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Title: Modelagem e caracterização de um dispositivo optoeletrônico baseado no fenômeno de ressonância de plásmons de superfície operando no modo de grade.
Other Titles: Modeling and characterization of an optoelectronic device based on the surface plasmon resonance phenomenon operating in grid mode.
???metadata.dc.creator???: RODRIGUES, Eloise dos Passos.
???metadata.dc.contributor.advisor1???: LIMA, Antonio Marcus Nogueira.
???metadata.dc.contributor.referee1???: MORAIS, Marcos Ricardo Alcântara.
???metadata.dc.contributor.referee2???: ROCHA NETO, José Sérgio da.
???metadata.dc.contributor.referee3???: NEFF, Franz Helmut.
Keywords: Grade periódica;Ressonância de plásmons de superfície;Sensor;Modelagem de dispositivo optoeletrônico;Teoria eletromagnética;Modelagem matemática;Simulação de grade metálica;Sistema sensor;Periodic grid;Surface plasmon resonance;Sensor;Optoelectronic Device Modeling;Electromagnetic theory;Mathematical Modeling;Metal grid simulation;Sensor system
Issue Date: 29-Jun-2017
Publisher: Universidade Federal de Campina Grande
Citation: RODRIGUES, Eloise dos Passos. Modelagem e caracterização de um dispositivo optoeletrônico baseado no fenômeno de ressonância de plásmons de superfície operando no modo de grade. 2017. 91f. (Dissertação de Mestrado) Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Centro de Engenharia Elétrica e Informática, Universidade Federal de Campina Grande - Paraíba - Brasil, 2017. Disponível em: http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/20175
???metadata.dc.description.resumo???: Neste trabalho é apresentado o desenvolvimento de um sistema sensor utilizando o fenômeno da ressonância de plásmons de superfície na grade periódica. Com a finalidade de avaliar a influência da geometria da interface na sensibilidade do sensor, é realizado um estudo teórico e prático para calcular a curva de ressonância na interface periódica. O sistema sensor é projetado a partir da construção de um dispositivo optoeletrônico, cuja caracterização em uma estrutura multicamada permite que seja utilizado para excitar os plásmons de superfície. O dispositivo possui uma região de sensoriamento composta por uma grade periódica com perfil dente de serra com bordas arredondadas. A análise da geometria dessa estrutura foi realizada através de um estudo teórico, que serviu como ponto de partida na abordagem matemática e formulação do problema. A solução foi avaliada a partir de uma ferramenta computacional comercial, que utiliza o método dos elementos finitos para resolver as equações envolvidas considerando todas as condições adotadas, cujos resultados foram validados através de experimentos. Para realização desses experimentos, foram confeccionados três dispositivos distintos, utilizando o processo de deposição metálica. Os metais ouro (Au), prata (Ag) e cobre (Cu) foram depositados em camadas de escala nanométrica formando um filme fino de metal sobre a grade. Simulações e testes experimentais foram realizados abordando cada dispositivo construído sob as mesmas condições. Dois tipos de estudos foram realizados a partir da incidência do feixe de luz: o primeiro variando o ângulo de incidência e o segundo, o comprimento de onda da luz. Em ambos os métodos, a luz teve sua incidência direta na grade metálica objetivando alcançar uma maior sensibilidade do dispositivo. Os resultados obtidos por simulações e experimentos, a partir da luz refletida pela grade periódica na ordem zero, foram apresentados como modelos de curva, cujos eixos: refletividade × comprimento de onda e refletividade × ângulo de incidência, demonstraram a queda da refletividade para uma determinada faixa de comprimento de onda, ou ângulo de ressonância. Aplicações do sistema sensor proposto neste trabalho foram vislumbradas para detecção de gases, mais expecificamente vapor de água condensado, sendo analisada sua eficiência e sensibilidade na detecção deste composto.
Abstract: In this work the development of a sensor system using the surface plasmons resonance phenomenon in the periodic grating is presented. In order to evaluate the influence of interface geometry on sensor sensitivity, a theoretical and practical study is performed to calculate the resonance curve at the periodic interface. The sensor system is designed from the construction of an optoelectronic device whose characterization in a multilayer structure allows it to be used to excite the surface plasmons. The device has a sensing region composed of a periodic grating with sawtooth profile with rounded edges. The analysis of the geometry of this structure was carried out through a theoretical study, which served as starting point in the mathematical approach and formulation of the problem. The solution was evaluated from a commercial computational tool, which uses the finite element method to solve the equations involved considering all the conditions adopted, whose results were validated through experiments. For the accomplishment of these experiments, three distinct devices were made, using the metal deposition process. The metals gold (Au), silver (Ag) and copper (Cu) were deposited in layers of nanometer scale forming a thin film of metal on the grating. Simulations and experimental tests were performed on each device built under the same conditions. Two types of studies were carried out from the incidence of light beam: the first varying the angle of incidence and the second, the wavelength of light. In both methods, the light had its direct incidence in the metallic grating aiming to reach a improve the sensitivity of the device. The results obtained by simulations and experiments, from light reflected by the periodic grating in order zero, were presented as curve models, whose axes: reflectivity times wavelength and reflectivity times incidence angle, demonstrated the reflectivity drop for a given wavelength range, or resonance angle. Applications of the sensor system proposed in this work were glimpsed for the detection of gases, more specifically condensed water vapor, being analyzed their efficiency and sensitivity in the detection of this compound.
Keywords: Grade periódica
Ressonância de plásmons de superfície
Sensor
Modelagem de dispositivo optoeletrônico
Teoria eletromagnética
Modelagem matemática
Simulação de grade metálica
Sistema sensor
Periodic grid
Surface plasmon resonance
Sensor
Optoelectronic Device Modeling
Electromagnetic theory
Mathematical Modeling
Metal grid simulation
Sensor system
???metadata.dc.subject.cnpq???: Engenharia Elétrica.
URI: http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/20175
Appears in Collections:Mestrado em Engenharia Elétrica.

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