Within the emerging methods of controlled free radical polymerization, the Reversible Addition-Fragmentation chain Transfer (RAFT) process has been recently established as a powerful technique to synthesize standard polymers with controlled characteristics (narrow polydispersity and predictable molar masses). This method is now employed to synthesize well-defined, reactive precursor polymers that are subsequently converted into speciality polymers such as fluorescent-labeled polycations. Those are suitable for Electrostatic Self-Assembly (ESA). The observation of the Förster Resonance Energy Transfer (FRET) in such films is established, contributing to the understanding of the self-organization during thin film growth. The RAFT process using Benzyl Dithiobenzoate (BDTB) is shown to enable the control of the free radical polymerization of vinylbenzyl chloride (VBC). The high tolerance of the method to functional groups allows the preparation of such reactive polymers with narrow polydispersities and predictable molar masses. The well-defined precursors are easily converted, for instance, to polycations. Also they are easily functionalized by fluorophores, here derived from coumarin and perylene. The fluorophores, as pendent side chains, served as label to investigate the alternating deposition process, while the influence of molecular variations on the self-assembly can be systematized. Furthermore, when using complementary fluorophores, Fluorescence Resonance Energy Transfer (FRET) studies in organized media become possible. The alternating deposition cycles are followed by UV-Vis spectroscopy, ellipsometry, and X-Ray reflectivity. Regular growth is observed for three complementarily labeled polycations. Noteworthy, fluorescence and UV-Vis studies reveal the formation of large fluorescent dye aggregates for one coumarin and for the perylene derivative in the ESA multilayers. When these polycations are used in mixed thin films, Förster Resonance Energy Transfer (FRET) between fluorophores is observed. The non-radiative nature of the different energy transfer was confirmed by fluorescence decay time measurements/ Parmi les récentes méthodes pour contrôler la polymérisation radicalaire, le procédé RAFT (Reversible Addition-Fragmentation chain Transfer) a été récemment établi et s'impose comme une méthode performante pour la synthèse de polymères standards possédant des caractéristiques contrôlées (faibles polydispersités et masses molaires prédictibles). Cette méthode est désormais utilisée pour la synthèse de précurseurs réactifs bien définis qui sont par la suite convertis en polymères spécialisés, par exemple en polycations marqués a l'aide de sondes fluorescentes. Ces polycations peuvent être ensuite auto-assemblés électrostatiquement afin d'élaborer des films minces. Le phénomène de transfert de fluorescence (Förster Resonance Energy Transfer –FRET-) dans de tels films a été établi, contribuant par là-même à une meilleure compréhension du phénomène d'auto-organisation durant la croissance des films. Le procédé RAFT, utilisant le dithiobenzoate de benzyle (BDTB), a démontré sa capacité à contrôler la polymérisation radicalaire du chlorométhlstyrène (VBC). La tolérance de cette méthode vis à vis des groupes fonctionnels permet la synthèse de polymères réactifs possédant de faibles polydispersités et des masses molaires prédictibles. Les précurseurs ainsi définis sont facilement convertis, en polycations par exemple. Ils sont tout aussi facilement fonctionnalisés par des fluorophores dérivés de la coumarine ou du pérylène. Les fluorophores en tant que chaînes pendantes servent de marqueurs pour étudier le processus de dépôts alternés, alors que l'influence des variations au niveau moléculaire peut être systématisée. De plus, en utilisant des fluorophores complémentaires, il devient possible de mener des études sur le transfert de fluorescence (FRET) au sein de milieux organisés. Les cycles de dépôts alternés ont été suivis par spectroscopie UV-Vis, éllipsométrie et reflexion des rayons X. Une croissance régulière est observée dans le cas des trois polycations marqués. Il convient de noter que les études UV-Vis et de fluorescence révèlent la formation de larges aggrégats de fluorophores au sein des multicouches, dans le cas d'une coumarine et du dérivé de pérylène. Lorsque les polycations complémentaires sont utilisés dans des films minces mixtes, le FRET est observé. La nature radiative ou non-radiative du processus de transfert d'énergie a été confirmée par des mesures de déclin de fluorescence.

[EN] Fiber grating sensors and devices have demonstrated outstanding capabilities in both telecommunications and sensing areas, due to their well-known advantageous characteristics. Therefore, one of the most important motivations lies in the potential of customized fiber gratings to be suitably employed for improving the interrogation process of optical fiber sensors and systems. This Ph.D. dissertation is focused on the study, design, fabrication and performance evaluation of customized fiber Bragg gratings (FBGs) and long period gratings (LPGs) with the double aim to present novel sensing technologies and to enhance the response of existing sensing systems. In this context, a technique based on time-frequency domain analysis has been studied and applied to interrogate different kind of FBGs-based sensors. The distribution of the central wavelength along the sensing structures has been demonstrated, based on a combination of frequency scanning of the interrogating optical pulse and optical time-domain reflectometry (OTDR), allowing the detection of spot events with good performance in terms of measurand resolution. Moreover, different customized FBGs have been interrogated using a technology inspired on the operation principle of microwave photonics (MWP) filters, enabling the detection of spot events using radio-frequency (RF) devices with modest bandwidth. The sensing capability of these technological platforms has been fruitfully employed for implementing a large scale quasi-distributed sensor, based on an array of cascaded FBGs. The potentiality of LPGs as fiber optic sensors has also been investigated in a new fashion, exploiting the potentials of MWP filtering techniques. Besides, a novel approach for simultaneous measurements based on a half-coated LPG has been proposed and demonstrated. Finally, the feasibility of FBGs as selective wavelength filters has been exploited in sensing applications; an alternative approach to improve the response and performance of Brillouin distributed fiber sensors has been studied and validated via experiments. The performance of the reported sensing platforms have been analyzed and evaluated so as to characterize their impact on the fiber sensing field and to ultimately identify the use of the most suitable technology depending on the processing task to be carried out and on the final goal to reach. / [ES] Los sensores y dispositivos en fibra basados en redes de difracción han mostrado excepcionales capacidades en el ámbito de las telecomunicaciones y del sensado, gracias a sus excelentes propiedades. Entre las motivaciones más estimulantes destaca la posibilidad de fabricar redes de difracción ad-hoc para implementar y/o mejorar las prestaciones de los sensores fotónicos. Esta tesis doctoral se ha enfocado en el estudio, diseño, fabricación y evaluación de las prestaciones de redes de difracción de Bragg (FBGs) y de redes de difracción de periodo largo (LPGs) personalizadas con el fin de desarrollar nuevas plataformas de detección y a la vez mejorar la respuesta y las prestaciones de los sensores fotónicos ya existentes. En este contexto, una técnica basada en el análisis tiempofrecuencia se ha estudiado e implementado para la interrogación de sensores en fibra basados en varios tipos y modelos de FBGs. Se ha analizado la distribución de la longitud de onda central a lo largo de la estructura de sensado, gracias a una metodología que conlleva el escaneo en frecuencia del pulso óptico incidente y la técnica conocida como reflectometria óptica en el dominio del tiempo (OTDR). De esta manera se ha llevado a cabo la detección de eventos puntuales, alcanzando muy buenas prestaciones en términos de resolución de la magnitud a medir. Además, se han interrogado varias FBGs a través de una técnica basada en el principio de operación de los filtros de fotónica de microondas (MWP), logrando así la detección de eventos puntuales usando dispositivos de radio-frecuencia (RF) caracterizados por un moderado ancho de banda. La capacidad de sensado de estas plataformas tecnológicas ha sido aprovechada para la realización de un sensor quasi-distribuido de gran alcance, formado por una estructura en cascada de muchas FBGs. Por otro lado, se han puesto a prueba las capacidades de las LPGs como sensores ópticos según un enfoque novedoso; para ello se han aprovechados las potencialidades de los filtros de MWP. Asimismo, se ha estudiado y demostrado un nuevo método para medidas simultáneas de dos parámetros, basado en una LPG parcialmente recubierta por una película polimérica. Finalmente, se ha explotado la viabilidad de las FBGs en cuanto al filtrado selectivo en longitud de onda para aplicaciones de sensado; para ello se ha propuesto un sistema alternativo para la mejora de la respuesta y de las prestaciones de sensores ópticos distribuidos basados en el scattering de Brillouin. En conclusión, se han analizado y evaluado las prestaciones de las plataformas de sensado propuestas para caracterizar su impacto en el ámbito de los sistemas de detección por fibra y además identificar el uso de la tecnología más adecuada dependiendo de la tarea a desarrollar y del objetivo a alcanzar. / [CA] Els sensors i dispositius en fibra basats en xarxes de difracció han mostrat excepcionals capacitats en l'àmbit de les telecomunicacions i del sensat, gràcies a les seus excel¿lents propietats. Entre les motivacions més estimulants destaca la possibilitat de fabricar xarxes de difracció ad-hoc per a implementar i/o millorar les prestacions de sensors fotònics. Esta tesi doctoral s'ha enfocat en l'estudi, disseny, fabricació i avaluació de les prestacions de xarxes de difracció de Bragg (FBGs) i de xarxes de difracció de període llarg (LPGs) personalitzades per tal de desenvolupar noves plataformes de detecció i al mateix temps millorar la resposta i les prestacions dels sensors fotònics ja existents. En este context, una tècnica basada en l'anàlisi temps-freqüència s'ha estudiat i implementat per a la interrogació de sensors en fibra basats en diversos tipus i models de FBGs. S'ha analitzat la distribució de la longitud d'ona central al llarg de l'estructura de sensat, gràcies a una metodologia que comporta l'escaneig en freqüència del pols òptic incident i la tècnica coneguda com reflectometria òptica en el domini del temps (OTDR). D'esta manera s'ha dut a terme la detecció d'esdeveniments puntuals, aconseguint molt bones prestacions en termes de resolució de la magnitud a mesurar. A més, s'han interrogat diverses FBGs a través d'una tècnica basada en el principi d'operació dels filtres de fotònica de microones (MWP), aconseguint així la detecció d'esdeveniments puntuals utilitzant dispositius de ràdio-freqüència (RF) caracteritzats per un moderat ample de banda. La capacitat de sensat d'aquestes plataformes tecnològiques ha sigut aprofitada per a la realització d'un sensor quasi-distribuït a llarga escala, format per una estructura en cascada de moltes FBGs. D'altra banda, s'han posat a prova les capacitats de les LPGs com a sensors òptics segons un enfocament nou; per a això s'han aprofitat les potencialitats dels filtres de MWP. Així mateix, s'ha estudiat i demostrat un nou mètode per a mesures simultànies de dos paràmetres, basat en una LPG parcialment recoberta per una pel¿lícula polimèrica. Finalment, s'ha explotat la viabilitat de les FBGs pel que fa al filtrat selectiu en longitud d'ona per a aplicacions de sensat; per això s'ha proposat un sistema alternatiu per a la millora de la resposta i de les prestacions de sensors òptics distribuïts basats en el scattering de Brillouin. S'han analitzat i avaluat les prestacions de les plataformes de sensat propostes per a caracteritzar el seu impacte en l'àmbit dels sistemes de detecció per fibra i a més identificar l'ús de la tecnologia més adequada depenent de la tasca a desenvolupar i de l'objectiu a assolir. / Ricchiuti, AL. (2016). Design and fabrication of customized fiber gratings to improve the interrogation of optical fiber sensors [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/66343 / TESIS / Premios Extraordinarios de tesis doctorales