First two chapters of this paper deals with the division of optical fiber sensors, digital signal processing and includes price comparison of four experimental sensors. In chapter three analysis, description and evaluation of measurment has been demonstrated on Mach - Zehnder interferometer. Last chapter is about application for signal analysis from vibration sensors. Description contains snippets from source code and graphical user interface. This paper includes three fields - fiber optics, digital signal processing and creation of application - and thanks to them it provides solid basis for study of optic fiber sensors.

The subject of this master‘s thesis is the issue of design of fiber optic sensor for min/max and continuous measurement of liquid level, which could be used for laboratory measurement of optoelectronics. The thesis is divided into the three parts, the first part deals with methods of retrieval level measurement using fiber optic sensors. The second part is made of plant design of optical fiber sensors, it is shown the implementation of measuring devices for liquid level measurement and measured transfer characteristics of the sensors developed. The last part is proposed for laboratory typing tasks using established preparation for teaching in the subject Optoelectronic sensors.

[pt] No presente trabalho, demonstramos o uso de fibras de cristais fotônicos (PCF) em diferentes configurações para sensoriamento. Investigamos o uso de fibras PCF com alta birrefringência para sensoriamento de pressão hidrostática e deformação, explorando a baixa dependência térmica. Onde a interferência entre os modos que se propagam em uma fibra birrefringente é analisada. Monitoramos o deslocamento do padrão de interferência do espectro de reflexão, com a variação da pressão ou deformação aplicada à fibra. Demonstramos uma técnica de criar cavidades Fabry-Perot dentro de uma fibra óptica, bem como uma técnica para controlar seu comprimento, e consequentemente, o período das franjas no padrão de interferência no espectro de reflexão. O interferômetro Fabry-Perot (FPI) investigado, possuí um altíssimo contraste nas franjas do padrão de interferência, acima dos 30 dB, sendo no momento, o recorde para o valor do contraste das franjas para FPI silica-ar. O dispositivo foi investigado quanto à resposta a deformação. Um robusto encapsulamento foi feito, possibilitando investigar a resposta do dispositivo à vibração externa. Um estudo da relação da sensibilidade com o comprimento do FPI é também investigado. Construímos um outro interferômetro a partir de um pedaço de fibra PCF e de duas regiões de colapso de suas micro-estruturas. Estas regiões permitem a excitação e recombinação dos modos da fibra. Um dos modos que participa da interferência, é o modo de casca da fibra PCF, o qual é sensível a mudança de índice de refração do meio. O dispositivo apresenta contraste acima dos 40 dB, e é investigado quanto à resposta as mudanças de índices de refração do meio externo em contato com a fibra. Com a mesma montagem, funcionalizamos um pedaço de 2,0 cm de PCF para monitoramento de respiração humana. A partir disso, desenvolvemos um dispositivo capaz de monitorar a respiração do ser humano. / [en] In this work, we have demonstrated the use of Photonic Crystal Fiber (PCF), in different configurations, for sensing applications. The high birefringence and low temperature dependence characteristics of the PCF were explored for sensing hydrostatic pressure and deformation in a reflection configuration. Sensing was based on the analysis of the interference patterns between the modes that propagate in the birefringent fiber under the variation of pressure and deformation applied to the fiber. We have also demonstrated a technique to manufacture a Fabry-Perot Interferometer (FPI) cavity within an optical fiber with control of the cavity length and thus the control of the period of the fringes in the interference pattern. The Fabry-Perot Interferometer investigated presented a very high fringe contrast, above 30 dB, and showed a record value of the contrast of the fringes for FPI silica-air. The FPI device integrated within the fiber was tested as a strain sensor and also as a device to monitor vibration. A study of the relative sensitivity of the length of the FPI was also investigated. Another interferometer was built from a piece of standard fiber and a PCF with two regions of collapsed microstructures. These regions allowed the excitation and recombination of the fiber modes. This device was tested as a refractive index sensor, presenting a fringe contrast above 40 dB. An application of this device was the development of a humid sensor to monitor human breathing.

Orientadores: Cristiano Monteiro de Barros Cordeiro, Marcos Antonio Ruggieri Franco / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-22T12:56:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 PinillaPachon_EdwinGerman_M.pdf: 12541930 bytes, checksum: 74a0367c344ded9c8891d11280568b6b (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Nesta dissertação se estudou por simulação numérica o efeito de interferência multimodal (MMI, do inglês "multimode interference") em guias de onda, com atenção especial a fibras ópticas, e a resposta óptica do dispositivo MMI a parâmetros externos como temperatura, curvatura e índice de refração. Dispositivos baseados em MMI são formados, em geral, por três guias de onda concatenados sendo as extremidades compostas de guias monomodo e a parte central composta de um guia que permite a propagação de muitos modos, tipicamente, mais do que três. Nesta situação, na seção multimodo, são formadas reimagens que aproximadamente replicam fase e amplitude do campo óptico de entrada. A observação do espectro de transmissão correspondente à primeira reimagem, em dispositivos MMI, permite desenvolver sensores de índice de refração, temperatura e curvatura. A sensibilidade dos sensores foi avaliada frente às variações do mensurando, ou seja, variações no índice de refração, temperatura e curvatura da estrutura MMI em fibra óptica. / Abstract: In this work the effect of multimodal interference (MMI) in waveguides was studied by numerical simulation. Special attention was given to optical fibers and its the optical response when external parameters such as temperature, curvature or refractive índex were varied. MMI devices are usually formed by connecting three waveguides being the input and output ones single mode waveguides while the middle one is a waveguide that allows the propagation of many optical modes, typically more than three. In this situation re-images that replicate both the phase and the amplitude of the input optical field are formed periodically within the multimode section. The analysis of the transmission spectrum of the first re-image in MMI devices were realized in order to get information about the fiber environment, in particular the surrounding refractive índex, radius of curvature and temperature. The sensors sensitivity was evaluated. / Mestrado / Física / Mestre em Física

[pt] O presente trabalho aborda o desenvolvimento de sistemas de detecção de gases na região do infravermelho. Conceitos fundamentais sobre a teoria eletromagnética da luz e como o sinal luminoso pode ser absorvido por gases é apresentado na etapa inicial. Em seguida, são apresentados novos métodos de detecção utilizando fibras ópticas através de simulações eletromagnéticas destas fibras e por observações de medições em laboratório. O software utilizado é o Optiwave. Um sistema de interrogação baseado em um laser em anel é desenvolvido para o comprimento de onda em 2000 nm. São aplicados dispositivos ópticos, fibras padrão, fibras micro estruturadas como elementos constituintes de sistemas de detecção de gases. Adicionalmente, um método de detecção coerente homodina e um subsistema capaz de detectar variações do índice de refração até pelo menos a sexta casa decimal são introduzidos, discutidos e propostos como novas técnicas a serem utilizadas na detecção e medição de gases. O desenvolvimento das técnicas aqui propostas tem ainda por finalidade segurança industrial e ambiental, avaliação de riscos de explosões, e no controle de vazamentos, emissões e poluição atmosférica. / [en] This thesis discusses the development of gas detection systems in the infrared region. Fundamental concepts on the electromagnetic theory of light and how the light signal can be absorbed by gases is shown in the initial stage. Then, the possibility of new optical fiber detection methods is presented using electromagnetic simulations and laboratory observations activities. The software used is the Optiwave. A scanning system based on laser ring is designed for the wavelength of 2000 nm. In this step, the study of Bragg gratings is explored. Other systems using optical devices, Micro structured optical fibers, coherent homodyne systems are presented and realized. Besides, a subsystem able to detect at least 10- 6 variations of the refraction index is introduced and evaluated as a gas detection application. All procedures presented can also be activated in industrial security, environment and atmospheric pollution evaluation, gas leakage, and gas blasts risks.

[pt] A comunicação por fibras ópticas utiliza diversos modelos herdados dos sistemas de telecomunicações tradicionais. Recentemente, a necessidade de maior controle sobre o fluxo de dados tem atraído muita atenção para as vantagens da comunicação óptica adaptativa. Num sistema de comunicação adaptativo, o fluxo de dados pode ser alterado em função de variações na qualidade do canal ou simplesmente pela necessidade de racionalizar a utilização dos recursos disponíveis. A interoperação entre redes pressiona pela necessidade de uma rede elástica e a expectativa é que este tipo de rede permita o controle sobre vários níveis da estrutura de comunicação. Nesta tese, a análise deste tema se concentra na camada física da rede óptica, em que a elasticidade pode ser obtida através de diferentes técnicas de modulação e multiplexação. A camada física de uma rede óptica adaptativa deve responder a variações e restrições do meio de transmissão. O consumo de energia, por exemplo, é um requisito cada vez mais presente nos projetos das redes de comunicação e a relevância deste requisito tende a aumentar na medida em que as redes ópticas aumentam sua capilaridade. O principal objetivo desta tese é analisar uma solução de comunicação óptica adaptativa que atenda aos requisitos básicos de uma rede elástica. O sistema de comunicação em análise é baseado em modulações realizadas no espaço de sinais de quatro dimensões, também conhecidas como modulações 4D. A perspectiva adotada privilegia a polarização da portadora óptica. A vantagem em adotar esta perspectiva, reside no fato de que ela permite a construção de modulações multidimensionais utilizando os fibrados de Hopf. Conforme será observado, o uso dos fibrados de Hopf em conjunto com o conceito matemático denominado vértice embutido de politopos, potencializa as soluções de engenharia para o problema da comunicação óptica adaptativa. / [en] Fiber-optic communications use several models inherited from traditional telecommunications systems. Recently, the need to improve the control over the data flow has attracted attention to the advantages of adaptive optical communication. In adaptive systems, the data flow can be altered due to changes in the channel quality or simply to rationalize the use of available resources. Interoperation between networks further presses on the need for an elastic network and the expectation is that this type of network will allow control over various levels of the communication structure. In this thesis, the analysis of this theme focuses on the physical layer of the optical network, where elasticity can be obtained through different modulation and multiplexing techniques. The physical layer of an adaptive optical network must respond to variations and restrictions of the transmission medium. Energy consumption, for example, is a requirement that is increasingly present in communication network projects and the relevance of this requirement tends to increase as optical networks expands in capillarity. The main objective of this thesis is to analyze an adaptive optical communication solution that meets the basic requirements of an elastic network. The communication system under analysis is based on the four-dimensional signal space modulations, also known as 4D modulations. The perspective adopted favors the polarization of the optical carrier. The advantage in adopting this perspective resides in the fact that it allows the construction of multidimensional modulations using Hopf bundles. As will be observed, the use of Hopf bundles in conjunction with the mathematical concept called embedded vertex polytopes, improves the engineering solutions to the problem of adaptive optical communication.