BR112016012481B1 - Elemento computacional integrado, dispositivo de computação óptica e método de fabricar um elemento computacional integrado - Google Patents

Abstract

elemento computacional integrado, dispositivo de computação óptica e método de fabricar um elemento computacional integrado. são revelados elementos computacionais integrados melhorados para uso em dispositivos de computação óptica. um elemento computacional integrado inclui um substrato óptico, primeira e segunda pluralidades de camadas de filme fino óptico alternadamente depositadas no substrato óptico para formar uma pilha de filme fino, em que cada camada de filme fino óptico da primeira pluralidade exibe um primeiro índice de refração e cada camada de filme fino óptico da segunda pluralidade exibe um segundo índice de refração diferente do primeiro índice de refração e pelo menos uma camada de filme fino óptico adicional disposta na ou sobre a pilha de filme fino e em comunicação óptica com pelo menos uma das camadas de filme fino óptico da primeira e da segunda pluralidades, a pelo menos uma camada de filme fino óptico adicional exibindo um terceiro índice de refração que é diferente do primeiro e do segundo índices de refração.

Description

FUNDAMENTOS

[0001] A presente invenção se refere a elementos de computação óptica e, mais particularmente, a elementos de processamento óptico para utilização em dispositivos de computação óptica.

[0002] Dispositivos de computação óptica, também comumente denominados como "dispositivos óptico-analíticos" podem ser usados para analisar e monitorar uma substância de amostra em tempo real. Tais dispositivos de computação óptica muitas vezes empregarão uma fonte de luz que emite radiação eletromagnética que reflete de ou é transmitida através da amostra e opticamente interage com um elemento de processamento óptico para determinar valores quantitativos e/ou qualitativos de uma ou mais propriedades físicas ou químicas da substância sendo analisada. O elemento de processamento óptico pode ser, por exemplo, um elemento computacional integrado (ICE). Um tipo de um ICE é um dispositivo de interferência de filme fino óptico, também conhecido como um elemento óptico multivariado (MOE). Cada ICE pode ser projetado para operar em um contínuo de comprimentos de onda no espectro eletromagnético das faixas UV a infravermelho (IR) médio, ou qualquer subconjunto dessa região. A radiação eletromagnética que interage opticamente com a substância de amostra é mudada e processada pelo ICE, de modo a ser medida por um detector. A saída do detector pode ser correlacionada com uma propriedade física ou química da substância sendo analisada.

[0003] Um ICE tradicional (a seguir "núcleo de ICE") inclui primeira e segunda pluralidades de camadas de filme fino óptico consistindo em vários materiais cujo índice de refração e tamanho (por exemplo, espessura) varia entre cada camada. Um projeto de núcleo de ICE se refere ao substrato, número e espessura das respectivas camadas do núcleo de ICE, e os índices de refração das camadas. As camadas podem ser depositadas estrategicamente e dimensionadas de modo a passar seletivamente frações predeterminadas da radiação eletromagnética em comprimentos de onda diferentes configurados para imitar substancialmente um vetor de regressão correspondente a uma propriedade física ou química particular de interesse em uma substância de interesse. Por conseguinte, um projeto de núcleo de ICE exibirá uma função de transmissão que é ponderada em relação ao comprimento de onda. Como resultado, a intensidade de luz de saída do núcleo de ICE transmitida para o detector pode estar relacionada com a propriedade física ou química de interesse para a substância.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0004] As figuras seguintes são incluídas para ilustrar certos aspectos da presente divulgação e não devem ser vistas como modalidades exclusivas. O assunto divulgado é capaz de consideráveis modificações, alterações, combinações e equivalentes na forma e função, sem nos afastarmos do escopo desta divulgação.

[0005] A FIG. 1 ilustra um elemento de computação integrado tradicional de acordo com uma ou mais modalidades da presente divulgação.

[0006] A FIG. 2 ilustra um elemento computacional integrado exemplar de acordo com uma ou mais modalidades da presente divulgação.

[0007] A FIG. 3 ilustra um elemento computacional integrado exemplar de acordo com uma ou mais modalidades da presente divulgação.

[0008] A FIG. 4 ilustra um dispositivo de computação óptica exemplar para monitorar uma substância de acordo com uma ou mais modalidades.

[0009] A FIG. 5 ilustra outro dispositivo de computação óptica exemplar para monitorar uma substância de acordo com uma ou mais modalidades.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0010] A presente invenção se refere a elementos de computação óptica e, mais particularmente, a elementos de processamento óptico para utilização em dispositivos de computação óptica.

[0011] A presente divulgação expande a paleta de projeto para elementos de processamento ótico, tais como elementos computacionais integrados ("núcleos de ICE") para uso em dispositivos de computação óptica. Ao passo que núcleos ICE tradicionais são constituídos de primeira e segunda pluralidades alternadas de camadas de filme fino óptico, as modalidades aqui divulgadas incluem projetos de ICE tendo uma ou mais camadas de filme fino óptico adicionais além da primeira e da segunda pluralidades alternadas. A(s) camada(s) adicional(is) pode(m) exibir um índice de refração que é diferente dos índices de refração exibidos pela primeira e pela segunda pluralidades de camadas e, desse modo, aumenta(m) a tolerância associada com uma dada camada de filme fino óptico simples e também aumenta a flexibilidade de projetar um núcleo de ICE para uma dada aplicação. Em algumas modalidades, a camada de filme fino óptico adicional pode ser uma camada terminal depositada na pilha da primeira e da segunda pluralidades de camadas de filme fino óptico. Em tais modalidades, a camada adicional ou "terminal" pode proporcionar uma camada protetora para o núcleo de ICE e de outro modo ser depositada para corrigir quaisquer defeitos ou erros no processo de deposição da primeira e da segunda pluralidades de camadas de filme fino óptico.

[0012] As modalidades aqui divulgadas proporcionam elementos de processamento óptico (por exemplo, núcleos de ICE) que podem ser utilizados na indústria de petróleo e gás, tal como para monitorar e detectar substâncias relacionadas a óleo/gás (por exemplo, hidrocarbonetos, fluidos de perfuração, fluidos de completação, fluidos de tratamento, etc.). Será apreciado, no entanto, que os núcleos de ICE podem ser igualmente usados em outras áreas de tecnologia, incluindo, mas não limitadas a indústria alimentar, indústria de tintas, indústria de mineração, indústria agrícola, indústrias médica e farmacêutica, indústria automotiva, indústria de cosméticos, instalações de tratamento de água e qualquer outro campo em que possa ser desejado monitorar substâncias em tempo real.

[0013] Tal como aqui utilizado, o termo "característica" ou "característica de interesse" se refere a uma propriedade física, mecânica ou química de uma substância ou de uma amostra da substância. A característica de uma substância pode incluir um valor quantitativo ou qualitativo de um ou mais constituintes ou compostos químicos presentes na mesma ou qualquer propriedade física associada com a mesma. Tais constituintes e compostos químicos podem ser aqui denominados como "analitos." Características ilustrativas de uma substância que podem ser analisadas com a ajuda dos elementos de processamento óptico aqui descritos podem incluir, por exemplo, composição química (por exemplo, identidade e concentração no total ou de componentes individuais), presença de fase (por exemplo, gás, óleo, água, etc.), teor de impurezas, pH, alcalinidade, viscosidade, densidade, resistência iônica, sólidos dissolvidos totais , teor de sal (por exemplo, salinidade), porosidade, opacidade, teor de bactérias, dureza total, transmitância, estado de matéria (sólido, líquido, gás, emulsão, misturas dos mesmos, etc.), e semelhantes.

[0014] Como aqui utilizado, o termo "substância", ou variações do mesmo, se refere a pelo menos uma porção de matéria ou material de interesse a ser testado, ou de outra forma avaliado, com a ajuda de elementos de processamento óptico aqui descritos. A substância pode ser qualquer fluido capaz de fluir, incluindo sólidos particulados, líquidos, gases (por exemplo, ar, nitrogênio, dióxido de carbono, argônio, hélio, metano, etano, butano e outros gases de hidrocarbonetos, sulfeto de hidrogênio e suas combinações), pastas, emulsões, pós, lamas, vidros, misturas, combinações dos mesmos e podem incluir, mas não estão limitados a, fluidos aquosos (por exemplo, água, salmoura, etc.), fluidos não aquosos (por exemplo, compostos orgânicos, hidrocarbonetos, óleo, um componente refinado de petróleo, produtos petroquímicos e semelhantes), ácidos, surfactantes, biocidas, branqueadores, inibidores de corrosão, espumantes e agentes de espumação, rompedores, expurgadores, estabilizadores, clarificadores, detergentes, fluidos de tratamento, fluidos de fraturamento, fluidos de formação, ou qualquer fluido, produto químico ou substância de campos petrolíferos comumente encontrados na indústria de petróleo e gás. A substância também pode se referir a materiais sólidos tais como, mas não limitados a, formações rochosas, concreto, superfícies de furo de poço sólidas, tubos ou linhas de fluxo e superfícies sólidas de qualquer ferramenta de fundo de poço ou projétil (por exemplo, esferas, dardos, tampões, etc.).

[0015] Como aqui utilizado, o termo "radiação eletromagnética" se refere a ondas de rádio, radiação de microondas, radiação de infravermelho e de infravermelho próximo, luz visível, luz ultravioleta, radiação de raios-X e radiação de raios gama.

[0016] Como aqui utilizada, a frase "interagir opticamente" ou suas variações se refere a reflexão, transmissão, espalhamento, difração ou absorção de radiação eletromagnética seja em, através de ou de um elemento de processamento óptico (por exemplo, um elemento computacional integrado) ou uma substância sendo analisada com a ajuda do elemento de processamento óptico. Por conseguinte, a luz interagida opticamente se refere à radiação eletromagnética que foi refletida, transmitida, espalhada, difratada ou absorvida por, emitida, ou re-irradiada, por exemplo, utilizando um elemento de processamento óptico, mas pode também se aplicar à interação óptica com uma substância.

[0017] Como aqui utilizado, o termo "dispositivo de computação óptica" se refere a um dispositivo óptico que é configurado para receber uma entrada de radiação eletromagnética associada a uma substância e produzir uma saída de radiação eletromagnética de um elemento de processamento óptico disposto dentro ou de outra forma associado com o dispositivo de computação óptica. O elemento de processamento óptico pode ser, por exemplo, um elemento computacional integrado (ICE). A radiação eletromagnética que interage ópticamente com o elemento de processamento óptico é mudada de modo a ser legível por um detector, de modo que uma saída do detector possa ser correlacionada com uma característica particular da substância sendo analisada. A saída de radiação eletromagnética do elemento de processamento óptico pode ser radiação eletromagnética refletida, transmitida e/ou dispersada. Se o detector analisa radiação eletromagnética refletida, transmitida ou dispersada pode ser ditado pelos parâmetros estruturais do dispositivo de computação óptica, bem como outras considerações conhecidas por aqueles versados na técnica. Em adição, emissão e/ou espalhamento do fluido, por exemplo, via fluorescência, luminescência, espalhamento Raman, Mie ou Raleigh, podem também ser monitorados por dispositivos de computação óptica.

[0018] Como indicado acima, a presente divulgação provê ou descreve de outro modo elementos de processamento óptico melhorados, tal como elemento computacional integrado (núcleo de ICE), para uso em dispositivos de computação óptica. Em operação, um núcleo de ICE é capaz de distinguir radiação eletromagnética relativa a uma característica de interesse de uma substância a partir de radiação eletromagnética relativa a outros componentes da substância.

[0019] Com referência à FIG. 1, é ilustrado um núcleo de ICE tradicional 100. Como ilustrado, o núcleo de ICE tradicional 100 inclui uma pluralidade de camadas de filme alternadas mostradas como camadas 102 e 104. As primeiras camadas 102 são feitas de um material que exibe um alto índice de refração, tal como silício (Si), e as segundas camadas 104 são feitas de um material que exibe um baixo índice de refração, tal como quartzo (SiO2). Outros exemplos de materiais que podem ser utilizados incluem, mas não estão limitados a, nióbia e nióbio, germânio e germânia, MgF, SiO e outros materiais de alto e baixo índice geralmente conhecidos na técnica. Ainda outros exemplos de materiais que podem ser utilizados incluem polímeros de novas tecnologias que exibem altos ou baixos índices de refração tal como, mas não limitados a, fluorpolímeros de baixo índice e polímeros cheios de nanopartículas de alto índice (materiais de matriz orgânicos e inorgânicos). Deve-se notar que, como aqui utilizados, os termos "índice de refração", "índices de refração", "índice de refração" e qualquer variação dos mesmos se referem ao índice de refração complexo que inclui ambas as partes real e imaginária (absortiva) do mesmo. As camadas 102, 104 são estrategicamente depositadas num substrato óptico 106, tal como vidro óptico BK-7. Em outras modalidades, o substrato 106 pode ser outro tipo de substrato óptico, tal como um outro vidro óptico, sílica, safira, silício, germânio, seleneto de zinco, sulfeto de zinco, ou diversos plásticos, tais como, policarbonato, polimetilmetacrilato (PMMA), polivinilcloreto (PVC), diamante, cerâmica, combinações dos mesmos e semelhantes.

[0020] Na extremidade oposta (por exemplo, oposta ao substrato 106 na FIG. 1), o núcleo de ICE tradicional 100 pode incluir uma camada 108 que está geralmente exposta ao ambiente do dispositivo ou da instalação. O número de camadas 102, 104 e a espessura de cada camada 102, 104 são determinados de atributos espectrais adquiridos de uma análise espectroscópica de uma característica da substância sendo analisada usando um instrumento espectroscópico convencional. O espectro de interesse de uma dada característica tipicamente inclui qualquer número de diferentes comprimentos de onda.

[0021] Deve-se entender que o núcleo de ICE 100 representado na FIG. 1 de fato não representa qualquer núcleo de ICE particular configurado para detectar uma característica específica de uma dada substância, mas é provido para fins de ilustração apenas. Consequentemente, o número de camadas 102, 104 e suas espessuras relativas, como mostrado na FIG. 1, não têm correlação com qualquer substância particular ou característica da mesma. Nem são as camadas 102, 104 e suas espessuras relativas necessariamente desenhadas em escala e, portanto, não devem ser consideradas limitativas da presente divulgação.

[0022] Em algumas modalidades, o material de cada camada 102, 104 pode ser dopado ou dois ou mais materiais podem ser combinados de maneira a alcançar a desejada característica óptica. Além de sólidos, o núcleo de ICE 100 também pode conter líquidos e/ou gases, opcionalmente em combinação com sólidos, a fim de produzir uma característica óptica desejada. Em pelo menos uma modalidade, por exemplo, uma das segundas camadas 104 pode ser uma folga de ar que age como um material de potencial baixo índice. Em outras modalidades, o líquido pode ser solgel, por exemplo. No caso de gases e líquidos, o núcleo de ICE 100 pode conter um vaso correspondente (não mostrado), o qual abriga os gases ou líquidos. Variações exemplares do núcleo de ICE 100 também podem incluir elementos ópticos holográficos, grades, elementos piezelétricos, de tubo de luz e/ou acústicos- ópticos, por exemplo, que podem criar propriedades de interesse de transmissão, reflexão e/ou de absorção.

[0023] As múltiplas camadas 102, 104 podem exibir índices de refração diferentes. Ao selecionar adequadamente os materiais das camadas 102, 104 e a sua espessura e espaçamento relativo, o núcleo de ICE 100 será configurado para transmitir ou refletir seletivamente frações predeterminadas de radiação eletromagnética em comprimentos de onda diferentes. A cada comprimento de onda é dada uma ponderação predeterminada ou fator de carregamento. A espessura e o espaçamento das camadas 102, 104 podem ser determinados usando uma variedade de métodos de aproximação do espectro da característica ou do analito de interesse. Estes métodos podem incluir transformada de Fourier inversa (IFT) do espectro de transmissão óptica e estruturar o núcleo de ICE 100, como a representação física da IFT. As aproximações convertem a IFT em uma estrutura baseada em materiais conhecidos com índices de refração constantes.

[0024] As ponderações de que as camadas 102, 104 do núcleo de ICE 100 aplicam em cada comprimento de onda são estabelecidas nas ponderações de regressão descritas com respeito a uma equação conhecida, ou dados ou assinatura espectral. Por exemplo, quando a radiação eletromagnética interage com uma substância, informação física e química única sobre a substância é codificada na radiação eletromagnética que é refletida de, transmitida através ou irradiada a partir da substância. Esta informação é muitas vezes denominada como a "digital" espectral da substância. O núcleo de ICE 100 é configurado para executar o produto escalar da radiação eletromagnética recebida e da função de transmissão dependente do comprimento de onda do núcleo de ICE 100. A função de transmissão dependente do comprimento de onda do núcleo de ICE 100 é dependente do substrato, do índice de refração do material de cada camada, do número de camadas 102, 104 e da espessura de cada camada 102, 104. Como resultado, a intensidade de luz de saída do núcleo de ICE 100 está relacionada com a característica ou o analito de interesse.

[0025] Como explicação adicional, a determinação exata do vetor de regressão da característica de interesse na substância de amostra provê um meio para um dispositivo de computação óptica determinar ou calcular de outra forma uma concentração de referida característica na substância de amostra. O vetor de regressão para cada característica pode ser determinado utilizando procedimentos padrão que serão familiares para os versados na técnica. Por exemplo, a análise do espectro da substância de amostra pode incluir determinar um produto escalar do vetor de regressão para cada característica da substância de amostra sendo analisada. Como um perito na técnica reconhecerá, um produto escalar de um vetor é uma quantidade escalar (ou seja, um número real). Embora se acredite que o valor de produto escalar não tenha nenhum significado físico por si só (por exemplo, ele pode retornar um resultado positivo ou negativo de qualquer magnitude), a comparação do valor de produto escalar de uma substância de amostra com valores de produto escalar obtidos para padrões de referência conhecidos e plotados em uma curva de calibração pode permitir que o valor de produto escalar da substância de amostra seja correlacionado com uma concentração ou um valor de uma característica, desse modo, permitindo que substâncias de amostra desconhecidas sejam analisadas com precisão.

[0026] Para determinar o produto escalar, se multiplica o coeficiente de regressão do vetor de regressão em um comprimento de onda dado pela intensidade espectral no mesmo comprimento de onda. Este processo é repetido para todos os comprimentos de onda analisados e os produtos são somados por toda a faixa de comprimento de onda para render o produto escalar. Os versados na técnica reconhecerão que duas ou mais características podem ser determinadas a partir de um único espectro da substância de amostra ao aplicar um vetor de regressão correspondente para cada característica.

[0027] Na prática, é possível derivar informação de radiação eletromagnética que interage com uma substância de amostra, por exemplo, separando a radiação eletromagnética de várias amostras em bandas de comprimento de onda e desempenhando uma regressão linear múltipla da intensidade de banda contra uma característica de interesse determinada por outra técnica de medição para cada substância de amostra. A característica medida pode ser expressada e modelada por técnicas de regressão linear múltipla que serão familiares para os versados na técnica. Especificamente, se y for o valor medido da concentração ou característica, y pode ser expressado como na Equação 1: y = a0 + a1w1 + a2w2 + a3w3 + a4w4 +....Equação (1)

[0028] onde cada 'a' é uma constante determinada pela análise de regressão e cada 'w' é a intensidade de luz para cada banda de comprimento de onda. Dependendo das circunstâncias, a estimativa obtida da Equação (1) pode ser imprecisa, por exemplo, devido à presença de outras características dentro da substância de amostra que podem afetar a intensidade das bandas de comprimentos de onda. Uma estimativa mais precisa pode ser obtida expressando a radiação eletromagnética em termos de seus componentes principais.

[0029] Para obter os componentes principais, dados espectroscópicos são coletados para uma variedade de substâncias de amostra semelhantes utilizando o mesmo tipo de radiação eletromagnética. Por exemplo, em seguida a exposição a cada substância de amostra, a radiação eletromagnética pode ser coletada e a intensidade espectral em cada comprimento de onda pode ser medida para cada substância de amostra. Estes dados podem, então, ser reunidos e submetidos a um processo linear- algébrico conhecido como decomposição de valor singular (SVD) a fim de determinar os componentes principais. O uso de SVD em análise de componente principal será bem entendido pelos versados na técnica. Resumidamente, no entanto, análise de componente principal é uma técnica de redução de dimensão que toma 'm' espectros com 'n' variáveis independentes e constrói um novo conjunto de eigenvetores que são combinações lineares das variáveis originais. Os eigenvetores podem ser considerados um novo conjunto de eixos de plotagem. O eixo principal, denominado o primeiro componente principal, é o vetor que descreve a maior parte da variabilidade de dados. Componentes principais subsequentes descrevem sucessivamente menos variabilidade de amostra, até os componentes principais de ordem mais alta descreverem essencialmente apenas ruído espectral.

[0030] Tipicamente, os componentes principais são determinados como vetores normalizados. Assim, cada componente de uma amostra de radiação eletromagnética pode ser expressada como xnzn, em que xn é um multiplicador escalar e zn é o vetor de componente normalizado para o componente n°. Isto é, zn é um vetor em um espaço multidimensional em que cada comprimento de onda é uma dimensão. A normalização determina valores para um componente em cada comprimento de onda, de modo que o componente mantenha seu formato e o comprimento do vetor de componente principal seja igual a um. Assim, cada vetor de componente normalizado tem um formato e uma magnitude de modo que os componentes possam ser utilizados como os blocos de construção básicos de qualquer amostra de radiação eletromagnética tendo esses componentes principais. Por conseguinte, cada amostra de radiação eletromagnética pode ser descrita por uma combinação dos componentes principais normalizados multiplicada pelos multiplicadores escalares adequados, como estabelecido na Equação (2): x1z1 + x2z2 + ... + xnzn Equação (2)

[0031] Os multiplicadores escalares xn podem ser considerados as "magnitudes" dos componentes principais em uma dada amostra de radiação eletromagnética quando os componentes principais são entendidos como tendo uma magnitude padronizada, tal como previsto por normalização.

[0032] Como os componentes principais são ortogonais, eles podem ser usados em um procedimento matemático relativamente direto para decompor uma amostra de radiação eletromagnética nas magnitudes de componente, o que pode descrever com precisão os dados na amostra de radiação eletromagnética original. Uma vez que a amostra de radiação eletromagnética original também pode ser considerada um vetor no espaço de comprimento de onda multidimensional, o produto escalar do vetor de sinal original com um vetor de componente principal é a magnitude do sinal original na direção do vetor de componente normalizado. Isto é, é a magnitude do componente principal normalizado presente no sinal original. Isto é análogo a quebrar um vetor em um espaço Cartesiano tridimensional em seus componentes X, Y e Z. O produto escalar do vetor tridimensional com cada vetor de eixo, assumindo que cada vetor de eixo tem uma magnitude de 1, dá a magnitude do vetor tridimensional em cada uma das três direções. O produto escalar do sinal original e de algum outro vetor que não é perpendicular às outras três dimensões fornece dados redundantes, uma vez que esta magnitude já é contribuída por dois ou mais dos eixos ortogonais.

[0033] Como os componentes principais são ortogonais entre si, o produto escalar de qualquer componente principal com qualquer outro componente principal é zero. Fisicamente, isto significa que os componentes não interferem de maneira espectral entre si. Se os dados forem alterados para mudar a magnitude de um componente no sinal de radiação eletromagnética original, os outros componentes permanecem inalterados. No exemplo Cartesiano análogo, a redução do componente X do vetor tridimensional não afeta as magnitudes dos componentes Y e Z.

[0034] A análise de componente principal fornece o menor número de componentes ortogonais que podem descrever com precisão os dados transportados pelas amostras de radiação eletromagnéticas. Assim, em um sentido matemático, os componentes principais são componentes da radiação eletromagnética original que não interferem entre si e que representam a descrição mais compacta do sinal espectral. Fisicamente, cada componente principal é um sinal de radiação eletromagnética que forma uma parte do sinal de radiação eletromagnética original. Cada componente principal tem uma forma através de alguma faixa de comprimento de onda dentro da faixa de comprimento de onda original. A soma dos componentes principais pode produzir o sinal original, desde que cada componente tenha a magnitude adequada, seja positiva ou negativa.

[0035] Os componentes principais podem compreender uma compressão da informação transportada pelo sinal de luz total. Em um sentido físico, o formato e a faixa de comprimento de onda dos componentes principais descrevem qual informação está no sinal de radiação eletromagnético total e a magnitude de cada componente descreve quanto dessa informação está presente. Se várias amostras de radiação eletromagnética contiverem os mesmos tipos de informação, mas em quantidades diferentes, então, um único conjunto de componentes principais pode ser usado para descrever (exceto para ruído) cada amostra de radiação eletromagnética aplicando magnitudes adequadas aos componentes. Os componentes principais podem ser usados para prover uma estimativa da característica da substância de amostra com base na informação transportada pela radiação eletromagnética que interagiu com essa substância de amostra. As diferenças observadas nos espectros de substâncias de amostra tendo quantidades variáveis de um analito ou valores de uma característica podem ser descritas como diferenças nas magnitudes dos componentes principais. Assim, a concentração da característica pode ser expressada pelos componentes principais de acordo com a Equação (3) no caso em que quatro componentes principais são usados: y = a0 + a1x1 + a2x2 + a3x3 + a4x4 Equação (3)

[0036] em que 'y' é uma concentração ou valor de uma característica, cada a é uma constante determinada pela análise de regressão e x1, x2, x3 e X4 são primeira, segunda, terceira e quarta magnitudes de componentes principais, respectivamente. A Equação (3) pode ser denominada como um vetor de regressão. O vetor de regressão pode ser utilizado para prover uma estimativa para a concentração ou valor da característica para uma amostra desconhecida.

[0037] Cálculos de vetor de regressão podem ser realizados por computador, com base em medições espectrográficas de radiação eletromagnética por comprimento de onda. O sistema espectrográfico espalha a radiação eletromagnética em seu espectro e mede a intensidade espectral em cada comprimento de onda através da faixa de comprimento de onda. Utilizando a Equação (3), o computador pode ler os dados de intensidade e decompor a amostra de radiação eletromagnética nas magnitudes de componentes principais xn determinando o produto escalar do sinal total de cada componente. As magnitudes de componentes são, então, aplicadas à equação de regressão para determinar uma concentração ou valor da característica.

[0038] Para simplificar o procedimento anterior, no entanto, o vetor de regressão pode ser convertido para uma forma que é uma função do comprimento de onda, de modo que apenas um produto escalar seja determinado. Cada vetor de componente principal normalizado zn tem um valor através de toda ou parte da faixa de comprimento de onda total. Se cada valor de comprimento de onda de cada vetor de componente for multiplicado pela constante de regressão e correspondente ao vetor de componente e se os componentes principais ponderados resultantes forem somados pelo comprimento de onda, o vetor de regressão assume a forma da Equação (4): y = a0 + b1u1 + b2u2 + . . . + bnun Equação (4)

[0039] em que a0 é a primeira constante de regressão da Equação (3), bn é a soma do múltiplo de cada constante de regressão an a partir da Equação (3) e o valor do seu respectivo vetor de regressão normalizado no comprimento de onda 'n' e un é a intensidade da radiação eletromagnética no comprimento de onda 'n'. Assim, as novas constantes definem um vetor no espaço de comprimento de onda que descreve diretamente uma concentração ou característica de uma substância de amostra. O vetor de regressão na forma da Equação (4) representa o produto escalar de uma amostra de radiação eletromagnética com este vetor.

[0040] A normalização dos principais componentes provê os componentes com um valor arbitrário para uso durante a análise de regressão. Consequentemente, é muito improvável que o valor de produto escalar produzido pelo vetor de regressão será igual ao valor de concentração ou característica real de uma substância de amostra sendo analisada. O resultado do produto escalar é, no entanto, relacionado (por exemplo, proporcional ou tendo uma relação logarítmica ou exponencial) com o valor de concentração ou característica. Como discutido acima, a relação pode ser determinada medindo uma ou mais amostras de calibração conhecidas por meios convencionais e comparando o resultado com o valor de produto escalar do vetor de regressão. Em seguida, o resultado do produto escalar pode ser comparado com o valor obtido dos padrões de calibração a fim de determinar a concentração ou a característica de uma amostra desconhecida sendo analisada.

[0041] Ainda com referência à FIG. 1, o núcleo de ICE tradicional 100 é historicamente composto de apenas duas pluralidades de camadas de filme fino óptico alternadas 102, 104 feitas de materiais diferentes; um material que exibe um alto índice de refração (por exemplo, silício) e um segundo material que exibe um baixo índice de refração (por exemplo, dióxido de silício). De acordo com a presente divulgação, no entanto, melhorias nos núcleos de ICE tradicionais podem ser obtidas introduzindo na pilha de camadas 102, 104 pelo menos uma camada de filme fino óptico adicional que exibe um índice de refração diferente dos índices de refração exibidos pela primeira e segunda pluralidades de camadas 102, 104. Como será apreciado pelos versados na técnica, a adição de uma ou mais camadas pode provar ser vantajosa no aumento da tolerância associada com uma dada camada única, desse modo aumentando também a flexibilidade de projetar um núcleo de ICE para uma dada aplicação. Como resultado, o processo de fabricação para atingir um núcleo de ICE viável, ou um núcleo de ICE que é mais preciso, pode ser facilitado.

[0042] Com referência agora à FIG. 2, com referência continuada à FIG. 1, é ilustrado um elemento computacional integrado exemplar 200 de acordo com uma ou mais modalidades da presente divulgação. Semelhante ao núcleo de ICE tradicional 100 da FIG. 1, o elemento computacional integrado 200 (adiante "núcleo de ICE 200") pode incluir a primeira e a segunda pluralidades de camadas de filme fino óptico alternadas 102 e 104 depositadas num substrato óptico 106. Mais ainda, as primeiras camadas 102 podem ser feitas de um material que exibe um alto índice de refração e as segundas camadas 104 podem ser feitas de um material que exibe um baixo índice de refração. Por exemplo, as camadas 102 podem ser de Si e tem um índice de refração nominal de 3,6, ao passo que as camadas 104 podem ser de SiO2 e ter um índice de refração nominal de 1,5. Os materiais adequados para a primeira e a segunda pluralidades de camadas 102, 104 e o substrato 106 são discutidos acima e, portanto, não serão apresentados novamente.

[0043] Como será apreciado por aqueles versados na técnica, se um material exibe um "alto" índice de refração é relativo a materiais que exibem um "baixo" índice de refração. Em outras palavras, pode ser menos importante o quão alto ou baixo o índice de refração é para um material particular, mas em vez disso a diferença entre os índices de refração das camadas vizinhas feitas de materiais diferentes. Por exemplo, e não para limitar a presente divulgação, uma não combinação de índice de refração de ,2 entre uma substância "alta" (por exemplo, vidro), a qual exibe um índice de refração de 1,5, e uma substância baixa (por exemplo, substância aquosa) a qual exibe um índice de refração de 1,3, pode ser mais útil ou adequada do que uma diferença de 0,1 entre germânio (isto é, índice de refração de 4,0) e germânio dopado (isto é, índice de refração de 3,9), muito embora os índices de refração do último sejam mais altos do que o anterior.

[0044] Ao contrário do núcleo de ICE tradicional 100 da FIG. 1, no entanto, o núcleo de ICE 200 pode ainda incluir pelo menos um tipo adicional ou terceiro de camada de filme fino óptico 202 (mostrado como camadas adicionais 202a e 202b) depositado no substrato 106 e de outra forma interpondo camadas adjacentes 102, 104 em um ou mais locais ao longo da pilha. Na modalidade ilustrada, o núcleo de ICE 200 inclui duas camadas adicionais 202a e 202b depositadas em locais específicos ao longo da pilha de camadas 102, 104 se estendendo do substrato 106. Será apreciado, no entanto, que outras modalidades do núcleo de ICE 200 podem incluir mais ou menos de duas camadas adicionais 202a,b (incluindo uma única camada adicional 202) e as camadas adicionais 202a,b podem ser depositadas ou de outro modo dispostas em qualquer outro local ao longo da pilha de camadas 102, 104, sem afastamento do escopo da divulgação.

[0045] A(s) camada(s) adicional(is) 202a,b pode(m) ser feita(s) de um material que exibe um índice de refração que é diferente dos respectivos índices de refração da primeira da segunda pluralidades de camadas 102, 104. Mais particularmente, uma ou mais das camadas adicionais 202a,b podem ser feitas de um material tal como, mas não limitado a, silício (Si), quartzo (SiO2), SiOx, nióbia e nióbio, germânio e germânia, MgF, óxido de zinco, TiO2, Al2O3, tântalo e óxido de tântalo, fluorpolímeros de baixo índice, fluorpolímeros com enchimento de nanopartículas de alto índice (materiais de matriz orgânicos e inorgânicos) e qualquer outro material geralmente conhecido na técnica por exibir um índice de refração.

[0046] Em algumas modalidades, o material da(s) camada(s) adiciona(is) 202a,b pode ser dopado ou dois ou mais materiais podem ser combinados de modo a alcançar um índice de refração desejado para a(s) camada(s) adicional(is) 202a,b. Em outras modalidades, uma ou mais das camadas adicionais 202a,b podem ser feitas de um líquido e/ou um gás contido dentro de recipientes de contenção (não mostrados) correspondentes configurados para alojar o gás e/ou líquido entre camadas adjacentes 102, 104. Em ainda outras modalidades, uma ou mais das camadas adicionais 202a,b podem ser feitas de um gás ou líquido em combinação com um dos sólidos mencionados acima.

[0047] Deve ser entendido que o núcleo de ICE 200 representado na FIG. 2 de fato não representa qualquer projeto de núcleo de ICE particular para detectar uma característica específica de uma dada substância, mas é provido para fins de ilustração apenas. Consequentemente, o número de camadas 102, 104, 202a,b e suas espessuras relativas, como mostrado na FIG. 2, não têm correlação com qualquer substância ou característica particular da mesma. Nem são as camadas 102, 104, 202a,b e suas espessuras relativas necessariamente desenhadas em escala e, portanto, não devem ser consideradas limitativas da presente divulgação.

[0048] Em algumas modalidades, o índice de refração da(s) camada(s) adicional (is) 202 pode ser maior que o índice de refração da primeira pluralidade de camadas 102. Em outras modalidades, o índice de refração da(s) camada(s) 202 pode ser próximo de, mas ligeiramente desviado do índice de refração da primeira pluralidade de camadas 102; isto é, um valor de índice de refração que é ligeiramente acima ou abaixo do índice de refração da primeira pluralidade de camadas 102. Em ainda outras modalidades, o valor do índice de refração da(s) camada(s) 202 pode geralmente se situar entre os correspondentes índices de refração da primeira e da segunda pluralidades de camadas 102, 104; por exemplo, um índice de refração "médio", por exemplo 2.6. Em outras modalidades, o índice de refração da(s) camada(s) adicional(is) 202 pode ser próximo, mas ligeiramente desviado do índice de refração da segunda pluralidade de camadas 104; isto é, um valor de índice de refração que está ligeiramente acima ou abaixo do índice de refração da segunda pluralidade de camadas 104. Em ainda algumas modalidades, o índice de refração da(s) camada(s) adicional (is) 202 pode ser menor que o índice de refração da segunda pluralidade de camadas 104.

[0049] Num exemplo, a camada adicional 202 pode ser geralmente feita do mesmo material que uma adjacente da primeira e da segunda pluralidades de camadas 102, 104. Em tais modalidades, no entanto, a camada adicional 202 pode, no entanto, exibir um índice de refração que é diferente das camadas adjacentes 102, 104. Esse pode ser o caso em que o material de camadas adjacentes (isto é, uma camada adicional 202 e qualquer uma das camadas 102, 104) é SiOX. Em tais casos, a adição de oxigênio durante o processo de deposição da(s) camada(s) adicional(is) 202 ajusta ou modifica o índice de refração resultante, desse modo permitindo ao usuário o ajuste fino do núcleo de ICE 200 para conseguir precisões desejadas. Verificou-se que a adição de átomos de oxigênio em razões entre SiO1 e SiO2, por exemplo, pode alterar o índice de refração do material. Isso pode também ser o caso com todas as famílias de óxido, em que a estequiometria de oxigênio mudará o índice complexo de refração e o teor de oxigênio pode ser controlado durante o processo de deposição por adição de quantidades conhecidas ao vácuo durante a deposição.

[0050] Como será apreciado, outros materiais podem igualmente ser adicionados durante o processo de deposição a fim de alterar o índice de refração da(s) camada(s) adicional(is) 202. Por exemplo, íons de metais, tais como estanho ou índio, podem ser adicionados à(s) camada(s) 202 durante o processo de deposição para modificar ou de outro modo ajustar o índice de refração da(s) camada(s) adicional(is) 202, sem afastamento do escopo da divulgação.

[0051] Uma vez que as múltiplas camadas 102, 104, 202a,b exibem índices de refração diferentes, pode ser possível selecionar estrategicamente os materiais das camadas 102, 104, 202a,b (e a sua espessura relativa e espaçamento) de tal modo que o núcleo de ICE 200 será configurado para transmitir ou refletir seletivamente frações predeterminadas de radiação eletromagnética em diferentes comprimentos de onda. Como resultado, o núcleo de ICE 200 pode ser mais capaz de determinar com precisão a característica ou o analito de interesse sendo medido numa substância de amostra.

[0052] Mais ainda, embora o núcleo de ICE 200 seja mostrado como incluindo uma ou mais camadas adicionais 202a,b, modalidades são aqui contempladas que incluem uma ou mais camadas adicionais extras (não mostradas) além das camadas 102, 104, 202a,b. Em tais modalidades, a(s) camada(s) adicional(is) extra(s) pode(m) exibir um índice de refração que é diferente da primeira e da segunda pluralidades de camadas 102, 104 e/ou diferente da(s) camada(s) adicional(is) 202a,b, sem afastamento do escopo da revelação.

[0053] Com referência agora à FIG. 3, com referência continuada às FIGS. 1 e 2, é ilustrado outro elemento computacional integrado exemplar 300 de acordo com uma ou mais modalidades da presente divulgação. Semelhante ao núcleo de ICE tradicional 100 da FIG. 1, o elemento computacional integrado 300 (adiante "ICE 300") pode incluir a primeira e a segunda pluralidades de camadas de filme fino óptico alternadas 102 e 104 depositadas num substrato óptico 106. Mais ainda, as primeiras camadas 102 podem ser feitas de um material que exibe um alto índice de refração e as segundas camadas 104 podem ser feitas de um material que exibe um baixo índice de refração. Por exemplo, como mencionado acima, as camadas 102 podem ser de Si e tem um índice de refração nominal de 3,6, ao passo que as camadas 104 podem ser de SiO2 e ter um índice de refração nominal de 1,5. Outros materiais adequados para a primeira e a segunda pluralidades de camadas 102, 104 e o substrato 106 são discutidos acima e, portanto, não serão apresentados novamente.

[0054] Ao contrário do núcleo de ICE tradicional 100 da FIG. 1, no entanto, o núcleo de ICE 300 pode ainda incluir pelo menos uma camada de filme fino óptico adicional ou terminal 302 depositada na extremidade da pilha de camadas 102, 104 se estendendo do substrato 106. Na modalidade ilustrada, o núcleo de ICE 300 inclui uma única camada de filme fino óptico terminal 302, mas em outras modalidades pode incluir mais de duas camadas terminais 302, sem afastamento do escopo da divulgação. Mais ainda, a camada terminal 302 está representada na FIG. 3 como sendo depositada em uma da segunda pluralidade de camadas 104, mas pode igualmente ser depositada em uma da primeira pluralidade de camadas 102, sem afastamento do escopo da revelação e dependendo do projeto de ICE particular.

[0055] A camada adicional 302 pode ser feita de um material tal como, mas não limitado a, silício (Si), quartzo (SiO2), SiOx, nióbia e nióbio, germânio e germânia, MgF, óxido de zinco, TiO2, Al2O3, tântalo e óxido de tântalo, fluorpolímeros de baixo índice, fluorpolímeros com enchimento de nanopartículas de alto índice (materiais de matriz orgânicos e inorgânicos) e outros materiais geralmente conhecidos na técnica por exibirem índices de refração. Em geral, a maioria dos óxidos e óxidos refratários seria um material adequado para a camada adicional 302. Além disso, o material da camada adicional 302 pode ser dopado ou dois ou mais dos materiais acima citados podem ser combinados de modo a alcançar um índice de refração desejado para a camada adicional 302. Em outras modalidades, a camada terminal 302 pode ser feita de um líquido e/ou um gás contido dentro de um vaso de contenção correspondente (não mostrado) configurado para alojar o gás e/ou líquido. Em ainda outras modalidades, a camada terminal 302 pode ser feita de um gás ou líquido em combinação com um dos sólidos mencionados acima.

[0056] Semelhante à(s) camada(s) adicional(is) 202a,b da FIG. 2, a camada adicional 302 pode ser feita de um material que exibe um índice de refração que é diferente daquele da primeira da segunda pluralidades de camadas 102, 104. Em algumas modalidades, por exemplo, os materiais da primeira e da segunda pluralidades de camadas 102, 104 e a camada terminal 302 podem ser diferentes. Em outras modalidades, no entanto, a camada adicional 302 pode ser geralmente feita do mesmo material que uma adjacente da primeira e da segunda pluralidades de camadas 102, 104, mas, no entanto, exibir um índice de refração que é diferente da primeira e da segunda pluralidades adjacentes das camadas 102, 104. Como discutido acima, isto pode ser conseguido por adição de átomos de oxigênio ou íons metálicos adicionais à camada 302 durante o processo de deposição para modificar o índice de refração da camada terminal 302.

[0057] Em algumas modalidades, o índice de refração da camada adicional ou terminal 302 pode ser maior que o índice de refração da primeira pluralidade de camadas 102. Em outras modalidades, o índice de refração da(s) camada(s) 302 pode ser próximo de, mas ligeiramente desviado do índice de refração da primeira pluralidade de camadas 102; isto é, um valor de índice de refração que é ligeiramente acima ou abaixo do índice de refração da primeira pluralidade de camadas 102. Em ainda outras modalidades, o valor do índice de refração da(s) camada(s) 302 pode se situar entre os índices de refração da primeira e da segunda pluralidades de camadas 102, 104; por exemplo, um índice de refração "médio", por exemplo 2.6. Em outras modalidades, o índice de refração da(s) camada(s) adicional(is) 302 pode ser próximo, mas ligeiramente desviado do índice de refração da segunda pluralidade de camadas 104; isto é, um valor de índice de refração que está ligeiramente acima ou abaixo do índice de refração da segunda pluralidade de camadas 104. Em ainda algumas modalidades, o índice de refração da(s) camada(s) adicional (is) 302 pode ser menor que o índice de refração da segunda pluralidade de camadas 104.

[0058] A(s) camada(s) adicional(is) ou terminal(is) 302 pode(m) ser adicionada(s) à pilha de camadas 102, 104 durante uma etapa ou processo de deposição separado configurado para opticamente corrigir ou modificar a função de transmissão óptica final do projeto do núcleo de ICE 300. Em tais modalidades, uma vez que o núcleo de ICE 300 é fabricado, el pode ser testado para determinar o quão bem ele trabalha. Erros no processo de deposição pode ter resultado no núcleo de ICE 300 não trabalhando tão bem como ele foi projetado para trabalhar. Em tais modalidades, uma ou mais camadas terminais 302 podem ser adicionadas à pilha de camadas 102, 104 para melhorar o desempenho do núcleo de ICE 300. De acordo com a presente divulgação, a(s) camada(s) terminal(is) 302 pode exibir um índice de refração predeterminado e espessura configurada para aumentar a sensibilidade do núcleo de ICE 300.

[0059] Em algumas modalidades, a(s) camada(s) adicional(is) ou terminal(is) 302 pode(m) ser usada(s) como uma camada protetora para a pilha de camadas 102, 104. Em tais modalidades, a(s) camada(s) terminal(is) 302 pode(m) ser feita(s) de um material mais duro, tal como um óxido (por exemplo, óxido de titânio), um óxido refratário, um nitreto (por exemplo, nitreto de boro), um nitreto refratário, um carbeto (por exemplo, tântalo, titânio, tungstênio, silício, etc), um carbeto refratário e qualquer combinação dos mesmos. O material mais duro pode provar ser vantajoso na proteção do núcleo de ICE 300 de danos durante a operação, tal como ser riscado, ou de outro modo no impedimento do núcleo de ICE 300 da separação não intencional das camadas 102, 104. O material mais duro também pode provar ser vantajoso em tornar o núcleo de ICE 300 ambientalmente mais estável ou de outra forma inerte às condições ambientais, tais como ambientes químicos e/ou térmicos extremos. Em algumas modalidades, o material da camada terminal 302 pode ser não condutivo. Tais propriedades podem provar ser vantajosas em aplicações em que o núcleo de ICE 300 está em contato com a substância de amostra sendo medida. Por conseguinte, a camada terminal 302 pode ser configurada para fazer o núcleo de ICE 300 mais robusto para operação de longo prazo.

[0060] Em pelo menos uma modalidade, a camada terminal 302 pode ser feita de um material que exibe um índice de refração que é substancialmente semelhante à sua camada adjacente ou anterior 102, 104. Em tais modalidades, a não combinação do índice de refração descrita acima pode ser observada entre o ambiente (isto é, ar) adjacente à camada terminal 302 e a camada terminal combinada 302 e a camada adjacente 102, 104. Como um resultado, o ar circundante pode servir tecnicamente como a camada final para o núcleo de ICE 300. Por conseguinte, ele pode provar ser vantajoso no capeamento da pilha de camadas 102, 104 com um composto mais ambientalmente estável ou duro, muito embora tal camada terminal 302 possa exibir o mesmo ou substancialmente similar índice de refração como a camada anterior 102, 104.

[0061] Com referência agora à FIG. 4 é ilustrado um dispositivo de computação óptica exemplar 400 para monitorar uma substância 402 de acordo com uma ou mais modalidades. Na modalidade ilustrada, a substância 402 pode ser um fluido contido ou de outro modo fluindo dentro de um caminho de fluxo exemplar 404. O caminho de fluxo 404 pode ser uma linha de fluxo, uma tubulação, um furo de poço, um anular definido dentro de um furo de poço ou quaisquer linhas de fluxo ou tubulações se estendendo para/de um furo de poço. A substância 402 presente dentro do caminho de fluxo 404 pode estar fluindo na direção geral indicada pelas setas A (isto é, de a montante para a jusante). Como será apreciado, no entanto, o caminho de fluxo 404 pode ser qualquer outro tipo de caminho de fluxo, tal como um poço de lama (isto é, utilizado para fluidos de perfuração e semelhantes) ou qualquer outro vaso de contenção ou armazenamento e a substância 402 pode não necessariamente estar fluindo na direção de A, enquanto a substância 402 está sendo monitorada.

[0062] O dispositivo de computação óptica 400 pode ser configurado para determinar uma característica de interesse na substância 402 ou num componente presente dentro da substância 402. Em algumas modalidades, o dispositivo 400 pode incluir uma fonte de radiação eletromagnética 406 configurada para emitir ou de outro modo gerar radiação eletromagnética 408. A fonte de radiação eletromagnética 406 pode ser qualquer dispositivo capaz de emitir ou gerar radiação eletromagnética, conforme definido neste documento. Por exemplo, a fonte de radiação eletromagnética 406 pode ser uma lâmpada, um diodo emissor de luz (LED), um laser, um corpo negro, um cristal fotônico, uma fonte de raios-X, combinações destes ou outro semelhante. Em algumas modalidades, uma lente 410 pode ser configurada para coletar ou, caso contrário, receber a radiação eletromagnética 408 e dirigir um feixe 214 de radiação eletromagnética 408 em direção à substância 402. A lente 410 pode ser qualquer tipo de dispositivo óptico configurado para transmitir ou de outra forma transferir a radiação eletromagnética 408 como desejado, tal como uma lente normal, uma lente de Fresnel, um elemento óptico de difração, um elemento gráfico holográfico, um espelho (por exemplo, um espelho de focagem) ou um tipo de colimador. Em outras modalidades, a lente 410 pode ser omitida do dispositivo 400 e a radiação eletromagnética 408 em vez disso pode ser dirigida para a substância 402 diretamente da fonte de radiação eletromagnética 406.

[0063] Em uma ou mais modalidades, o dispositivo 400 também pode incluir uma janela de amostragem 412 arranjada adjacente a ou de outro modo em contato com o fluido 402 para finalidades da detecção. A janela de amostragem 412 pode ser feita a partir de uma variedade de materiais transparentes, rígidos ou semirrígidos que são configurados para permitir transmissão da radiação eletromagnética 408 através dos mesmos. Por exemplo, a janela de amostragem 412 pode ser feita de, mas não se limitando a, vidros, plásticos, semicondutores, materiais cristalinos, materiais policristalinos, pós prensados a quente ou a frio, suas combinações ou semelhantes. Depois de passar pela janela de amostragem 412, a radiação eletromagnética 408 impinge sobre e opticamente interage com a substância 402, incluindo quaisquer componentes presentes dentro da substância 402. Como resultado, radiação opticamente interagida 414 é gerada por e refletida da substância 402. Aqueles versados na técnica, no entanto, facilmente reconhecerão que variações alternativas do dispositivo 400 podem permitir que a radiação opticamente interagida 414 seja gerada ao ser transmitida, espalhada, difratada, absorvida, emitida ou re-irradiada pela e/ou da substância 402, sem afastamento do escopo da divulgação.

[0064] A radiação opticamente interagida 414 gerada pela interação coma substância 402 pode ser dirigida para ou de outro modo recebida por um núcleo de ICE 416 arranjado dentro do dispositivo 400. O núcleo de ICE 416 pode ser semelhante a um dos núcleos de ICE 200 e 300 aqui descritos acima. Por conseguinte, o núcleo de ICE 416 pode incluir primeira e segunda pluralidades de camadas de filme fino óptico que exibem altos e baixos índices de refração, respectivamente, e uma ou mais camadas de filme fino óptico adicionais que exibem um índice de refração diferente daquele da primeira e da segunda pluralidades de camadas de filme fino óptico. Em operação o núcleo de ICE 416 pode ser configurado para receber a radiação opticamente interagida 414 e produzir radiação eletromagnética modificada 418 correspondente a uma característica particular da substância 402. Em particular, a radiação eletromagnética modificada 418 é radiação eletromagnética que opticamente interagiu com o núcleo de ICE 416, pelo que uma imitação aproximada do vetor de regressão correspondente à característica da substância 402 é obtida.

[0065] Embora a FIG. 4 represente o núcleo de ICE 416 como recebendo radiação eletromagnética refletida da substância 402, o núcleo de ICE 416 pode ser disposto em qualquer ponto ao longo do trem óptico do dispositivo 400, sem afastamento do escopo da divulgação. Por exemplo, em uma ou mais modalidades, o núcleo de ICE 416 (como mostrado em tracejado) pode ser arranjado dentro do trem óptico antes da janela de amostragem 412 e igualmente obter substancialmente os mesmos resultados. Em outras modalidades, o núcleo de ICE 416 pode gerar a radiação eletromagnética modificada 418 através de reflexão, em vez de transmissão através do mesmo.

[0066] Além disso, embora apenas um núcleo de ICE 416 seja mostrado no dispositivo 400, modalidades são contempladas neste documento as quais incluem o uso de pelo menos dois núcleos de ICE no dispositivo 400 configurados para cooperativamente determinar a característica de interesse na substância 402. Por exemplo, dois ou mais ICE podem ser arranjados em série ou paralelo dentro do dispositivo 400 e configurados para receber a radiação opticamente interagida 414 e desse modo intensificar sensibilidades e limites de detector do dispositivo 400. Em outras modalidades, dois ou mais núcleos de ICE podem ser arranjados em um conjunto móvel, tal como um disco rotativo ou uma matriz linear oscilante, o qual se move de tal modo que núcleos de ICE sejam capazes de ser expostos a ou de outro modo interagir opticamente com radiação eletromagnética por um distinto breve período de tempo.

[0067] Em algumas modalidades, pode ser desejável monitorar mais de uma característica de interesse por vez usando o dispositivo 400. Em tais modalidades, várias configurações para múltiplos núcleos de ICE podem ser usadas, onde cada núcleo de ICE é configurado para detectar uma característica de interesse particular e/ou distinta. Em algumas modalidades, a característica pode ser analisada sequencialmente usando múltiplos núcleos de ICE os quais são providos com um feixe único de radiação eletromagnética sendo refletido ou transmitido através da substância 402. Em algumas modalidades, múltiplos núcleos de ICE podem ser arranjados em um disco rotativo, onde os núcleos de ICE individuais são apenas expostos ao feixe de radiação eletromagnética por um curto tempo. Vantagens desta abordagem podem incluir a capacidade de analisar múltiplas características da substância 402 usando um único dispositivo de computação óptica 400 e a oportunidade para ensaiar características adicionais simplesmente adicionando núcleos de ICE adicionais ao disco rotativo.

[0068] Em outras modalidades, múltiplos dispositivos de computação óptica podem ser colocados em um único local ao longo do caminho de fluxo 404, onde cada dispositivo de computação óptica contém um único ICE que é configurado para detectar uma característica de interesse particular na substância 402. Em tais modalidades, um divisor de feixe pode desviar uma porção da radiação eletromagnética sendo refletida pela, emitida da ou transmitida através da substância 402 e para cada dispositivo de computação óptica. Cada dispositivo de computação óptica, por sua vez, pode ser acoplado a um detector ou uma matriz de detectores correspondentes que é configurada para detectar e analisar uma saída de radiação eletromagnética do respectivo dispositivo de computação óptica. Configurações paralelas de dispositivos de computação óptica podem ser particularmente benéficas para aplicações que exigem entradas de baixa potência e/ou sem peças móveis.

[0069] Aqueles versados na técnica apreciarão que qualquer uma das configurações anteriores pode adicionalmente ser usada em combinação com uma configuração em série em qualquer uma das presentes modalidades. Por exemplo, dois dispositivos de computação óptica tendo um disco rotativo com uma pluralidade de núcleos de ICE dispostos no mesmo podem ser colocados em série para realizar uma análise em um único local ao longo do comprimento do caminho de fluxo 404. Da mesma forma, múltiplas estações de detecção, cada uma contendo dispositivos de computação óptica em paralelo, podem ser colocadas em série para realizar uma análise semelhante.

[0070] A radiação eletromagnética modificada 418 gerada pelo núcleo de ICE 416 pode posteriormente ser transferida para um detector 420 para quantificação do sinal. O detector 420 pode ser qualquer dispositivo capaz de detectar radiação eletromagnética e pode geralmente ser caracterizado como um transdutor óptico. Em algumas modalidades, o detector 420 pode ser, mas não se limita a, um detector térmico, tal como um detector de termopilha ou fotoacústico, um detector de semicondutor, um detector piezelétrico, um detector de dispositivo acoplado a carga (CCD), um detector de vídeo ou matriz, um detector de divisão, um detector de fóton (tal como um tubo fotomultiplicador), fotodiodos, combinações dos mesmos, ou semelhantes, ou outros detectores conhecidos por aquelas pessoas versadas na técnica.

[0071] Em algumas modalidades, o detector 420 pode ser configurado para produzir um sinal de saída 422 em tempo real ou quase em tempo real na forma de uma voltagem (ou corrente) que corresponde à característica de interesse particular na substância 402. A voltagem retornada pelo detector 420 é essencialmente o produto escalar da interação óptica da radiação opticamente interagida 414 com o respectivo núcleo de ICE 416 em função da concentração da característica de interesse da substância 402. Como tal, o sinal de saída 422 produzido pelo detector 420 e a concentração da característica podem ser relacionados, por exemplo, diretamente proporcionais. Em outras modalidades, no entanto, a relação pode corresponder a uma função polinomial, uma função exponencial, função logarítmica e/ou uma combinação destas.

[0072] Em algumas modalidades, o dispositivo 400 pode incluir um segundo detector 424, o qual pode ser semelhante ao primeiro detector 420 em que ele pode ser qualquer dispositivo capaz de detectar radiação eletromagnética. O segundo detector 424 pode ser usado para detectar desvios radiantes decorrentes da fonte de radiação eletromagnética 406. Desvios de radiantes indesejáveis podem ocorrer na intensidade da radiação eletromagnética 408 devido a uma ampla variedade de razões e potencialmente causando vários efeitos negativos no dispositivo 400. Estes efeitos negativos podem ser particularmente prejudiciais para medições tomadas durante um período de tempo. Em algumas modalidades, desvios radiantes podem ocorrer como resultado de um acúmulo de filme ou de material na janela de amostragem 412, o que tem o efeito de reduzir a quantidade e a qualidade de luz finalmente alcançando o primeiro detector 420. Sem uma compensação adequada, tais desvios radiantes poderiam resultar em leituras falsas e o sinal de saída 422 poderia não ser primariamente ou precisamente relacionado com a característica de interesse.

[0073] Para compensar estes tipos de efeitos indesejáveis, o segundo detector 424 pode ser configurado para gerar um sinal de compensação 426 geralmente indicativo dos desvios radiantes da fonte de radiação eletromagnética 406 e, desse, modo a normalizar o sinal de saída 422 gerado pelo primeiro detector 420. Conforme ilustrado, o segundo detector 424 pode ser configurado para receber uma porção da radiação opticamente interagida 414 via um separador de feixe 428 a fim de detectar os desvios radiantes. Em outras modalidades, no entanto, o segundo detector 424 pode ser arranjado para receber radiação eletromagnética de qualquer porção do trem óptico no dispositivo 400 a fim de detectar os desvios radiantes, sem afastamento do escopo da divulgação.

[0074] Em algumas aplicações, o sinal de saída 422 e o sinal de compensação 426 podem ser transferidos para ou de outro modo recebidos por um processador de sinal 430 acoplado de maneira comunicável a ambos os detectores 420, 424. O processador de sinal 430 pode ser um computador incluindo um processador e um meio de armazenamento legível por máquina tendo instruções armazenadas no mesmo que, quando executadas pelo processador 430, fazem o dispositivo de computação óptica 400 realizar uma série de operações, tal como determinar uma característica de interesse da substância 402. Por exemplo, a concentração de cada característica detectada com o dispositivo de computação óptica 400 pode ser alimentada em um algoritmo operado pelo processador de sinal 430. O algoritmo pode ser parte de uma rede neural artificial configurada para usar a concentração de cada característica detectada a fim de avaliar a(s) caraterística(s) global(is) ou a qualidade da substância 402.

[0075] O processador de sinal 430 também pode ser configurado para combinar computacionalmente o sinal de compensação 426 com o sinal de saída 422 a fim de normalizar o sinal de saída 422 em vista de quaisquer desvios radiantes detectados pelo segundo detector 424. Combinar computacionalmente os sinais de saída e de compensação 422, 426 pode implicar em computar uma razão dos dois sinais 422, 426. Por exemplo, a concentração ou magnitude de cada característica determinada usando o dispositivo de computação óptica 400 pode ser alimentada para um algoritmo executado pelo processador de sinal 430. O algoritmo pode ser configurado para fazer predições sobre como as características da substância 402 mudam se as concentrações de um ou mais componentes ou aditivos forem mudadas em relação uma a outra.

[0076] Em tempo real ou em tempo quase real, o processador de sinal 430 pode ser configurado para prover um sinal de saída resultante 432 correspondente a uma concentração da característica de interesse na substância 402. O sinal de saída resultante 432 pode ser legível por um operador que pode considerar os resultados e fazer ajustes adequados ou tomar ação apropriada, se necessário, com base nas concentrações medidas de componentes ou aditivos na substância 402. Em algumas modalidades, o sinal de saída resultante 328 pode ser transmitido, seja com fio ou sem fio, para um operador para consideração. Em outras modalidades, o sinal de saída resultante 432 pode ser reconhecido pelo processador de sinal 430 como estando dentro ou fora de uma faixa predeterminada ou pré-programada de operação adequada e pode alertar o operador de uma leitura fora de faixa, de modo que ação corretiva apropriada possa ser tomada, ou de outro modo empreender autonomamente a ação corretiva apropriada de modo que o sinal de saída resultante 432 retorne a um valor dentro da faixa predeterminada ou pré-programada de operação adequada.

[0077] Com referência agora à FIG. 5, é ilustrado outro dispositivo de computação óptica exemplar 500 para monitorar a substância 402 de acordo com uma ou mais modalidades. O dispositivo de computação óptica 500 pode ser semelhante em alguns aspectos ao dispositivo de computação óptica 400 da FIG. 4 e, portanto, pode ser melhor compreendido com referência aos mesmos onde numerais correspondentes indicam elementos correspondentes que não serão descritos novamente. Novamente, o dispositivo de computação óptica 500 pode ser configurado para determinar a concentração de uma característica de interesse na substância 402 como contida dentro do caminho de fluxo 404. Ao contrário do dispositivo 400 da FIG. 4, no entanto, o dispositivo de computação óptica 500 na FIG. 5 pode ser configurado para transmitir a radiação eletromagnética 408 através da substância 402 via uma primeira janela de amostragem 502a e uma segunda janela de amostragem 502b disposta radialmente oposta à primeira janela de amostragem 502a no caminho do fluxo 404. A primeira e a segunda janelas de amostragem 502a,b podem ser semelhantes à janela de amostragem 412 acima descrita na FIG. 4 e, portanto, não serão descritas novamente.

[0078] Quando a radiação eletromagnética 408 passa através da substância 402 via a primeira e a segunda janelas de amostragem 502a,b ela interage opticamente com a substância 402 e radiação opticamente interagida 414 é subsequentemente dirigida para ou de outra forma recebida pelo núcleo de ICE 416 quando disposto dentro do dispositivo 500. Novamente é de notar que, embora a FIG. 5 represente o núcleo de ICE 416 como recebendo a radiação opticamente interagida 414 como transmitida através das janelas de amostragem 502a,b, o núcleo de ICE 416 pode ser igualmente arranjado em qualquer ponto ao longo do trem óptico do dispositivo 500 sem afastamento do escopo da divulgação. Por exemplo, em uma ou mais modalidades, o núcleo de ICE 416 pode ser arranjado dentro do trem óptico antes da primeira janela de amostragem 502a e igualmente obter substancialmente os mesmos resultados. Em ainda outras modalidades, o núcleo de ICE 416 pode gerar a radiação eletromagnética modificada 418 através de reflexão, em vez de transmissão através do mesmo. Além disso, como acontece com o dispositivo 400 da FIG. 4, modalidades são contempladas neste documento as quais incluem o uso de pelo menos dois núcleos de ICE no dispositivo 500 configurados para cooperativamente determinar a característica de interesse na substância 402.

[0079] A radiação eletromagnética modificada 418 gerada pelo núcleo de ICE 416 é posteriormente transmitida para o detector 420 para quantificação do sinal e geração do sinal de saída 422 que corresponde à característica de interesse particular na substância 402. O dispositivo 500 pode também incluir o segundo detector 424 para detectar desvios radiantes decorrentes da fonte de radiação eletromagnética 406. Conforme ilustrado, o segundo detector 424 pode ser configurado para receber uma porção da radiação opticamente interagida 414 via o separador de feixe 428 a fim de detectar os desvios radiantes. O sinal de saída 422 e o sinal de compensação 426 podem, então, ser transmitidos para ou de outro modo recebidos pelo processador de sinal 430 o qual pode combinar computacionalmente os dois sinais 230, 226 e fornecer em tempo real ou tempo quase real o sinal de saída resultante 432 correspondente à concentração da característica de interesse na substância 402.

[0080] Também deve ser notado que os vários desenhos fornecidos neste documento não são necessariamente desenhados em escala, nem são eles, estritamente falando, representados como opticamente corretos como entendido por aqueles versados em óptica. Em vez disso, os desenhos são meramente ilustrativos por natureza e geralmente usados neste documento a fim de suplementar o entendimento dos sistemas e métodos apresentados neste documento. Com efeito, embora os desenhos possam não ser opticamente precisos, as interpretações conceituais aqui representadas refletem com exatidão a natureza exemplar das várias modalidades divulgadas.

[0081] Modalidades divulgadas neste documento incluem:

[0082] A. Um elemento computacional integrado que inclui um substrato óptico, primeira e segunda pluralidades de camadas de filme fino óptico alternadamente depositadas no substrato óptico para formar uma pilha de filme fino, em que cada camada de filme fino óptico da primeira pluralidade exibe um primeiro índice de refração e cada camada de filme fino óptico da segunda pluralidade exibe um segundo índice de refração diferente do primeiro índice de refração e pelo menos uma camada de filme fino óptico adicional disposta na ou sobre a pilha de filme fino e em comunicação óptica com pelo menos uma das camadas de filme fino óptico da primeira e da segunda pluralidades, a pelo menos uma camada de filme fino óptico adicional exibindo um terceiro índice de refração que é diferente do primeiro e do segundo índices de refração.

[0083] B. Um dispositivo de computação óptica que inclui uma fonte de luz configurada para emitir radiação eletromagnética que opticamente interage com uma substância e um núcleo de elemento computacional integrado (ICE) e, desse modo, gerar luz opticamente interagida, núcleo de ICE compreendendo um substrato óptico, primeira e segunda pluralidades de camadas de filme fino óptico alternadamente depositadas no substrato óptico para formar uma pilha de filme fino, em que cada camada de filme fino óptico da primeira pluralidade exibe um primeiro índice de refração e cada camada de filme fino óptico da segunda pluralidade exibe um segundo índice de refração diferente do primeiro índice de refração e pelo menos uma camada de filme fino óptico adicional disposta em ou sobre a pilha de filme fino e em comunicação óptica com pelo menos uma das camadas de filme fino óptico da primeira e da segunda pluralidades, a pelo menos uma camada de filme fino óptico adicional exibindo um terceiro índice de refração diferente do primeiro e do segundo índices de refração e pelo menos um detector arranjado para receber a luz opticamente interagida e gerar um sinal de saída correspondente a uma característica da substância.

[0084] C. Um método de fabricar um elemento computacional integrado que inclui depositar alternadamente primeira e segunda pluralidades de camadas de filme fino óptico em um substrato óptico e, desse modo, formar uma pilha de filme fino, em que cada camada de filme fino óptico da primeira pluralidade exibe um primeiro índice de refração e cada camada de filme fino óptico da segunda pluralidade exibe um segundo índice de refração diferente do primeiro índice de refração e depositar pelo menos uma camada de filme fino óptico adicional na ou sobre a pilha de filme fino e em comunicação óptica com pelo menos uma das camadas de filme fino óptico da primeira e da segunda pluralidades, a pelo menos uma camada de filme fino óptico adicional exibindo um terceiro índice de refração diferente do primeiro e do segundo índices de refração.

[0085] Cada uma das modalidades A, B e C pode ter um ou mais dos seguintes elementos adicionais em qualquer combinação: Elemento 1: em que a pelo menos camada de filme fino óptico adicional é colocada na pilha de filme fino entre uma primeira camada de filme fino óptico e uma segunda camada de filme fino óptico. Elemento 2: em que a pelo menos uma camada de filme fino óptico adicional é colocada sobre a pilha de filme fino como uma camada terminal depositada oposta ao substrato. Elemento 3: em que a pelo menos uma camada de filme fino óptico adicional é feita de um material selecionado do grupo que consiste em silício (Si), quartzo (SiO2), SiOX, nióbia e nióbio, germânio e germânia, MgF, óxido de zinco, óxido de alumínio, óxido de titânio, tântalo, óxido de tântalo, fluorpolímeros de baixo índice e polímeros com enchimento de nanopartícula de alto índice. Elemento 4: em que a pelo menos uma camada de filme fino óptico adicional é feita de um material selecionado do grupo que consiste em um óxido, um nitreto, um carbeto e qualquer combinação dos mesmos. Elemento 5: em que a pelo menos uma camada de filme fino óptico adicional é dopada para atingir o terceiro índice de refração. Elemento 6: em que dois ou mais materiais são combinados para atingir o terceiro índice de refração. Elemento 7: em que a pelo menos uma camada de filme fino óptico adicional é feita de um líquido ou um gás. Elemento 8: em que o primeiro índice de refração é maior que o segundo índice de refração e o terceiro índice de refração é maior que o primeiro índice de refração. Elemento 9: em que o primeiro índice de refração é maior que o segundo índice de refração e o terceiro índice de refração é menor que o segundo índice de refração. Elemento 10: em que o primeiro índice de refração é maior que o segundo índice de refração e o terceiro índice de refração é um valor entre o primeiro e o segundo índices de refração.

[0086] Elemento 11: em que a pelo menos uma camada de filme fino óptico adicional se interpõe a camadas de filme fino óptico correspondentes da primeira e da segunda pluralidades. Elemento 12: em que a pelo menos uma camada de filme fino óptico adicional é uma camada terminal depositada em uma extremidade da pilha de filme oposta ao substrato. Elemento 13: em que a pelo menos uma camada de filme fino óptico adicional é dopada para atingir o terceiro índice de refração. Elemento 14: em que dois ou mais materiais são combinados para atingir o terceiro índice de refração.

[0087] Elemento 15: em que a deposição da pelo menos uma camada de filme fino óptico adicional na ou sobre a pilha de filme fino compreende depositar a pelo menos uma camada de filme fino óptico adicional entre camadas de filme fino óptico correspondentes da primeira e da segunda pluralidades. Elemento 16: em que a deposição da pelo menos uma camada de filme fino óptico adicional na ou sobre a pilha de filme fino compreende depositar a pelo menos uma camada de filme fino óptico adicional em uma extremidade da pilha de filme fino oposta ao substrato. Elemento 17: em que o primeiro índice de refração é maior que o segundo índice de refração e o terceiro índice de refração é maior que o primeiro índice de refração ou menor que o segundo índice de refração. Elemento 18: em que o primeiro índice de refração é maior que o segundo índice de refração e o terceiro índice de refração é um valor entre o primeiro e o segundo índices de refração.

[0088] Portanto, os sistemas e métodos divulgados são bem adaptados para alcançar as finalidades e as vantagens mencionadas, assim como aquelas que são inerentes aos mesmos. As modalidades particulares divulgadas acima são meramente ilustrativas, já que os ensinamentos da presente divulgação podem ser modificados e colocados em prática de maneiras diferentes, porém equivalentes, por indivíduos versados na técnica a partir dos ensinamentos encontrados neste documento. Mais ainda, nenhuma limitação é pretendida aos detalhes de construção ou projeto mostrados neste documento, que não como descritos nas reivindicações abaixo. Portanto, é evidente que as modalidades ilustrativas particulares divulgadas acima podem ser alteradas, combinadas ou modificadas e todas essas variações são consideradas dentro do escopo da presente divulgação. Os sistemas e métodos ilustrativamente divulgados neste documento adequadamente podem ser praticados na ausência de qualquer elemento que não for divulgado especificamente neste documento e/ou qualquer elemento opcional divulgado neste documento. Embora as composições e métodos sejam descritos em termos de “compreendendo”, “contendo”, ou “incluindo” vários componentes ou etapas, as composições e os métodos também podem “consistem essencialmente em” ou “composto por” os vários componentes e etapas. Todos os números e faixas divulgadas acima podem variar por alguma quantidade. Sempre que uma faixa numérica, com um limite inferior e um limite superior é divulgada, qualquer número e qualquer faixa incluída caindo dentro da faixa são especificamente divulgados. Em particular, cada faixa de valores (da forma, “de cerca de a a cerca de b,” ou, equivalentemente, “de aproximadamente a a b,” ou, equivalentemente, “de aproximadamente a-b”) divulgada aqui, deve ser compreendida para determinar cada número e faixa abrangidos dentro da faixa mais larga de valores. Além disso, os termos nas reivindicações têm seu significado claro, ordinário, salvo se de outra forma explícita e claramente definida pelo titular da patente. Além disso, os artigos indefinidos “um” ou “uma”, como utilizados nas reivindicações, são aqui definidos para significar um ou mais de um dos elementos que eles apresentam. Se houver qualquer conflito nos usos de uma palavra ou um termo neste relatório descritivo e uma ou mais patentes ou outros documentos que podem ser incorporados aqui por referência, as definições que são consistentes com este relatório descritivo devem ser adotadas.

[0089] Como aqui utilizada, a frase “pelo menos um dos” precedendo uma série de artigos, com os termos “e” ou “ou” para separar qualquer um dos itens, modifica a lista como um todo, em vez de cada membro da lista (isto é, cada item). A frase “pelo menos um dos” não requer seleção de pelo menos um item; em vez disso, a frase permite um significado que inclui, pelo menos, um de qualquer um dos itens, e/ou pelo menos um de qualquer combinação dos elementos, e/ou pelo menos um de cada um dos artigos. A título de exemplo, as frases “pelo menos um de A, B, e C” ou “pelo menos um de A, B, ou C” referem-se cada apenas A, apenas B ou somente C; qualquer combinação de A, B, e C; e/ou pelo menos um de cada um de A, B, e C.

Claims (22)

1. Elemento computacional integrado, caracterizado pelo fato de compreender: - um substrato óptico (106); - pluralidades de primeira e segunda camadas de filme fino óptico (102, 104) alternadamente depositadas no substrato óptico (106) para formar uma pilha de filme fino, sendo que cada primeira camada de filme fino óptico (102) exibe um primeiro índice de refração e cada segunda camada de filme fino óptico (104) exibe um segundo índice de refração diferente do primeiro índice de refração; e - pelo menos uma camada de filme fino óptico adicional (202) disposta na ou sobre a pilha de filme fino e em comunicação óptica com pelo menos uma da primeira e da segunda camadas de filme fino óptico (102, 104), a pelo menos uma camada de filme fino óptico adicional (202) exibindo um terceiro índice de refração que é diferente do primeiro e do segundo índices de refração, sendo que o elemento computacional integrado (200) com a camada de filme fino óptico é configurado para modificar uma radiação eletromagnética interagida com uma substância (402) da amostra para ter uma intensidade proporcional a uma característica da substância (402) da amostra.

2. Elemento computacional integrado, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a pelo menos uma camada de filme fino óptico adicional (202) ser colocada na pilha de filme fino entre uma primeira camada de filme fino óptico (102) e uma segunda camada de filme fino óptico (104).

3. Elemento computacional integrado, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a pelo menos uma camada de filme fino óptico adicional (202) ser colocada sobre a pilha de filme fino como uma camada terminal (302) depositada oposta ao substrato (106).

4. Elemento computacional integrado, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a pelo menos uma camada de filme fino óptico adicional (202) ser feita de um material selecionado do grupo que consiste em silício (Si), quartzo (SiO2), SiOX, nióbia e nióbio, germânio e germânia, MgF, óxido de zinco, óxido de alumínio, óxido de titânio, tântalo, óxido de tântalo, fluorpolímeros de baixo índice e polímeros com enchimento de nanopartícula de alto índice.

5. Elemento computacional integrado, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a pelo menos uma camada de filme fino óptico adicional (202) ser feita de um material selecionado do grupo que consiste em um óxido, um nitreto, um carbeto e qualquer combinação dos mesmos.

6. Elemento computacional integrado, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de dois ou mais materiais serem combinados para atingir o terceiro índice de refração.

7. Elemento computacional integrado, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a pelo menos uma camada de filme fino óptico adicional (202) ser dopada para atingir o terceiro índice de refração.

8. Elemento computacional integrado, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a pelo menos uma camada de filme fino óptico adicional (202) ser feita de um líquido ou um gás.

9. Elemento computacional integrado, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o primeiro índice de refração ser maior que o segundo índice de refração e o terceiro índice de refração ser maior que o primeiro índice de refração.

10. Elemento computacional integrado, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o primeiro índice de refração ser maior que o segundo índice de refração e o terceiro índice de refração ser menor que o segundo índice de refração.

11. Elemento computacional integrado, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o primeiro índice de refração ser maior que o segundo índice de refração e o terceiro índice de refração ser um valor entre o primeiro e o segundo índices de refração.

12. Dispositivo de computação óptica, caracterizado pelo fato de compreender: - uma fonte de luz (406) configurada para emitir radiação eletromagnética (408) que opticamente interage com uma substância (402) e um núcleo de elemento computacional integrado (200) e, desse modo, gera luz opticamente interagida, o núcleo de ICE (416) compreendendo: - um substrato óptico (106); - pluralidades de primeira e segunda camadas de filme fino óptico (102, 104) alternadamente depositadas no substrato óptico (106) para formar uma pilha de filme fino, sendo que cada primeira camada de filme fino óptico (102) exibe um primeiro índice de refração e cada segunda camada de filme fino óptico (104) exibe um segundo índice de refração diferente do primeiro índice de refração; e - pelo menos uma camada de filme fino óptico adicional (202) disposta na ou sobre a pilha de filme fino e em comunicação óptica com pelo menos uma da primeira e da segunda camadas de filme fino óptico (102, 104), a pelo menos uma camada de filme fino óptico adicional (202) exibindo um terceiro índice de refração que é diferente do primeiro e do segundo índices de refração, sendo que o elemento computacional integrado (200) com a camada de filme fino óptico é configurado para modificar uma radiação eletromagnética (408) interagida com uma substância (402) da amostra para ter uma intensidade proporcional a uma característica da substância (402) da amostra; e pelo menos um detector (420) disposto para receber luz opticamente interagida e gerar um sinal de saída correspondente a uma característica da substância (402) da amostra.

13. Dispositivo de computação óptica, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de a pelo menos uma camada de filme fino óptico adicional (202) ser colocada na pilha de filme fino entre uma primeira camada de filme fino óptico (102) e uma segunda camada de filme fino óptico (104).

14. Dispositivo de computação óptica, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de a pelo menos uma camada de filme fino óptico adicional (202) ser colocada sobre a pilha de filme fino como uma camada terminal (302) depositada oposta ao substrato óptico (106).

15. Dispositivo de computação óptica, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de a pelo menos uma camada de filme fino óptico adicional (202) ser feita de um material selecionado do grupo que consiste em silício (Si), quartzo (SiO2), SiOX, nióbia e nióbio, germânio e germânia, MgF, óxido de zinco, óxido de titânio, fluorpolímeros de baixo índice e polímeros com enchimento de nanopartícula de alto índice.

16. Dispositivo de computação óptica, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de a pelo menos uma camada de filme fino óptico adicional (202) ser dopada para atingir o terceiro índice de refração.

17. Dispositivo de computação óptica, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de a pelo menos uma camada de filme fino óptico adicional (202) compreender dois ou mais materiais combinados para atingir o terceiro índice de refração.

18. Método de fabricar um elemento computacional integrado, caracterizado pelo fato de compreender: - depositar alternadamente pluralidades de primeira e segunda camadas de filme fino óptico (102, 104) no substrato óptico (106) e, desse modo, formar uma pilha de filme fino, sendo que cada primeira camada de filme fino óptico (102) exibe um primeiro índice de refração e cada segunda camada de filme fino óptico (104) exibe um segundo índice de refração diferente do primeiro índice de refração; - selecionar um terceiro índice de refração e uma espessura de pelo menos uma camada de filme fino óptico adicional (202) de acordo com o vetor de regressão para uma característica de uma substância (402), sendo que o elemento computacional integrado (200) com a pelo menos uma camada de filme fino óptico adicional (202) é configurado para modificar uma radiação eletromagnética (408) interagida com uma substância (402) da amostra para ter uma intensidade proporcional a uma característica da substância (402) da amostra; e - depositar a pelo menos uma camada de filme fino óptico adicional (202) na ou sobre a pilha de filme fino e em comunicação óptica com pelo menos uma da primeira e da segunda camadas de filme fino óptico (102, 104).

19. Método, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de a deposição da pelo menos uma camada de filme fino óptico adicional (202) na ou sobre a pilha de filme fino compreender depositar a pelo menos uma camada de filme fino óptico adicional (202) entre uma primeira camada de filme fino óptico (102) e uma segunda camada de filme fino óptico (104).

20. Método, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de a deposição da pelo menos uma camada de filme fino óptico adicional (202) na ou sobre a pilha de filme fino compreender depositar a pelo menos uma camada de filme fino óptico adicional (202) em uma extremidade da pilha de filme fino oposta ao substrato óptico (106).

21. Método, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de o primeiro índice de refração ser maior que o segundo índice de refração e o terceiro índice de refração ser maior que o primeiro índice de refração ou menor que o segundo índice de refração.

22. Método, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de o primeiro índice de refração ser maior que o segundo índice de refração e o terceiro índice de refração é um valor entre o primeiro e o segundo índices de refração.

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