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Microfabricação por fotopolimerização via
absorção de 2 fótons
Aparato Experimental e Implementação
Vinicius Tribuzi R. P. Gomes,
Daniel S. Corrêa,
Cleber Renato Mendonça
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Introdução
Neste projeto utilizamos lasers de
femtosegundos na fabricação de sistemas
poliméricos em escala microscópica, com
propriedades ópticas interessantes para
dispositivos fotônicos.
Implementamos um sistema de
microfabricação via fotopolimerizacao por
absorção de dois fótons.
H. B. Sun, S. Kawata, Nmr - 3d Analysis - Photopolymerization.
SPRINGER-VERLAG BERLIN, Berlin, 2004, p. 169-273.
Essa nova técnica de microfabricação oferece uma série de
vantagens sobre outras técnicas convencionais, a destacar:
sua capacidade para produzir estruturas tridimensionais sem
limitações topológicas, e sua alta resolução espacial, que
pode exceder o limite de difração.
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Introdução
Com um feixe gaussiano sendo
focalizado sobre uma amostra,
temos que a intensidade varia
com o inverso do quadrado da
distância ao plano focal no eixo
óptico (z).
Desta forma, a excitação fica
confinada ao longo do eixo z, mas
também no plano xy, uma vez que
estamos focalizando o feixe e,
portanto, teremos a mesma
energia iluminando uma área
menor
Processos por 2 fótons
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Aparato Experimental
Espelhos móveis
Deslocamento e suporte da amostra
Shutter
Sistema de monitoramento
Objetivas e Microscópio
Aparato
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Aparato Experimental
CCD
camera
Laser
Expansão
do feixe
Espelhos
moveis
resinaespaco
vidro (150 micron)
vidro (150 micron)Objetiva
Iluminação
CCD
camera
Laser
Expansão
do feixe
Espelhos
moveis
resinaespaco
vidro (150 micron)
vidro (150 micron)Objetiva
Iluminação
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Aparato Experimental
Usamos uma fonte de iluminação guiada
por fibra óptica e com intensidade ajustável.
Esta fonte é direcionada em sentido oposto
à propagação do laser. Um filtro é
adicionado de forma a evitar que luz de
comprimentos de onda curtos incida sobre a
amostra, evitando assim que o sistema de
iluminação fotopolimerize a amostra. Essa
luz incide sobre um divisor de feixe, sendo
desviada para a câmera CCD onde a
fotopolimerização pode ser monitorada em
tempo real, graças a diferença de índices de
refração entre a resina não polimerizada e o
polímero final.
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LabView
Através da linguagem de
programação Labview podemos
controlar simultaneamente, em um
mesmo programa, os espelhos
móveis, o motor de passo, que
desloca a amostra no eixo z, e o
obturador.
Coordenando a operação desses
três componentes do aparato
podemos fotopolimerizar a amostra
de forma a criar microestruturas na
forma que desejarmos.
Aparato Experimental
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Aparato Experimental
Movimenta a
amostra na
direção de
propagação do
feixe laser
Junto com os
espelhos móveis
da ao objeto sua
estrutura
tridimensional
Deslocamento
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Aparato Experimental
Para controlar as regiões que serão excitadas
pelo laser usamos dois espelhos acoplados a
motores galvanométricos, orientados de forma
a fazer o feixe laser se deslocar nas direções x
e y.
O obturador deve ser controlado de forma a
bloquear o feixe laser quando a amostra estiver
se deslocando apenas para redirecionar o
ponto focal para a posição desejada, porém
sem fotopolimerizar o material.
espelhos
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Processo de Fabricação
Para testar o funcionamento do aparato experimental usamos um LED
emitindo luz azul na região de 470 nm. Neste caso, temos
fotopolimerização por absorção de um fóton. Algumas estruturas simples
foram feitas.
Linha vista com objetiva de aumento de 10 vezes Linhas cruzadas vista com objetiva de 4 vezes.
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Processo de Fabricação
Posteriormente, usamos um
oscilador laser para realizarmos
testes usando a fotopolimerização
por absorção de dois fótons.
Pode-se notar que aqui temos
estruturas bem menores que no
caso por um fóton.
Estrutura vista com objetiva de aumento de 40 vezes.
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Conclusões e Perspectivas
O aparato mostrou bom funcionamento estando apto a realizar
a tarefas para as quais foi projetado. Sendo assim, pretendemos
investigar características como velocidade de varredura e
potência média do laser de forma a conseguirmos o menor
volume fotopolimerizado possível.
Numa outra etapa pretendemos fabricar microestruturas mais
complexas e funcionais para serem utilizadas em diversas
aplicações que vão desde fotônica à biofotônica.