Este trabalho apresenta a implementação do sistema de gravação de redes de período longo, através da técnica de incidência lateral de radiação ultravioleta ponto-a-ponto, no Laboratório de Laser da UTFPR. Foram escritas redes em fibras óticas com o uso de um laser de Nd:YAG operando em 266 nm. A evolução espectral das redes foi analisada tanto durante o processo de escrita quanto após o seu término, ao longo de intervalos que variaram de 1 a 595 horas. Essas redes foram submetidas a várias caracterizações com vistas à sua aplicação no sensoriamento de parâmetros físico-químicos. Na avaliação da sensibilidade ao índice de refração do meio externo às redes, foram utilizados fluidos com índices de refração entre 1,0000 e 1,4315. Registraram-se alterações na sensibilidade térmica de valores negativos para positivos, para variações de temperatura de até 24°C, com mudanças de comportamentos lineares para não lineares, dependendo do índice de refração do meio. No ensaio para caracterização da resposta às deformações longitudinais a rede analisada demonstrou-se pouco sensível, com um valor obtido de sensibilidade de -0,19 ± 0,15 pm/µe na faixa de 0 a 125 µe. Foram feitos testes da caracterização térmica desses dispositivos, utilizando um elemento Peltier e um forno de laboratório. Com o uso do elemento Peltier as redes de período longo passaram por ciclos de aquecimento e resfriamento compreendidos entre -1,5°C e 61,1°C. Já no forno de laboratório, as redes chegaram a ser submetidas a temperaturas que variaram de 25°C a 1200°C sem serem completamente apagadas. Uma das questões experimentais mais determinantes foi a investigação da estabilização térmica das redes. Para tanto foram testados e comparados dois diferentes processos de estabilização. O primeiro consistiu em submeter a rede a ciclos de recozimento seguidos de resfriamento lento e o segundo a ciclos de recozimento seguidos de resfriamento brusco, nos quais a máxima temperatura atingida pelas redes foi de 425°C. O segundo método demonstrou-se mais eficaz para o propósito de estabilização térmica. A rede estabilizada mostrou uma sensibilizada térmica não linear que variou de -0,044 nm/°C quando aquecida de 20°C a 300°C. Em função das características assimétricas inerentes ao processo empregado para escrita das redes, foram realizados ensaios para verificar a viabilidade da utilização desses dispositivos como transdutores para medição de curvatura em diferentes direções, com emprego de redes neurais artificiais para análise desses dados. / This work shows the implementation of a writing system for long-period gratings production, by using a side point-by-point ilumination with ultraviolet light, at Laser Laboratory in UTFPR. Gratings were written in optical fibers with a Nd: YAG laser operating at 266 nm. The spectral evolution of gratings was analyzed both during and after the writing process, along time intervals from 1 to 595 hours. The gratings were submitted to several characterizations aiming its application in physicochemical parameters sensing. For the assessment of gratings sensitivity to the external medium refractive index, fluid samples with refractice indices ranging from 1,0000 to 1.4315 were used. Changes of thermal sensitivity from negative do positive values were quantified, for temperature variations up to 24°C, with behaviours transitioning from linear to nonlinear, depending on the refractive index of external medium. For the studies of sensitivities of longitudinal strain, the analyzed grating showed a low sensitivity value of -0,19±0,15 pm/µe in the range between 0 to 125 µe. A thermal characterization of the produced devices was carried out with a thermo element Peltier and with a laboratory furnace. For the Peltier the gratings were submitted to thermal cycles from -1,5°C to 61.1°C. For the furnace the gratings were exposed to temperatures between 25°C a 1200°C without completely erased. An experimental issue was the investigation about the thermal stabilization of gratings. Two different processes to reach the thermal stabilization were studied: annealing and quenching. The former consisted of annealing cycles with slow cooling whereas the later comprised of thermal cycles with sudden cooling from a maximum temperature of 425°C, the second one revealing to be more efficient to reach the thermal stabilization. The stabilized grating showed a non-linear thermal sensitivity ranging from -0,044 nm/°C within the temperature range from 20°C to 300°C. Owing to the inherent asymmetric characteristics of the process employed to record the gratings, the viability of using such devices as transducers for curvature sensing in different directions was studied, employing artificial neural networks to analyze the data.

Este trabalho apresenta a implementação do sistema de gravação de redes de período longo, através da técnica de incidência lateral de radiação ultravioleta ponto-a-ponto, no Laboratório de Laser da UTFPR. Foram escritas redes em fibras óticas com o uso de um laser de Nd:YAG operando em 266 nm. A evolução espectral das redes foi analisada tanto durante o processo de escrita quanto após o seu término, ao longo de intervalos que variaram de 1 a 595 horas. Essas redes foram submetidas a várias caracterizações com vistas à sua aplicação no sensoriamento de parâmetros físico-químicos. Na avaliação da sensibilidade ao índice de refração do meio externo às redes, foram utilizados fluidos com índices de refração entre 1,0000 e 1,4315. Registraram-se alterações na sensibilidade térmica de valores negativos para positivos, para variações de temperatura de até 24°C, com mudanças de comportamentos lineares para não lineares, dependendo do índice de refração do meio. No ensaio para caracterização da resposta às deformações longitudinais a rede analisada demonstrou-se pouco sensível, com um valor obtido de sensibilidade de -0,19 ± 0,15 pm/µe na faixa de 0 a 125 µe. Foram feitos testes da caracterização térmica desses dispositivos, utilizando um elemento Peltier e um forno de laboratório. Com o uso do elemento Peltier as redes de período longo passaram por ciclos de aquecimento e resfriamento compreendidos entre -1,5°C e 61,1°C. Já no forno de laboratório, as redes chegaram a ser submetidas a temperaturas que variaram de 25°C a 1200°C sem serem completamente apagadas. Uma das questões experimentais mais determinantes foi a investigação da estabilização térmica das redes. Para tanto foram testados e comparados dois diferentes processos de estabilização. O primeiro consistiu em submeter a rede a ciclos de recozimento seguidos de resfriamento lento e o segundo a ciclos de recozimento seguidos de resfriamento brusco, nos quais a máxima temperatura atingida pelas redes foi de 425°C. O segundo método demonstrou-se mais eficaz para o propósito de estabilização térmica. A rede estabilizada mostrou uma sensibilizada térmica não linear que variou de -0,044 nm/°C quando aquecida de 20°C a 300°C. Em função das características assimétricas inerentes ao processo empregado para escrita das redes, foram realizados ensaios para verificar a viabilidade da utilização desses dispositivos como transdutores para medição de curvatura em diferentes direções, com emprego de redes neurais artificiais para análise desses dados. / This work shows the implementation of a writing system for long-period gratings production, by using a side point-by-point ilumination with ultraviolet light, at Laser Laboratory in UTFPR. Gratings were written in optical fibers with a Nd: YAG laser operating at 266 nm. The spectral evolution of gratings was analyzed both during and after the writing process, along time intervals from 1 to 595 hours. The gratings were submitted to several characterizations aiming its application in physicochemical parameters sensing. For the assessment of gratings sensitivity to the external medium refractive index, fluid samples with refractice indices ranging from 1,0000 to 1.4315 were used. Changes of thermal sensitivity from negative do positive values were quantified, for temperature variations up to 24°C, with behaviours transitioning from linear to nonlinear, depending on the refractive index of external medium. For the studies of sensitivities of longitudinal strain, the analyzed grating showed a low sensitivity value of -0,19±0,15 pm/µe in the range between 0 to 125 µe. A thermal characterization of the produced devices was carried out with a thermo element Peltier and with a laboratory furnace. For the Peltier the gratings were submitted to thermal cycles from -1,5°C to 61.1°C. For the furnace the gratings were exposed to temperatures between 25°C a 1200°C without completely erased. An experimental issue was the investigation about the thermal stabilization of gratings. Two different processes to reach the thermal stabilization were studied: annealing and quenching. The former consisted of annealing cycles with slow cooling whereas the later comprised of thermal cycles with sudden cooling from a maximum temperature of 425°C, the second one revealing to be more efficient to reach the thermal stabilization. The stabilized grating showed a non-linear thermal sensitivity ranging from -0,044 nm/°C within the temperature range from 20°C to 300°C. Owing to the inherent asymmetric characteristics of the process employed to record the gratings, the viability of using such devices as transducers for curvature sensing in different directions was studied, employing artificial neural networks to analyze the data.

Made available in DSpace on 2016-12-12T20:27:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Renan Sebem.pdf: 14781648 bytes, checksum: 1c30002408823e0116831038c8c98e8c (MD5) Previous issue date: 2015-09-21 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This work explores the potential and shows the implementation of the long period gratings as refractive index sensors. It is proposed a sensor design where the refractive index sensitivity is improved. The design includes the use of the sensor with simple and low cost interrogation. Several manufacturing parameters are investigated and the process is enhanced to meet the design specifications, and also to obtain repeatability in the process. New ideas were proposed to manufacture tilted gratings and to control the index modulation duty cycle in a practical way with inexpensive equipment. The inscription of the fiber sensor is made by CO2 laser, point to point, with a uniform index modulation. The gratings were interrogated by an optical spectrum analyzer and also by edge filter demodulation in the 1550 nm region through an electronic board, developed in this work with automatic normalization of the signal. Results show that the refractive index sensitivity is influenced by several design and manufacturing parameters of the fiber grating. Performed experiments show a considerable increase in the refractive index sensitivity of the grating. / Este trabalho explora o potencial e demonstra a implementação das redes de período longo em fibra como sensores de índice de refração. É proposto um projeto do sensor em que a sensibilidade ao índice de refração é aperfeiçoada. O projeto contempla a utilização do sensor com interrogação de maneira simples e de baixo custo. Diversos parâmetros de fabricação são investigados e o processo é aprimorado para atingir as especificações de projeto, e também a fim da obtenção de repetibilidade no processo. Novas ideias foram propostas para fabricação de redes inclinadas e para o controle do duty cycle da modulação de índice da rede de maneira prática com equipamentos de baixo custo. A fabricação do sensor em fibra é feita através de laser de CO2, ponto a ponto, e com modulação de índice uniforme. As redes foram interrogadas através de analisador de espectro óptico e também por demodulação de borda de filtro na região de 1550 nm através de uma placa eletrônica, desenvolvida neste trabalho com normalização automática do sinal. Resultados mostram que a sensibilidade ao índice de refração é influenciada por alguns parâmetros de projeto e fabricação da rede em fibra. Experimentos realizados mostraram um aumento considerável na sensibilidade da rede ao índice de refração.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2017-10-02T19:31:50Z No. of bitstreams: 1 felipedesouzadelgado.pdf: 2621698 bytes, checksum: f2d2c40acc8fdf80a70c9f39aabc0cc9 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2017-10-09T19:46:37Z (GMT) No. of bitstreams: 1 felipedesouzadelgado.pdf: 2621698 bytes, checksum: f2d2c40acc8fdf80a70c9f39aabc0cc9 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-10-09T19:46:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 felipedesouzadelgado.pdf: 2621698 bytes, checksum: f2d2c40acc8fdf80a70c9f39aabc0cc9 (MD5) Previous issue date: 2017-08-24 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Esta dissertação apresenta a produção de redes de período longo em fibras ópticas por descargas de arcos elétricos e o seu uso em aplicações de sensoriamento de corrente em veículos aéreos não tripulados. Os aspectos teóricos fundamentais para o entendimento das redes de período longo são apresentados. Além disso, discutiu-se os diferentes tipos de acoplamentos de energia que podem ocorrer em uma rede de período longo e também, os mecanismos responsáveis pela formação dessas redes produzidas por descargas de arco elétrico. A fabricação de redes de período longo utilizando a técnica de arco elétrico foi descrita e o comportamento da perda dependente da polarização das redes produzidas foi investigado. Além disso, é apresentado um novo método para a produção de redes de período longo com perda dependente da polarização reduzida. Constatou-se que por meio de alterações no ângulo de incidência das descargas elétricas na fibra óptica em relação à um ponto de referência, é possível promediar os efeitos induzidos pontualmente por cada descarga de arco elétrico e assim, reduzir a perda dependente da polarização intrínseca dessas redes. Por fim, é apresentada a aplicação de uma rede produzida por arco elétrico combinada a um ímã de neodímio, compondo um novo dispositivo de sensoriamento para medir a corrente elétrica exigida pelos motores elétricos de um veículo aéreo não tripulado. / This dissertation presents the fabrication of long-period fiber gratings through electric arc discharges and their application in current sensing in unmanned aerial vehicles. The theoretical aspects of long-period gratings are presented. Besides, we discussed the different types of coupling that could occur in a long-period fiber grating, as well as the mechanisms responsible for the formation of the gratings produced by electric arc discharges. The manufacture process of the long-period gratings using the electric arc technique was described and the behavior of the polarization dependent loss of these gratings was investigated. In addition, a new method for the production of long period gratings with reduced polarization dependent loss is introduced. It has been found that by changing the incidence angle of the electric discharges in the optical fiber in relation to a reference point, it is possible to average the effects induced by each electric arc discharge and, therefore, reducing the intrinsic polarization dependent loss of these gratings. Finally, the application of a grating produced by electric arc combined with a neodymium permanent magnet is presented. This combination allows us to measure the electric current required by a motor of an unmanned aerial vehicle.