranhaltesystems bestimmt. Für die Messung wurde Substratkrümmungsmethode angewendet. Es wurde gezeigt, dass die Plasmaanregungsfrequenzen der plasmaunterstützten chemischen Gasphasenabscheidung bei einer Prozesstemperatur von 120 °C die mechanische Spannung von Si3N4 enorm beeinflussen. Diese Ergebnisse wurden im Membranhaltesystem umgesetzt, wobei verschiedene Filter mit unterschiedlichen mechanischen Eigenschaften des Membranhaltesystems gezeigt wurden. Darüber hinaus wurden optische Eigenschaften der Filter unter dem Einfluss des lateralen Designs der Filterstrukturen untersucht. Bei den realisierten Filtern wurden ein optischer Durchstimmbereich von ca. 70 nm und eine spektrale Auflösung von 5 nm erreicht. Die erreichte Intensität der Transmissionslinie liegt bei 45-60%. Diese Parameter haben für den späteren spektroskopischen Einsatz der realisierten Fabry-Pérot-Filter eine hohe Bedeutung. Die Anwendung soll erstmalig in einem „Proof of Concept“ stattfinden, wobei damit die Oberflächentemperatur eines GaAs-Wafers über die Messung der spektralen Lage seiner Bandlücke bestimmt werden kann.

Assembly Guidance in Augmented Reality Environments Using a Virtual Interactive Tool

The application of augmented reality (AR) technology for assembly guidance is a novel approach in the traditional manufacturing domain. In this paper, we propose an AR approach for assembly guidance using a virtual interactive tool that is intuitive and easy to use. The virtual interactive tool, termed the Virtual Interaction Panel (VirIP), involves two tasks: the design of the VirIPs and the real-time tracking of an interaction pen using a Restricted Coulomb Energy (RCE) neural network. The VirIP includes virtual buttons, which have meaningful assembly information that can be activated by an interaction pen during the assembly process. A visual assembly tree structure (VATS) is used for information management and assembly instructions retrieval in this AR environment. VATS is a hierarchical tree structure that can be easily maintained via a visual interface. This paper describes a typical scenario for assembly guidance using VirIP and VATS. The main characteristic of the proposed AR system is the intuitive way in which an assembly operator can easily step through a pre-defined assembly plan/sequence without the need of any sensor schemes or markers attached on the assembly components.

El mecanismo de Desarrollo Limpio : oportunidades de Desarrollo Sostenible para Países en Desarrollo en el Protocolo de Kioto. Caso Colombia como posible potencia continental ambiental

El Cambio Climático y los Mecanismos de Desarrollo Limpio (MDL) en Colombia: Con el protocolo de Kyoto nacen los Mecanismos de Desarrollo Limpio, los cuales posibilitan a los países en desarrollo el generar cambios en los modelos de producción de las industrias altamente contaminantes por producciones limpias, obteniendo beneficios adicionales por la comercialización de los títulos de Reducciones Certificadas de las Emisiones (RCE). Nuestro país, tiene un potencial importante para fomentar el desarrollo de proyectos MDL con lo cuál puede aumentar su capacidad de negociación frente a políticas ambientales internacionales, contribuyendo al incremento del comercio exterior colombiano.

Análisis de las estrategias de cooperación sur-sur para el desarrollo económico y social binacional. Estudio de caso: proyectos en materia agropecuaria en el marco del convenio de cooperación técnica y científica entre Brasil y Colombia, periodo 2007-2011

Las desigualdades económicas y sociales entre los Estados del Norte y del Sur son evidentes, ante esta premisa surge la Cooperación Sur-Sur como una herramienta eficaz para potencializar el desarrollo económico y social de las naciones del Sur bajos los principios de horizontalidad, consenso y equidad. En este sentido, se analizan las estrategias de Cooperación Sur-Sur entre Brasil y Colombia y su aplicación en uno de los sectores prioritarios de los Estados del Sur como es el sector agropecuario.

High sensitivity fiber optic angular displacement sensor and its application for detection of ultrasound

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Measurement of atmospheric formaldehyde using a drop collector and in-situ colorimetry

A sensitive and affordable approach is described for the in-situ measurement of ambient formaldehyde. Air is sampled around a 100 microliter aqueous drop containing 3-methyl-2-benzothiazoline hydrazone. After a desired period of sampling (typ. 5 min) and a waiting period of 10 min for the reaction to be completed, a second reagent (FeCl3) is added to the drop by means of a conjoined conduit. A blue product is formed and is read after an additional 10 min of reaction by a fiber-optic/light emitting diode based photodetector. A fresh drop is then formed and the process begins anew. As demonstrated here, the limit of detection is similar to 6.25 mu g m(-3) HCHO but can be significantly improved by using longer sampling times and a sampling rate higher than 100 mi min(-1) used in most of this work. This is the first example of a chromogenic drop sensor that utilizes sequential reagent addition.

CMOS-based active pixel for low-light-level detection: Analysis and measurements

An analysis of the active pixel sensor (APS), considering the doping profiles of the photodiode in an APS fabricated in a 0.18 μm standard CMOS technology, is presented. A simple and accurate model for the junction capacitance of the photodiode is proposed. An analytic expression for the output voltage of the APS obtained with this capacitance model is in good agreement with measurements and is more accurate than the models used previously. A different mode of operation for the APS based on the dc level of the output is suggested. This new mode has better low-light-level sensitivity than the conventional APS operating mode, and it has a slower temporal response to the change of the incident light power. At 1μW/cm2 and lower levels of light, the measured signal-to-noise ratio (SNR) of this new mode is more than 10 dB higher than the SNR of previously reported APS circuits. Also, with an output SNR of about 10 dB, the proposed dc level is capable of detecting light powers as low as 20 nW/cm2, which is about 30 times lower than the light power detected in recent reports by other groups. © 2007 IEEE.

Photodetection with gate-controlled lateral BJTs from standard CMOS technology

The silicon-based gate-controlled lateral bipolar junction transistor (BJT) is a controllable four-terminal photodetector with very high responsivity at low-light intensities. It is a hybrid device composed of a MOSFET, a lateral BJT, and a vertical BJT. Using sufficient gate bias to operate the MOS transistor in inversion mode, the photodetector allows for increasing the photocurrent gain by 106 at low light intensities when the base-emitter voltage is smaller than 0.4 V, and BJT is off. Two operation modes, with constant voltage bias between gate and emitter/source terminals and between gate and base/body terminals, allow for tuning the photoresponse from sublinear to slightly above linear, satisfying the application requirements for wide dynamic range, high-contrast, or linear imaging. MOSFETs from a standard 0.18-μm triple-well complementary-metal oxide semiconductor technology with a width to length ratio of 8 μm /2 μm and a total area of ∼ 500μm2 are used. When using this area, the responsivities are 16-20 kA/W. © 2001-2012 IEEE.

Caracterização térmica de compostos orgânicos usando a técnica de lente térmica

Utilizou-se a técnica de espectroscopia de lente térmica com dois feixes quase paralelos em modo descasado para estudar as propriedades térmicas de cinco óleos vegetais e de um composto específico de oleína de palma e p-caroteno (OP+BC), preparado no laboratório. As medidas de difusividade térmica foram obtidas do ajuste entre a curva experimental do sinal temporal de lente térmica no fotodetector com a equação obtida no modelo aberrante de lente térmica com modos descasados, tendo em conta a difração de Fresnel para o campo distante. São reportadas as medidas da difusividade térmica de diversos óleos vegetais da Amazônia e do composto OP+BC. É verificado um crescimento exponencial da difusividade térmica com a concentração, o que se atribui à estrutura molecular do p-caroteno. Até o momento, os resultados são inéditos e não têm sido reportados na literatura.

Desenvolvimento de equipamento multifuncional portátil de baixo custo para determinações fotométricas, turbidimétricas, nefelométricas e fluorimétricas

Pós-graduação em Química - IQ

Evolução do temperamento de bovinos de corte mantidos a pasto e frequentemente manejados

Pós-graduação em Zootecnia - FCAV

Microwave interferometric technique for characterizing few mode fibers

We propose and experimentally demonstrate a simple and accurate technique for measuring differential mode group delay (DMGD) in few mode fibers (FMF). A frequency-swept microwave signal is modulated on a filtered optical incoherent source. The microwave signals carried on different fiber modes experience different time delays and interfere with each other in the photodetector. Optical interference between propagating fiber modes is avoided by the use of an incoherent optical source. A mathematical model is established to analyze the interference pattern and extract the DMGD values. A 456-m two-mode fiber and a 981-m FMF, which supports four LP modes, are measured. The measurement covers the whole C-band and the results coincide well with those obtained by the time-of-flight method and the numerical simulations. A precision of ±0.002 ps/m is achieved.