Orientador: Cristiano Monteiro de Barros Cordeiro / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-09-02T14:50:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Osorio_JonasHenrique_D.pdf: 57449332 bytes, checksum: 92f06bf0e96b31630478243a818a7fd6 (MD5) Previous issue date: 2017 / Resumo: Nesta tese, fibras ópticas especiais são estudadas para fins de sensoriamento. Primei-ramente, propomos a estrutura denominada fibra capilar com núcleo embutido (embedded-core capillary fibers) para realização de sensoriamento de pressão. Estudos numéricos e analíticos foram realizados e mostraram que altas sensibilidades a variações de pressão poderiam ser al-cançadas com esta estrutura simplificada, que consiste de um capilar dotado de um núcleo, dopado com germânio, em sua parede. Experimentos permitiram medir uma sensibilidade de (1.04 ± 0.01) nm/bar, que é um valor alto quando comparado a outros sensores de pressão ba-seados em fibras microestruturadas. Ademais, estudamos fibras do tipo surface-core, que são fibras cujos núcleos são colocados na superfície externa da fibra. Nesta abordagem, redes de Bragg foram utilizadas para obter sensores de índice de refração ¿ fazendo-se uso da interação entre o campo evanescente do modo guiado no núcleo e o ambiente externo à fibra ¿ e de cur-vatura ¿ ao se explorar o fato de que, nestas fibras, o núcleo se encontra fora do centro geomé-trico da mesma. As sensibilidades a variações de índice de refração e curvatura medidas, 40 nm/RIU em torno de 1.41 e 202 pm/m-1 comparam-se bem a outros sensores baseados em redes de Bragg. Outrossim, fibras capilares poliméricas foram investigadas como sensores de temperatura e pressão. Para a descrição do sensor de temperatura, usou-se um modelo analítico para simular o espectro de transmissão dos capilares e a sua dependência com as variações de temperatura. No que tange à aplicação de sensoriamento de pressão, variações nas espessuras dos capilares devido à ação da pressão foram calculadas e relacionadas à sensibilidade da me-dida de monitoramento. Nestas duas aplicações, realizações experimentais também são repor-tadas. Finalmente, oportunidades adicionais de sensoriamento ao se utilizar fibras ópticas es-peciais são apresentadas, a saber, um sensor de pressão para dois ambientes baseados em fibras de cristal fotônico, um sensor de três parâmetros baseado em redes de Bragg, fibras afinadas e interferência multimodal, um sensor de nível de líquido baseado em redes de Bragg e interfe-rência multimodal e um sensor de temperatura baseado em fibras embedded-core preenchidas com índio. Os resultados aqui reportados demonstram o potencial das fibras ópticas em forne-cerem plataformas de sensoriamento para alcançar medidas de diferentes tipos de parâmetros com alta sensibilidade e resolução adequada / Abstract: In this thesis, specialty optical fibers for sensing applications are investigating. Firstly, we propose the embedded-core capillary fiber structure for acting as a pressure sensor. Analyt-ical and numerical studies were performed and showed that high pressure sensitivity could be achieved with this simplified fiber structure, which consists of a capillary structure with a germanium-doped core placed within the capillary wall. Experiments allowed measuring a sensitivity of (1.04 ± 0.01) nm/bar, which is high when compared to other microstructured optical fiber-based pressure sensors. Moreover, we studied the so-called surface-core optical fibers, which are fibers whose cores are placed at the external boundary of the fiber. In this approach, Bragg gratings were used to obtain refractive index ¿ making use of the interaction between the guided mode evanescent field and the external medium ¿ and directional curva-ture sensors ¿ by exploring the off-center core position. The measured refractive index and the curvature sensitivities, respectively 40 nm/RIU around 1.41 and 202 pm/m-1, compares well to other fiber Bragg grating-based sensors. Additionally, antiresonant polymer capillary fibers were investigated as temperature and pressure sensors. For the temperature sensing descrip-tion, one used an analytical model to simulate the transmission spectra of such fibers and the dependence on temperature variations. Regarding the pressure sensing application, pressure-induced capillary wall thickness variations were analytically accounted and related to the sys-tem pressure sensitivity. In both these applications, experimental data were presented. Finally, additional opportunities using specialty optical fibers were presented, namely, a photonic-crystal fiber-based dual-environment pressure sensor, a three parameters sensor using Bragg gratings, tapered fibers and multimode interference, a liquid-level sensor based on Bragg grat-ings and multimode interference, and a temperature sensor based in an embedded-core fiber filled with indium. The results reported herein demonstrates the potential of optical fibers for providing sensing platforms to attain measurements of different sort of parameters with highly sensitivity and improved resolutions / Doutorado / Física / Doutor em Ciências / 152993/2013-4 / CNPQ

Orientadores: Luiz Carlos Barbosa, Cristiano Monteiro de Barros Cordeiro / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-11T19:12:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Santos_ElianeMourados_M.pdf: 4020531 bytes, checksum: 57766702771129e7f4bfe1d0c7852f67 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Este trabalho apresenta estudos de como inserir fluidos (líquidos e gases) em fibras ópticas microestruturadas, especialmente fibras de cristal fotônico, também conhecidas como PCF¿s (do inglês Photonic Crystal Fibers). Estas fibras possuem buracos de ar que percorrem todo seu comprimento. Elas podem ser divididas em dois grandes grupos: as de núcleo sólido que guiam luz por reflexão interna total e as de núcleo oco que guiam luz por um mecanismo conhecido como photonic bandgap. Ambos os tipos de fibras permitem várias aplicações em áreas como óptica e fotônica e nos dedicamos aqui à área de sensoriamento a fibra. Nesta área, usamos os microburacos para inserir fluido e dessa maneira manipular as propriedades de guiamento (em fibras de núcleo líquido), deixar a fibra mais sensível a algum parâmetro externo ou para sensoriar o fluido em questão. Nos três casos, precisamos estudar os processos de preenchimentos de fibras microestruturadas. Para este fim, estudamos e desenvolvemos maneiras de inserir fluidos em fibras de núcleos sólidos ou ocos. Usando preenchimento seletivo, produzimos fibras com núcleo líquido, criando uma região de alta interação entre luz e material. Neste trabalho, estudamos diferentes técnicas de preenchimento. A primeira, para fibras de núcleo líquido, é um preenchimento seletivo que pode ser feito usando uma máquina de emendas (splicer) ou um polímero para bloquear os microburacos. O outro consiste em manter as pontas das fibras livres (para medidas ópticas) enquanto o preenchimento é feito. Por fim, usamos o conhecimento desses processos em aplicações como sensoriamento de fluidos ou parâmetros externos e manipulação de propriedades de guiamento da luz / Abstract: This work presents studies of how to insert fluids (liquid and gas) into microstructured optical fibers, especially photonic crystal fibers, also known as PCF¿s. These optical fibers possess air holes that run along its entire length. They can be divided into two major groups: solid core fibers that guide light by total internal reflection and hollow core fibers that guide light by photonic bandgap. Both types of fibers allow several applications in areas such as optics and photonics and we dedicated this work to the fiber-sensing field. In this area we use the micro holes to insert fluids and in this way to manipulate the guidance properties in liquid core fibers, to leave the fiber more sensitive to some external parameter or to sensing the fluid. In these three cases we need to study the filling procedures in microstructured fibers. For this purpose, we studied and developed ways of inserting fluids in hollow and solid core fibers. We produced liquid core fibers, creating a high light-material overlap, using a selective filling technique. In this work we studied different filling techniques. The first one, for liquid core fibers, is a selective filling, which can be done by using a splicer machine or a polymer to block the fiber micro holes. The last one consists of keeping the fiber tips free (for optical measurements) while the filling is done. And finally we used the filling process knowledge in applications like sensing of fluids or external parameters and manipulation of guidance properties / Mestrado / Física Geral / Mestre em Física

Orientador: Hugo Enrique Hernández Figueroa / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-22T14:17:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 RamosGonzales_RoddyElky_D.pdf: 101751842 bytes, checksum: 8dc15b7e91881cfef8e1c24fa619f3ca (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Propor uma técnica eficiente para controlar o Comprimento de Onda da Dispersão Zero (ZDW - Zero Dispersion Wavelength) de uma Fibra Óptica Microestruturada (MOF - Microstructured Optical Fiber). Esta técnica baseia-se na variação do índice de refração linear e na variação da espessura de um filme fino que cobre as superfícies interiores dos buracos da MOF. Foi utilizado um código potente e preciso baseado na formulação do Método dos Elementos Finitos (FEM - Finite Element Method) totalmente vetorial em conjunto com Camadas Perfeitamente Casadas (PMLs - Perfectly Matched Layers). E demonstrado um deslocamento Maximo do ZDW de 570 nm. Este filme fino pode ser incluído durante ou apos a fabricação da MOF, isso significa que a Dispersão Zero (ZD - Zero Dispersion) da fibra pode ser adaptada conforme a necessidade / Abstract: An efficient technique to control the zero-dispersion wavelength (ZDW) of a microstructured optical fiber (MOF) is proposed and numerically demonstrated in this work. This technique is based on the variation of the linear refractive index and the thickness of a thin film covering the microstructured optical fiber holes' inner surfaces. A powerful and accurate code based on a full-vector finite-element method formulation in conjunction with perfectly matched layers was used. A maximum of 570-nm zero-dispersion wavelength displacement is demonstrated. This thin film can be included after the microstructured optical fiber has been fabricated, and that means the zero dispersion of such fiber can be tailored as needed / Doutorado / Telecomunicações e Telemática / Doutor em Engenharia Elétrica

Orientador: Hugo Enrique Hernández Figueroa / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-20T00:08:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Medeiros_IuryZottele_M.pdf: 3756653 bytes, checksum: 16ee5515887e880053bfa81297f49352 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: Atualmente as fibras ópticas microestruturadas (FOMs) estão sendo cada vez mais exploradas por possuírem geometricamente um maior grau de liberdade em seu projeto, além da possibilidade do uso de materiais não usados em fibras convencionais, proporcionando características ópticas antes inalcançáveis. Sendo assim, através do uso do programa para obtenção de modos de propagação pelo método dos elementos finitos totalmente vetorial disponível no grupo do Prof. Dr. Hugo E. H. Figueroa, foram apresentadas técnicas de simulação em FOMs multimodais, as quais foram implementadas em FORTRAN e adicionadas ao programa principal. Neste trabalho também foi estudado os esforços mecânicos gerados pelo o uso de diferentes materiais na constituição da FOM em seu processo de fabricação. Tais esforços são conhecidos como tensão residual térmica e proporcionam variações anisotrópicas dos índices de refração dos meios que compõem as FOMs. Primeiramente o cálculo das tensões residuais foi feito analiticamente para uma geometria generalizada de FOM, e então tratando-as como uma pertubação no modo propagante analisado anteriormente pelo programa de análise modal. Por ultimo foi implementado um código para o cálculo estimativo da birrefringência de fase e de grupo levando em conta os esforços mecânicos induzidos no processo de fabricação, portanto o objetivo final foi alcançado / Abstract: Nowadays micro-structured optical fibers (MOFs) are being increasingly exploited since they have a greater geometrical flexibility in its project, in addition to the possibility of using un-conventional materials, providing optical features unreachable before. Therefore, a full-vectorial finite element modal solver developed by Prof. Dr. Hugo E. H. Figueroa's group was used, since it has already proved its efficiency. New techniques for multimodal MOFs simulation were presented, they were implemented using FORTRAN and then added to the main program to make the search for the propagation constants easier. Mechanical stress was also studied. It is generated by the use of different materials whithin the MOF constitution, in its manufacturing process. These stresses are known as thermal residual stresses and they provide variations of the anisotropic refractive indexes of the MOFs media. First, the calculation of the residual stresses was done analytically for a general geometry of MOF, and then they were treated as perturbations in the propagating mode, discussed previously by the full-vectorial finite element modal solver. Finally a code was implemented to estimate the phase and group birefringence, considering the mechanical stresses induced in the manufacturing process, therefore the ultimate goal was achieved / Mestrado / Telecomunicações e Telemática / Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Luiz Carlos Barbosa / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-08T19:58:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Osorio_SergioPauloAmaral_D.pdf: 8946065 bytes, checksum: 9771cf8636d67bee8eb1b92d030d0d13 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Neste trabalho três tipos de vidro telurito são estudados, fabricados e caracterizados, tendo em vista a fabricação de fibras ópticas de cristal fotônico. Basicamente, dois processos de fabricação de fibras de cristal fotônico foram considerados: 1) Empilhamento e puxamento, e 2) Extrusão. Os vidros teluritos fabricados são: 0,77TeO2¿0,23WO3; 0,75TeO2¿0,20Li2O¿0,05TiO2 e 0,68TeO2¿0,155ZnO¿0,05Li2CO3¿0,015Bi2O3¿0,095CsCl (mol%), dos tipos binário, ternário e quinqüenário, respectivamente, os quais foram dopados com Er2O3. As caracterizações efetuadas foram: a) Medida do índice de refração, 2) Fotoluminescência, 3) Absorbância, 4) Tempo de vida dos íons de Érbio, 5) Análise Térmica Diferencial, 6) Análise termogravimétrica e, 7) Viscosidade. Como dito anteriormente, pode-se fabricar fibras microestruturadas de telurito por extrusão, ou pelo método de empilhamento e puxamento. A extrusora disponível no laboratório de materiais vítreos foi feita para extrudar materiais polímeros. Nossa tentativa de utilizá-la para vidros telurito não foi bem sucedida. Porém, pudemos tirar algum proveito desta experiência para futuros projetos. Os tubos de vidro telurito utilizados no método de empilhamento e puxamento foram fabricados tanto por sucção vertical do vidro fundido, quanto por rotação horizontal dos tubos em chama. No primeiro método, o diâmetro interno dos tubos de revestimento diminuiu de baixo para cima, devido ao efeito da gravidade, fazendo com que o preenchimento dos mesmos com tubos capilares fosse inadequado, ou seja, a secção transversal da fibra apresentou espaços vazios não preenchidos pelos capilares. No segundo método, o diâmetro interno dos tubos de revestimento não apresentou variação significativa ao longo de seu comprimento, possibilitando, assim, um melhor preenchimento dos mesmos por tubos capilares. Embora as fibras fabricadas com tubos feitos por rotação horizontal em chama apresentem boa geometria de secção transversal, a contaminação do vidro pela chama acarreta um aumento nas perdas de potência óptica dos modos guiados. Este efeito foi eliminado pela utilização de centrifugação em um forno radiante. Verificamos, também, que as fibras microestruturadas com somente um anel de capilares ao redor do núcleo apresentam grandes perdas por confinamento. / Abstract: In this work, three types of tellurite glasses are synthesized and characterized, aiming the manufacturing of photonic crystal fibers or microstructured fibers. Basically, two types of manufacturing processes are considered: 1) Stacking and draw, and 2) Extrusion. The tellurite glasses are: 0,77TeO 2¿0,23WO3; 0,75TeO2¿0,20Li2O¿0,05TiO2 e 0,68TeO2¿ 0,155ZnO¿0,05Li2C3¿0,015Bi2O3¿0,095CsCl (mol%), composed by two, three and five types of oxides, respectively, and Erbium oxide. The glasses were characterized by: a) index of refraction, 2) photoluminescence, 3) absorbance, 4) Erbium ions lifetime, 5) Differential Thermal Analysis, 6) Thermo gravimetric Analysis, and 7) Viscosity. The extrusion machine of the laboratory was devised for polymers. Nevertheless, we tried with telluride glass but without success. The tellurite glass tubes used for the stack and draw process were manufactured by vertical suction of the melted glass as well as by horizontal rotation of the tubes in flame. For the vertical suction method, the tellurite tube inner diameter shows a taper feature from the bottom to the top of the tube, due to the gravity effect, that makes the jacket tube unsuitable for capillary filling, that is, the fiber transversal section shows empty spaces that could not be filled with capillaries. For the second method, the telluride jacket tube inner diameter do not shows a significant variation with length, so it was possible to better fill it with the capillaries. Although the fibers made with tubes manufactured by horizontal rotation in flame shows good transversal geometry, the contamination of the glass by the flame gases brought about great losses for optical guided modes. The burner was replaced by a radiant oven. We verified, also, that micro structured fibers with only one ring of capillaries around the nucleus shows great confinement loss arising from the leaky nature of the modes / Doutorado / Física da Matéria Condensada / Doutor em Física