The effects of coupling parameters of active-passive and passive-passive coupling components on the coupling efficiency and signal mixed proportion for polymer optical fiber (POF) communication are investigated. A high sensitivity and easy fabricated POF displacement sensor is proposed by using cycling bending POF. Also, light sources for both Laser diode (LD) and light emitting diode (LED) are employed in this study. Experimental approaches and numerical analysis of rays tracing method and finite element method are performed to investigate the effects of coupling scheme and bent deformation on the optical power attenuation. Experimental results also illustrate the feasibility of using numerical analysis in coupling components and POF displacement sensor design. The effect of V-grooved array¡¦s POF on the coupling efficiency and signal mixed proportion are presented in active-passive components. The results indicate that the effect of the V-groove¡¦s shape and size on the coupling efficiency is very significant for all designed parameters of V-grooved array¡¦s POF. Compared with the parallel V-grooved array, the skew V-grooved array reduces the length of the coupling component and increases the output power between light source and POF. In the Y-branch POF coupler for passive-passive components, both the excess loss and the output power ratio of the Y-branch couplers are very sensitive to the couple angle, the coupling distance and the refractive index of the filling medium between the emitting-end and receiving-end of fibers. The results also show that the proposed model can be used to analyze the coupling efficiencies in the asymmetrical Y-branch or axial symmetrical couplers with acceptable accuracy. In the POF displacement sensor using by cycling bending loss, the results show that the effect of roller¡¦s number, interval and wavelength on light power attenuation is very significant. Based on the experimental data, a linear equation is derived to estimate the relationship between the power loss and the relative displacement. The difference between the estimated results and the experimental results is less than 8%.

Luminescent solar concentrators (LSC’s) are promising candidates for reducing the cost of solar power generation. Conventional LSC’s are slab waveguides coated or doped with luminescence materials for absorption and guiding of light to the slab edges in order to convert optical energy into electricity via attached photovoltaic (PV) cells. Exploiting the advantages of optical fiber production, a fiber LSC (FLSC) is presented in this thesis, in which the waveguide is a polymeric optical fiber. A hybrid fiber structure is proposed for an efficient two-stage concentration of incident light, first into a small doped core using a cylindrical micro-lens that extends along the fiber, and second to the fiber ends by guiding the fluoresced light from the active dopants. Flexible sheets are assembled with fibers that can be bundled and attached to small-area PV cells. Small dimensions and directional guiding of the fibers allow for approximately one order of magnitude geometrical gain improvement over that of existing flat LSC’s. In addition, the undesired limit of LSC size is eliminated in one direction. Modeling and optimization of an FLSC design is presented using polarization-ray tracing under realistic conditions with solar spectrum radiation and broad-band absorption and emission spectra of fluorescence materials with their inevitable self-absorption effect. Methods and results of fabrication and accurate optical characterization of such FLSC using two off-the-shelf organic dyes and a commercially available polymer, COP, are discussed in detail. Fiber preforms, fabricated under optimized conditions for lowlight transport loss, are thermally iv drawn into sub-millimeter-size fibers. Characterization of several samples with various concentrations of the two dyes shows an optical-to-optical conversion efficiency of 9.1% for a tandem combination of two 2.5-cm-long fibers with the efficiency gradually decreasing to 4.9% with increase in fiber length to 10 cm.

Tesis por compendio / [ES] Con el continuo desarrollo de materiales y tecnologías de fabricación durante las últimas tres décadas, la atenuación de la transmisión de las fibras ópticas de polímero (POF) se ha reducido considerablemente. Las POF son ventajosas para las redes domésticas, así como para las interconexiones de almacenamiento, y tienen ventajas significativas para muchas aplicaciones de detección, que incluye el límite alto de tensión elástica, alta resistencia a la fractura, alta flexibilidad en la flexión, alta sensibilidad a la tensión y coeficientes termoópticos negativos. Esta tesis consigue mejorar la tecnología de irradiación con láser para POF e investiga dispositivos especiales basados en redes de difracción en POF para comunicaciones ópticas, microondas, fotónica y detección. En particular, desarrollamos la tecnología de fabricación rápida de FBGs en POF con un estudio detallado y la optimización de los parámetros de fabricación de redes de difracción de Bragg en fibra (FBG). Los resultados más destacados incluyen un FBG uniforme de 8 dB con un solo pulso láser Nd: YAG (26 nsm) (8 ns) basado en fibra dopada con BDK, que es el tiempo más corto presentado hasta ahora para la fabricación de FBGs en POF. La irradiación de fibras ópticas de polímero utilizando diferentes materiales basado en el láser KrF a 248 nm permitió demostrar un mejor rendimiento en comparación con el sistema que emplea el láser He-Cd a 325 nm. Además, se fabricaron FBGs uniformes en POFs de índice escalón dopadas con TS en menos de 1 segundo mediante la repetición de pulsos con baja energía. Finalmente, el estudio de la irradiación UV con pulsos de baja energía para la fabricación de redes de difracción estables permitió ahorrar energía en el proceso de fabricación de FBGs en POF, como uno de los principales requisitos para la producción en masa. Basándonos en la tecnología de fabricación mejorada, nos centramos en la fabricación de redes de difracción con diferentes estructuras: se fabricó un FBG con desplazamiento de fase utilizando dos pulsos de 15 ns a 248 nm KrF superpuestos por el método de Moiré; el primer FBG con chirp sintonizable se logró utilizando un solo pulso corto del láser, que abrió nuevas perspectivas a las aplicaciones basadas en redes de difracción con chirp en POF; también se propuso un nuevo método basado en gradientes térmicos para obtener FBG con chirp en POF basadas en FBG uniformes, y se demostró como la forma más conveniente publicada hasta la fecha para lograr este tipo de FBGs no uniformes en POF; y, finalmente, también se han fabricado redes de difracción de largo período utilizando un proceso de fabricación de corto tiempo, especialmente en comparación con investigaciones anteriores. En la última parte de la tesis, y en base a los dispositivos basados en redes de difracción obtenidos a lo largo de este trabajo, se han propuesto varias aplicaciones . De manera similar a los FBG en fibra de sílice, los FBGs con chirp en POF tienen muchas aplicaciones futuras en las áreas de comunicaciones ópticas y de los sensores. Este documento describe la aplicación de detección de tensión basada en una FBG con chirp sintonizable en POF, su aplicación para detección térmica en sistemas biomédicos; e ilustra el potencial de los dispositivos de dispersión sintonizables en el campo de las comunicaciones ópticas, bien como compensación de dispersión o en fotónica de microondas. / [CA] Amb el continu desenvolupament de materials i tecnologies de fabricació durant les últimes tres dècades, l'atenuació de la transmissió de les fibres òptiques de polímer (POF) s'ha reduït considerablement. Els POF són avantatjosos per a les xarxes domèstiques, així com per a les interconnexions d'emmagatzematge, i tenen avantatges significatius per a moltes aplicacions de detecció, inclosos els límits de tensió elàstica alta, alta resistència a la fractura, alta flexibilitat en la flexió, alta sensibilitat a la tensió i potencials coeficients termoópticos negatius. Aquesta tesi va millorar la tecnologia d'irradiació amb làser per a POF i va investigar dispositius basats en xarxes difracció de Bragg (FBG) especials en POF per a comunicació òptica, microones, fotònica i detecció. En particular, desenvolupem la tecnologia de fabricació ràpida de FBG en POF amb un estudi detallat i l'optimització dels paràmetres per a la seua fabricació. Els punts destacats dels resultats inclouen un FBG uniforme de 8 dB amb un sol pols del làser Nd: YAG (266 nm) (8 ns) basat en fibra dopada amb BDK, que és el temps més curt reportat per a la fabricació de POF FBG. La irradiació de fibres òptiques de polímer utilitzant diferents materials sota el sistema de làser KrF a 248 nm va permetre demostrar un millor rendiment en comparació amb el sistema de làser Kimmon de 325 nm. A més, els FBG uniformes en el POF dopat amb TS d'índex escalonat es van aconseguir amb menys d'1 segon mitjançant la repetició de polsos de control i l'energia baixa de pols. Finalment, l'estudi de la irradiació d'energia de pols per a la fabricació de FBGs estables va permetre estalviar energia en el procés de fabricació de FBGs en POF, com un dels principals objectius de la producció en massa. Basant-nos en la tecnologia de fabricació millorada, ens centrem en la fabricació de diferents estructures de xarxes de difracció: es va fabricar un FBG amb desplaçament de fase utilitzant dos polsos de 15 ns a 248 nm KrF superposats pel mètode de Moiré; el primer FBG amb chirp sintonitzable es va aconseguir utilitzant un sol pols curt de làser, que va obrir les aplicacions basades en FBG amb chirp en POF; també es va proposar un nou mètode amb gradients tèrmics per a obtindre FBG en POF basat en FBG uniformes, i es va demostrar com la forma més convenient publicada fins hui per a aconseguir FBG POF estimulada; i, finalment, també s'han aconseguit xarxes de llarg període utilitzant un procés de fabricació de curt temps, especialment en comparació amb investigacions anteriors. Finalment, sobre la base dels dispositius de xarxes de difracció obtinguts al llarg d'aquest treball, s'han proposat diverses aplicacions potencials en aquesta tesi. De manera similar que per als FBG amb silici, el FBG amb chirp en POF té moltes aplicacions potencials en comunicacions òptiques i a l¿àrea de sensors. Aquest document descriu l'aplicació de detecció de tensió basada en FBG amb chirp sintonitzable en POF; a més, l'aplicació de detecció tèrmica en sistemes biomèdics; i el potencial dels dispositius de dispersió sintonitzables en les comunicacions òptiques, com per eixample a la compensació de dispersió o a la fotònica de microones. / [EN] With the continuing development of material and fabrication technologies over the last three decades, the transmission attenuation of polymer optical fibers (POF) has been greatly decreased. POFs are advantageous for home networks as well as storage interconnections and have significant advantages for many sensing applications, including high elastic strain limits, high fracture toughness, high flexibility in bending, high sensitivity to strain and potential negative thermo-optic coefficients. This thesis improved the laser irradiation technology for POF and investigated special grating devices in POF for optical communication, microware photonics and sensing. In particular, we developed fast POF grating fabrication technology with a detailed study and optimization of the polymer optical fiber Bragg grating (POFBG) fabrication parameters. Highlights of the results include an 8 dB uniform POFBG with one single Nd:YAG (266nm) laser pulse (8 ns) based on BDK doped fiber, which is the shortest time ever reported for POFBG fabrication. The irradiation of polymer optical fibers using different materials under 248 nm KrF laser system allowed to demonstrate a better performance compared with 325 nm Kimmon laser system. Furthermore, uniform FBGs in step-index TS doped POF were achieved with less than 1 second by means of controlling pulse repetition and low pulse energy. Finally, the study of low UV pulse power irradiation for fabricating stable gratings allowed to save energy in the POF grating fabrication process, as one of the main goals for mass production. Based on the improved fabrication technology, we focused on the fabrication of different grating structures: a phase-shifted FBG was fabricated by using two 15 ns 248 nm KrF pulses overlapped by Moiré method; the first tunable chirped FBG was achieved by using a single laser short pulse, which opened the applications based on chirped POF BGs; also a novel thermal annealing method was proposed to obtain chirped POFBGs based on uniform FBGs, and proved as the ever published most convenient way to achieve chirped POFBG; and finally, long period gratings have been also achieved by using a short time fabrication process, specially when compared with previous research. Finally, based on the grating devices obtained throughout this work, several potential applications have been proposed in this thesis. Similarly, to silica chirped FBG, chirped FBG in POF have many potential applications in optical communications and sensing area. This document described the potential strain sensing application based on tunable chirped POFBG; also, the thermal detection application in bio-medical systems; and the potential of tunable dispersion devices in optical communications, i.e., dispersion compensation or microwave photonics. / Min, R. (2019). Polymer optical fiber gratings for microwave photonics and communications application [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/125473 / Compendio

Over the last ten years, the number of laptop computers, personal digital assistants (PDAs) and other mobile terminals has massively increased. This evolution has led to a huge demand of wireless communications, in the purpose of avoiding wires and connectors to supply mobility in various places such as offices, homes, rail stations or airports. To date, this mobility is mainly offered by radiofrequency (RF) communications using Wi-Fi channels, with a maximum bitrate of 300 Mbps. However, new indoor applications such as non-compressed high-definition (HD) video transfer or remote hard-disk backup require much higher bandwidths (> 2Gbps). Such a bitrate can be transmitted using an optical wireless communications OWC system. In this thesis, a new architecture of OWC has been proposed and studied according to the GROWTH criteria (GReen Optical Wireless InTo Home network). This architecture is based on distributed free-space optical pico-cells in each room of the home interconnected by optical fibers and offering bitrates that exceed 1 Gbps. The work is divided into four parts: dimensioning of the systems and the selection of associated opto-electronics technologies, simulation of the hybrid optical channel (fiber optics + free-space) using the VPI Transmission Maker and Matlab softwares, choice of the wavelength and finally the experimental measurements to validate the performance of the system.

En esta tesis doctoral se presenta el diseño, la implementación y la caracterización de sensores en fibra óptica para la monitorización de diversas magnitudes en ambientes adversos. Se entiende como ambientes adversos aquellas condiciones ambientales externas a los sensores que por su naturaleza dificultan el uso y la fiabilidad a largo plazo de los sistemas de monitorización. Existe una gran variedad de ambientes adversos tales como temperaturas extremas, altas presiones, ambientes químicos o ionizantes, vibraciones o impactos mecánicos, entre otros. Este trabajo de tesis, realizado en el Grupo de Comunicaciones Ópticas y Cuánticas (GCOC) del Instituto de Telecomunicaciones y Aplicaciones Multimedia (ITEAM) de la Universitat Politècnica de València así como el trabajo realizado durante la estancia en la School of Engineering and Applied Science de la Aston University, contempla algunos de estos escenarios, por lo que en el diseño e implementación de los sensores ópticos se han empleado distintas tecnologías ópticas, como las redes de difracción de Bragg (FBGs) o los interferómetros ópticos, con el fin de optimizar las prestaciones de los sensores. En primer lugar, se ha realizado un estudio exhaustivo de las redes de difracción de Bragg regeneradas (RFBGs) para la medida de temperaturas extremas, cercanas a los 1300ºC en algunos casos. Este estudio comprende desde el proceso de fabricación de estos dispositivos fotónicos hasta la caracterización como sensores de temperatura y el estudio de la estabilidad térmica a largo plazo. Se ha realizado también un estudio teórico y experimental sobre la multiplexación de interferómetros modales que, por su sensibilidad y robustez, son muy apropiados para su uso en condiciones ambientales adversas. La técnica de multiplexación desarrollada permite multiplexar los interferómetros modales en distintas configuraciones minimizando la interferencia entre ellos. Por último, se muestra la implementación de un sistema de inscripción de FBGs en fibras ópticas de polímeros y el uso de los dispositivos obtenidos para el diseño, la implementación y la caracterización de sensores ópticos para la medida de curvaturas, grandes deformaciones y deformaciones dinámicas. / Barrera Vilar, D. (2013). Diseño, fabricación y caracterización de FBGs e interferómetros en fibra óptica para la monitorización en ambientes adversos [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/33399 / Premios Extraordinarios de tesis doctorales

In this diploma thesis, the reader is familiarized with polymer optical fiber (POF). Firstly is mentioned theoretical background of optical fibers and optical transmission. The following are the basic properties and significant parameters of POF, a more detailed description of each type POF and their essential advantages and disadvantages in comparison with established optical fibers based on glass. The next chapter describes the area of practical issues: working with fibers and fiber installation, as well as the available connectors and methods of measurement of POF. Closely are analyzed knowledge of the practice, including the utilize in the aerospace and automotive industries, as well as in industrial networks, access data networks and local area networks. The practical part includes the measurement of basic transmission and mechanical parameters, including analysis of the results. The conclusion summarizes all the findings and results of this work, including possible future developments.

<p>U ovoj doktorskoj disertaciji je razvijen elektronski senzorski sistem za merenje deformacija pri savijanju pomoću polimernog optičkog vlakna sa osetljivom zonom. Opisana je metoda izrade fiber-optičkog senzora zakrivljenosti pomoću polimernog optičkog vlakna. Izvršena je simulacija ponašanja senzora i urađena je karakterizacija senzora. Ispitana je mogućnost primene elektronskog senzorskog sistema za detekciju savijanja i loma građevinskih struktura. Pomoću istog senzora je realizovan fiber-optički goniometar za merenje ugla savijanja ljudskog kolena koji karakterišu linearni odziv u opsegu uglova od -45&deg; do 25&deg;, rezolucija od 1&deg; i osetljivost od 20 mV/&deg;. U tezi je takođe data metoda eliminacije grešaka koje mogu nastati usled savijanja delova vlakna koji vode do i od osetljive zone.</p> / <p>In this thesis, an electronic system for measurement of bend-induced<br />deformations by using polymer optical fiber with sensitive zone is developed.<br />A method for fabrication of the fiber-optic curvature sensor by using polymer<br />optical fiber is described. The simulation and characterization of the sensor<br />behavior have been conducted. The possibility of application of the proposed<br />electronic system in structural health monitoring for bending and crack<br />detection of civil engineering structures is investigated. Also, a fiber-optic<br />goniometer for human joint movement monitoring characterized by a linear<br />response in the range from -45&deg; to 25&deg;, resolution of 1&deg;, and the sensitivity of<br />20 mV/&deg; is implemented. A method for the elimination of errors which may be<br />caused due to bending of lead-in and lead-out sections of the fiber (leading<br />to and from the sensitive zone) is also described.</p>