Novos dispositivos e técnicas para tecnologias de comunicações e sensores

Doutoramento em Engenharia FísicaHoje em dia, a tecnologia de fibra óptica está a ser amplamente usada nas áreas de telecomunicações e sensores. Historicamente, as qualidades das fibras ópticas poliméricas (POFs) têm sido menosprezadas devido à popularidade das fibras óticas de vidro. Tal facto advém maioritariamente da sua elevada atenuação. No entanto, os materiais que compõem as POFs têm vindo a melhorar significativamente nestes últimos anos. Nesse sentido, a emergência de novas técnicas e dispositivos têm vindo a ser demonstradas/os. Considerando o campo das telecomunicações, as POFs estão a crescer rapidamente em aplicações de redes de acesso. Além disso, o advento da operação monomodo e das redes de Bragg em POF estão a ser amplamente explorados em aplicações de sensores e portanto, este tipo de tecnologia tenderá a ser uma realidade num futuro próximo. Devido à necessidade de criar uma conexão de baixa perda entre fibra óptica de vidro e polimérica, será demonstrada uma nova técnica capaz de produzir terminais de POF de alta qualidade, num processo rápido, fácil e semiautomático. A conectorização destes tipos de fibras será também analisada nesta dissertação. No seguimento desta tese serão desenvolvidos dois sistemas de gravação de redes de Bragg em POF. Num dos sistemas será usado o tradicional laser de HeCd com operação nos 325 nm, sendo que noutro será usado o laser de KrF com operação nos 248 nm. Os resultados mostrarão a capacidade de gravar redes de Bragg em POF em apenas alguns segundos, contrariamente às várias dezenas de minutos necessários com o laser de 325 nm. Com base no sucesso dos resultados, o sistema de gravação que opera nos 248 nm será usado para fabricar redes de Bragg noutros tipos de fibras, incluindo as de índice em degrau, micro-estruturadas e sem bainha. A gravação de redes de Bragg de excelente qualidade em POFs de elevada birrefringência também será apresentada. A separação entre picos de ressonância irá ser usada para estimar a birrefringência de fase, que será então comparada com a obtida por simulações numéricas e com recurso ao método de varredura de comprimento de onda. As redes de Bragg produzidas pelos métodos anteriores serão então caracterizadas à deformação, temperatura, pressão, humidade e índice de refracção. Os resultados serão comparados com a literatura e com aqueles encontrados teoricamente. Um dispositivo de interferência multimodal feito pela conexão de duas fibras ópticas monomodo de vidro a uma fibra óptica multimodo de polímero, será usado para demonstrar a medição de deformação e temperatura. As capacidades de absorção de água, oferecidas pelo material à base de polimetilmetacrilato serão usadas para medir humidade. No final desta dissertação, um sensor híbrido composto por um dispositivo de interferência multimodal, baseado em POF e contendo uma rede de Bragg, demonstrará a capacidade de medir deformação, temperatura e índice de refracção. A propriedades de baixa absorção de água por parte do material que compõe a fibra polimérica será usada para demonstrar insensibilidade à humidade por parte do sensor.Nowadays, fiber optic technology is being widely employed in communication and sensing areas. Historically, the qualities of polymer optical fibers (POFs) have been overwhelmed by the popularity of the silica optical fibers. This has been mainly due to the POFs higher transmission loss. However, in last years, POF materials are improving their performance. Therefore, the emergence of new devices and techniques have been demonstrated. Considering the communications field, POFs are growing rapidly in fiber to the home applications. Additionally, the advent of single mode operation and fiber Bragg gratings in POFs are being widely explored in several sensing applications. Consequently, this technology will tend to be a reality in a near future. Due to the need of a low loss connection between silica and polymer optical fibers, it will be demonstrated a new technique capable to produce POF terminals of high quality in an easy, fast and semi-automated process. The connectorization of these types of fibers will be then analysed in this dissertation. The development of two Bragg grating inscription systems for POFs will also be explored in this thesis. One of the systems will employ the traditional HeCd laser operating at 325 nm, while the other will use the KrF laser operating at 248 nm. Results will show the capability to write Bragg gratings in a POF in few seconds, contrary to the several tens of minutes reported for the 325 nm radiation. Based on the success of the results, the 248 nm inscription setup will be used to inscribe Bragg gratings in other types of POFs, including step-index, microstructured, and unclad POFs. The inscription of a high quality Bragg grating in a high-birefringence POF will also be presented and the phase birefringence arising from the Bragg peak separation will be compared with the numerical simulations togheter with the wavelength scanning method. The fiber Bragg gratings produced through the previous methods will be characterized to strain temperature, pressure, humidity and refractive index. Results will be compared with literature and with the ones found theoretically. A multimode interference device made by sandwiching a multimode POF between two single mode silica fibers will be used to demonstrate the ability to measure strain and temperature. The water absorption capabilities offered by the polymethylmethacrylate material will be used to measure humidity. At the end of this dissertation, a hybrid sensor composed of a POF based multimode interference device, comprising a fiber Bragg grating, will demonstrate the capability to measure strain, temperature and refractive index. The low water absorption properties of the material that composes the POF will be used to demonstrate a POF sensor with humidity insensitiveness