Orientador: Michel Zamboni Rached

Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação

Resumo: O fenômeno da difração gera o alargamento espacial gradativo de feixes e pulsos não guiados durante a propagação, sendo, portanto, um fator limitante para qualquer aplicação onde se deseja que a onda em questão mantenha sua localização transversal - como em Pinças Ópticas, Comunicações...

Resumo: O fenômeno da difração gera o alargamento espacial gradativo de feixes e pulsos não guiados durante a propagação, sendo, portanto, um fator limitante para qualquer aplicação onde se deseja que a onda em questão mantenha sua localização transversal - como em Pinças Ópticas, Comunicações Ópticas do Espaço Livre (FSO), entre outros. As chamadas ondas não difrativas são soluções especiais da equação de onda que se mostram resistentes ao fenômeno da difração por longas distâncias. Porém, as versões ideais destas ondas apresentam fluxo de potência infinito através do plano perpendicular à direção de propagação, portanto, impossibilitando sua geração. No entanto, é possível gerar as versões truncadas destes feixes que, apesar de não serem totalmente isentos da difração, eles se mostraram bem resistentes a este fenômeno, mantendo-se ao longo de distâncias consideráveis antes de perderem sua concentração transversal (por exemplo, quando comparados a um feixe gaussiano ordinário, podendo apresentar uma profundidade de campo dezenas de vezes maior). Neste trabalho, propõe-se a geração de feixes não difrativos usando um refletor parabólico tendo uma fonte de ondas esféricas posicionada num ponto ligeiramente deslocado de seu foco (no sentido de afastamento do refletor), a partir de uma abordagem escalar que se mostrou satisfatória como primeira aproximação. E apesar de serem analisados os regimes de infravermelho (comprimento de onda de 850nm) e limiar entre micro-ondas e ondas milimétricas (comprimento de onda de 1cm, 2cm e 3cm) - que, além da ampla aplicabilidade, propiciam uma montagem experimental relativamente simples dado que as dimensões apropriadas para o refletor podem ser encontradas em uma antena parabólica ordinária - os resultados obtidos também podem ser extrapolados para o espectro óptico

Abstract: The phenomenon of diffraction causes gradual spatial broadening of beams and pulses during propagation, and is characterized as a limiting factor for any application where it is desired that the wave maintains its transverse localization - as in Optical Tweezers, Freespace Optical...

Abstract: The phenomenon of diffraction causes gradual spatial broadening of beams and pulses during propagation, and is characterized as a limiting factor for any application where it is desired that the wave maintains its transverse localization - as in Optical Tweezers, Freespace Optical Communications (FSO), among others. The so called nondiffracting waves are special solutions of the wave equation able to resist the diffraction effects for long distances. But the ideal versions of these waves have an infinite power flow through the perpendicular plane to the propagation direction, so being impossible their generation. However, it is possible generate the truncated versions of these beams that, although not being completely free of diffraction, they proved be quite resistants to this phenomenon, sustaining themselves over considerable distances before losing their transverse concentration (for example, when compared to an ordinary Gaussian beam, whose field depth can be dozens of times greater). In this work, we propose the generation of nondiffracting beams using a parabolic reflector having a source of spherical waves positioned at a point slightly displaced from its focus (moving away from the reflector), from a scalar approach which has proven to be satisfactory as first approximation. And despite being analyzed infrared (wavelength of 850nm) and threshold between microwave and millimeter wave spectra (wavelength of 1cm, 2cm and 3cm) - that, besides the wide applicability, allow a relatively simple experimental setup since the proper dimensions to the reflector can be found in an ordinary parabolic antenna - the results can be extrapolated to the optical spectrum