Marco Isaías Alayo Chávez.

The development of lasers is the most crucial milestone in photonics and during decades manysuitable materials have been proposed and used for transmitting and manipulating light in thisimportant field, which today is seen as strategic for increasing the competitiveness of various industrialsectors. The lasers manufacture involves obtaining gain media with a very low concentration ofstructural defects. This is because structural defects are deleterious and can greatly compromise theperformance of laser devices. Unlike conventional lasers, random laser (RL) sources do not have apredefined resonant cavity. In these types of lasers, the multiple scattering of light, which is avoidedin conventional lasers, is precisely the phenomenon that generates the necessary feedback for opticalamplification. For this reason, random lasers may have less complex manufacturing processes, andallow the use of a greater range of materials as possible means of gain. RLs emit in many directionsand have very low temporal and spatial coherence, which is advantageous, for example, for obtaininghigh-definition images, free of speckle. However, the same properties that make RLs attractive are alsoresponsible for the difficulty in characterizing them. In this sense, phase retrieval combined with replicasymmetry breaking (RSB) theory may constitute a new way to investigate RL emission, since the nonlinearequation of phase retrieval appears in many different scenarios, from X-ray imaging to opticalcomputing. Furthermore, many algorithms have been proposed, from flexible gradient descent routesto more specialized spectral methods and recent advances in machine and deep learning havecontributed a lot with these investigations. Thus, the proposed project aims to develop newmechanisms for the characterization and improvement of RL emitting systems through machinelearning algorithms associated with phase retrieval. This will allow not only the demonstration of laseraction on materials, but also help in the optimization and development of new materials and photonicdevices, which can be used in the generation of random lasers used in the most diverse areas. All worksproposed in this project are unpublished and aim to generate knowledge about new photonic devices,with different possibilities of application in the field of photonic engineering.

O presente projeto de pesquisa tem como objetivo principal desenvolver dois tipos de dispositivos ópticos integrados: guias pedestais com estrutura em ?V? e anéis ressonantes. Para isto usaremos a técnica pedestal (TP2), recém desenvolvida, e como camada ativa o filme de Pentóxido de Tântalo (Ta2O5) pois este material tem apresentado em trabalhos anteriores excelentes características ópticas não-lineares. Também faz parte deste projeto de pesquisa o estudo de detecção de células-tronco usando a tecnologia de Ressonância plasmônica de superfície (SPR). Para isto, montaremos um sistema biossensor baseado na tecnologia SPR através do modelo de acoplamento por prisma com ATR (Attenuated Total Reflection).

Os biossensores são considerados ferramentas do futuro que visam a realização de diagnósticos rápidos e portáteis. Com a pandemia, causada pelo novo coronavírus reforçou-se esta necessidade para a saúde pública. Os biossesores ópticos baseados em SPR (Ressonância Plasmônica de Superfície) são vantajosos, quando comparado ao métodos convencionais, devido a sua alta sensibilidade e capacidade de detecção em tempo real.
Este projeto tem como objetivo desenvolver um sistema biossensor baseado na tecnologia SPR usando o modelo de acoplamento por prisma com ATR (Attenuated Total Reflection). Usaremos um laser de aprox. 650 nm de comprimento de onda, um prisma triangular, polarizadores, lentes e um sensor de imagem CMOS.

O contínuo desenvolvimento da sociedade está promovendo uma pressão constante no meio ambiente, esse cenário indica um aumento de substâncias biologicamente ativas em águas naturais superficiais, assim fazem-se necessárias a identificação e quantificação desses poluentes. O uso de sensores fotônicos possui grande potencial para detecção e quantificação de poluentes orgânicos em água sem o uso de equipamentos analíticos, propiciando monitoramento de poluentes emergentes. Neste projeto propomos a realização de uma pesquisa aplicada ao desenvolvimento de um sensor fotônico para o monitoramento de processos de poluentes orgânicos no meio ambiente. Como diferencial, será investigada a viabilidade de utilizar guias de onda do tipo pedestal para a construção dos elementos necessários ao sistema de medição das propriedades dos analitos. Essa abordagem ainda não foi explorada, no que tange o nosso conhecimento, e possui potencial para simplificar a construção de sensores fotônicos, além de permitir a utilização de materiais diferentes dos tradicionalmente empregados em dispositivos fotônicos integrados baseados em silício

Neste projeto de pesquisa serão estudados guias de onda com núcleo oco e núcleo líquido, guias de onda do tipo pedestal e dispositivos ópticos baseados em cristais fotônicos. Basicamente será realizado a simulação, fabricação, otimização e caracterização dispositivos ópticos ARROW com núcleo líquido e com núcleo oco visando a utilização destas estruturas em áreas como a optofluídica e para aplicações como sensores em biologia molecular, química toxicológica, física, etc. Também, usando a técnica pedestal, que foi desenvolvida em trabalhos passados, fabricaremos alguns dispositivos ópticos usando materiais ?recém desenvolvidos? como núcleo. Finalmente, pretende-se também fabricar dispositivos ópticos baseados em cristais fotônicos que foram previamente simulados em trabalhos anteriores. Para isso pretende-se usar técnicas de nanofabricação como Litografia por Feixe de Elétrons (E-Beam) e corrosão seca por plasma indutivo (ICP-RIE).

Projeto Temático FAPESP (Processo No. 18/08782-1).Diversas técnicas analíticas emergentes têm surgido nos últimos anos, mas quando o problema envolve determinações em diversos locais de amostragem, o custo e a logística para a posterior realização de análise química laboratorial consistem em aspectos desvantajosos. Tais problemas podem ser melhor resolvidos com o uso de dispositivos que funcionem de forma autônoma no local de amostragem ou próximo a ele, reduzindo os riscos de erro e contaminação associados à aquisição manual de amostras, armazenamento e transporte. Um sensor químico de leitura direta opera detectando e respondendo de maneira rápida à presença ou à quantidade de um analito com base em alguma interface existente entre o sensor e a amostra. Esses dispositivos são capazes de lidar com volumes muito pequenos e realizar ensaios em curtos períodos, portanto, a miniaturização oferece uma plataforma adequada para portabilidade e automação. Dependendo dos parâmetros selecionados, os dispositivos podem ser fabricados para coleta de sinal analógico, processamento, registro e apresentação remota de informações. Nesse cenário, o presente projeto de pesquisa visa ao planejamento e desenvolvimento de sistemas integrados para monitoramento em tempo real de alguns compostos-alvo em locais de relevância ambiental, biológica e clínica. Os dispositivos propostos consistirão em vários sensores eletroquímicos e ópticos miniaturizados, alguns deles com abordagem wearable, e ênfase será dada à construção de sistemas que possam ser facilmente empregados e que possuam operação confiável e de longa duração. Alta seletividade em relação aos analitos desejados será alcançada com plataformas projetadas com base em novos materiais. Na ausência de seletividade favorável, diferentes estratégias serão empregadas, tais como abordagens matemáticas (análise quimiométrica) ou a separação do analito da matriz da amostra usando dispositivos microfluídicos. Os sensores desenvolvidos terão que satisfazer requisitos analíticos (por exemplo, redução da resposta à deriva, resistência ao envenenamento da superfície e alta seletividade, exatidão e precisão), bem como demandas tecnológicas (produção em larga escala a baixo custo, baixo consumo de energia e eletrônica robusta)

Neste projeto de pesquisa (CNPq - Auxílio à Produtividade em Pesquisa No. 307349/2014-4) pretendemos desenvolver 2 tipos de dispositivos ópticos que usam tanto princípios quanto procedimentos não convencionais de fabricação. Os dispositivos que serão estudados são: guias de onda com núcleo oco e núcleo líquido e guias de onda do tipo pedestal. Para isso pretendemos realizar toda a simulação, fabricação, otimização e caracterização destes dispositivos ópticos visando a utilização destas estruturas em áreas como a optofluídica para aplicações como sensores em biologia molecular, química toxicológica, física, etc. Estas estruturas podem permitir também o uso de materiais não usados anteriormente como núcleo de guias de onda possibilitando aproveitar as propriedades físicas e ópticas destes materiais ?recém desenvolvidos? na fabricação de novos dispositivos ópticos. Pretendemos também realizar neste projeto de pesquisa um estudo teórico para verificar o potencial de utilização do Nitreto de Alumínio (AlN) na construção de guias de onda e dispositivos ópticos ativos baseados em cristais fotônicos visando no futuro fabricar tais dispositivos através de técnicas como Litografia por Feixe de Elétrons (E-Beam).

Os objetivos principais do projeto visam 1- Intercambiar conhecimentos dos trabalhos desenvolvidos entre o professor anfitrião (Marco Isaías Alayo Chávez) e o professor visitante (Luiz Poffo) da Universidade de Rennes 1 / IUT Lannion, França, 2- Divulgar as pesquisas do professor visitante entre os pesquisadores e alunos de mestrado e doutorado do estado de São Paulo através de palestras oferecidas dentro da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo e, 3- Iniciar discussões para possíveis colaborações entre os dois grupos de pesquisa através de trabalhos experimentais realizados em conjunto.

O presente projeto de pesquisa (CNPq - Auxílio à Produtividade em Pesquisa No. 302365/2011-7) tem como objetivo principal o desenvolvimento de sensores ópticos integrados usando materiais e infra-estrutura utilizadas comumente na fabricação de dispositivos microeletrônicos. Basicamente, propõe-se a realização de simulações, fabricações e caracterizações de diferentes sensores ópticos integrados, tais como: sensor óptico de gás, filtros interferenciais para utilização como sensores ópticos de temperatura, microlâmpadas incandescentes para utilização como fontes de luz em dispositivos ópticos, acopladores de interferência multimodal (Multi-Mode Interference couplers, MMI) para sensoriamento da variação do índice de refração de materiais transparentes e guias de onda ARROW (Anti-resonant Reflecting Optical Waveguides) com núcleo oco para aplicações em micro-fluídica. Todos estes dispositivos são fabricados usando materiais dielétricos depositados pela Técnica de Deposição Química a Vapor Assistida por Plasma (PECVD) e pela técnica de Sputtering e são definidos geometricamente usando a infra-estrutura comumente usada para a tecnologia de silício.

O objetivo desta proposta é avaliar processos relevantes para determinação da qualidade da água de lastro de navios. Serão estudados os seguintes aspectos: Avaliação do impacto de enchimento, esvaziamento e movimentação da água dos tanques de lastro durantes as operações de desembarque, embarque e navegação, incluindo o efeito da mistura ou estratificação da água de lastro sobre organismos e parâmetros físico-químicos e sedimentos; análise da mortalidade, persistência e potencial invasivo de espécies aquáticas nos tanques sob diferentes condições simuladas e validadas em laboratório; influência de aspectos operacionais e da arquitetura de navios sobre os parâmetros citados anteriormente; aprimoramento de um protótipo de sistema remoto georreferenciado de coleta de dados em múltiplos tanques, com foco em parâmetros físico-químicos, bem como na posição geográfica da água de lastro; e análise crítica das diretrizes internacionais IMO sobre o monitoramento de embarcações.

Desenvolvimento de Modelagem Sistêmica de Vias Férreas para Aumento de Durabilidade e Redução de Manutenção de Forma Sustentável

Realizará pesquisas avançadas em nanotecnologia e nanociências visando o desenvolvimento de nanomateriais, bem como de nanossistemas moleculares, híbridos ou de estado sólido, voltados para aplicações nas áreas de dispositivos, energia, meio ambiente e nanomedicina. Estudará os princípios fundamentais que regem as interações e a concatenação de eventos na escala nano e molecular, buscando linhas gerais que racionalizem o desenvolvimento de nanossistemas mais complexos. Promoverá produção e disseminação do conhecimento a nível nacional e internacional por meio de escolas de Nanociência e Nanotecnologia e da formação de recursos humanos nessa área. Atuará na interface Universidade-Empresa visando o estabelecimento de parcerias com o setor produtivo

Avaliação de forçantes hidrodinâmicas, operacionais e biológicas como subsídio para o desenvolvimento de sistemas de monitoramento da água de lastro (AFHOBAL)

O presente projeto de pesquisa (CNPq - Auxílio `Produtividade em Pesquisa No. 301349/2008-8) tem como objetivo otimizar as etapas de simulação, fabricação e caracterização de dispositivos ópticos que estamos desenvolvendo, tais como: guias de onda convencionais e ARROWs, filtros interferenciais e dispositivos Mach-Zehnder e, ademais, objetiva realizar estudos para a aplicação destes dispositivos na fabricação de sensores ópticos, como: filtros interferenciais sintonizáveis baseados em compostos de silício, sensores termo-ópticos usando interferômetro Mach-Zehnder, portas ópticas digitais baseadas em cantilevers termo-mecânicos e dispositivos ópticos para sensoriamento de gases. Estes dispositivos são fabricados usando materiais dielétricos depositados pela Técnica de Deposição Química Assistida por Plasma (PECVD) e pela técnica de Sputtering e são definidos geometricamente usando a infra-estrutura comumente usada para a fabricação de dispositivos microeletrônicos

O presente projeto de pesquisa (Edital MCT/CNPq 70/2008 No. 53313/2009-6) tem como objetivo desenvolver um sensor óptico de gás usando para isto dispositivos ópticos já fabricados e caracterizados dentro do Grupo de Novos Materiais e Dispositivos (GNMD) do Departamento de Engenharia de Sistemas Eletrônicos (PSI) da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. Este dispositivo usará polímeros orgânicos conjugados sintetizados pelo grupo do Professor Doutor Jonas Gruber do Departamento de Química Fundamental do Instituto de Química da USP. O desenvolvimento do sensor começará com um estudo preliminar das propriedades ópticas e estruturais dos materiais poliméricos. Posteriormente, baseado nas suas características ópticas, esses polímeros serão utilizados como cladding em fibras ópticas convencionais. Como continuação, será realizada a caracterização dos dispositivos com intuito de comprovar o efeito opto-olfativo em diferentes concentrações de substâncias orgânicas voláteis. Finalmente, será estudada a integração destes materiais poliméricos com dispositivos ópticos integrados fabricados pelo nosso grupo.

Este projeto de pesquisa (Projeto Universal de Pesquisa CNPq No. 477214/2007-0) tem por objetivo melhorar a infra-estrutura do sistema de caracterização de dispositivos ópticos integrados do Grupo de Novos Materiais e Dispositivos (GNMD) do Departamento de Engenharia de Sistemas Eletrônicos (PSI) da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. Os equipamentos que se pretendem comprar irão permitir uma melhor caracterização dos dispositivos ópticos, termo-ópticos e eletro-ópticos que já vem sendo desenvolvidos dentro do Grupo tais como: Guias de Onda ARROW (Anti-resonant reflecting optical waveguide), filtros interferenciais e cavidades ressonantes, sensores termo-eletro-ópticos baseados em Interferômetros Mach-Zehnder e portas digitais ópticas. Desta forma, com uma caracterização mais acurada, será possível otimizar os dispositivos sendo fabricados.

O objetivo do presente projeto de pesquisa (Projeto de Pesquisa Regular FAPESP No. 2007/00775-1) é dar continuidade ao trabalho de desenvolvimento e caracterização de dispositivos ópticos, termo-ópticos, eletro-ópticos e mecano-ópticos usando compostos de silício depositados pela Técnica de Deposição química assistida por plasma (PECVD). Este trabalho vem sendo desenvolvido dentro do departamento de Engenharia de Sistemas Eletrônicos da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. Basicamente, o projeto consiste na simulação, fabricação e caracterização de dispositivos ópticos como: guias de onda convencionais e ARROW, sensores termo-óptico usando interferômetro Mach-Zehnder, filtros interferenciais baseados em compostos de silício e portas ópticas digitais baseadas em cantilevers termo-mecânicos.

O objetivo deste projeto de pesquisa (Bolsa IC - Edital MCT/CNPq 01/2007 No. 501146/2007-5) é aprimorar os dispositivos chamados de portas opto-eletro-mecânicas baseadas em cantilevers atuados termicamente, já desenvolvidos no Grupo de Novos Materiais e Dispositivos (GNMD) do Departamento de Engenharia de Sistemas Eletrônicos (PSI) da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, tornando-os mais rápidos e eficientes.
Para isso, pretendemos desenvolver cantilevers opto-eletro-mecânicos atuados, não mais termicamente, mas sim eletrostaticamente. Dessa forma, esperamos obter valores de freqüências de operações máximas muito maiores (das obtidas anteriormente). Além disso, realizaremos estudos mais aprofundados sobre as características dos materiais a serem usados como, por exemplo, do estresse residual dos filmes e dos problemas encontrados na fabricação destes dispositivos como o fenômeno conhecido como stiction, a fim de melhorar o alinhamento entre cantilevers e a superfície da lâmina, permitindo, dessa forma, a obtenção de maior intensidade luminosa na saída do dispositivo.

O objetivo deste projeto de pesquisa (CNPq - Auxílio à Produtividade em Pesquisa No. 301564/2005-1) é fabricar e caracterizar dispositivos ópticos e opto-eletrônicos utilizando materiais que são convencionalmente usados na microeletrônica tais como: silício, oxinitretos de silício (SiOxNy), nitreto de silício (Si3N4) e utilizando toda a infraestrutura que é comumente aplicada para a fabricação de dispositivos microeletrônicos. Assim, o objetivo estará focado fundamentalmente a demonstrar a viabilidade de utilizar toda a tecnologia que foi desenvolvida para a microeletrônica na fabricação de dispositivos ópticos e opto-eletrônicos e; posteriormente fabricar e caracterizar alguns dispositivos ópticos tais como sensores termo-ópticos, electro-ópticos, multiplexadores ópticos, entre outros.

Este projeto de pesquisa (Projeto Temático FAPESP No. 0010027-3) versa sobre a obtenção, caracterização e aplicações de ligas semicondutoras e isolantes, amorfas e microcristalinas, obtidas fundamentalmente pela técnica de PECVD ("Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition") e também por ?Sputtering? e CVD ("Chemical Vapor Deposition". A importância de utilizar estas técnicas para estudar a obtenção e propriedades deste tipo de materiais é enorme e está relacionada à necessidade crescente que o mundo moderno tem, de materiais com propriedades apropriadas para as mais diversas aplicações, em campos tão diversos quanto a microeletrônica, a metalurgia, a medicina, a óptica e biotecnologia. Em microeletrônica e óptica integrada o interesse está relacionado fundamentalmente à baixa temperatura de obtenção e à possibilidade de controlar a estrutura e composição química dos materiais, com as mais variadas propriedades e portanto, com grande potencial de aplicabilidade.