Orientador: Jose Antonio Siqueira Dias / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-24T00:41:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pfrimer_FelipeWalterDafico_D.pdf: 3374919 bytes, checksum: aa34af0e6bc2013297d4bd53c2901a20 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: O crescente interesse na utilização de Grades de Bragg (FBG) em sistemas sensores pode ser explicado por algumas de suas características, que são: imunidade à interferência eletromagnética (EMI), isolamento elétrico, baixo peso, flexibilidade, e transmissão de informações a longa distância. Este trabalho apresenta uma nova técnica de interrogação capaz de medir a temperatura de uma rede de sensores de grades de Bragg em fibras ópticas, onde um circuito eletrônico realiza rotinas de controle possibilitando a implementação de uma realimentação óptica. O esquema optoeletrônico empregado é capaz de realizar a interrogação de todos os sensores da rede de maneira quase instantânea, além de permitir que novos sensores possam ser facilmente acrescentados. Um protótipo contendo dois sensores foi construído e testado para validar a técnica obtendo-se uma alta resolução de ± 1 mºC na medida de temperatura em uma faixa de 72ºC / Abstract: The increasing interest in the use of fiber Bragg gratings (FBG) in sensing systems can be explained by some of its features, which are immunity to electromagnetic interference (EMI), electrical insulation, low weight, flexibility, and long distance data transmission capability. This work presents a new interrogation technique capable of measuring temperature of Bragg gratings sensor networks in optical fibers, where an electronic circuit, capable to perform control routines, allows the implementation of an optical feedback. The optoelectronic scheme used is capable of performing the interrogation of all the sensors of the network almost instantly, and allows new sensors to be easily added. A prototype containing two channels was built and tested to validate the technique achieving a high resolution of ± 1 mºC in temperature measurements in a range of 72º C. / Doutorado / Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica / Doutor em Engenharia Elétrica

This thesis contributes to the realisation of plasmonic lasers based on plasmon polariton Bragg gratings. The scope of this thesis is twofold. In the first section, entitled Passive plasmonic Bragg grating characterization, the results of the testing and characterization of a new design of plasmonic Bragg gratings in the near-infrared are presented. The reflection and transmission responses expected from plasmon-polariton Bragg gratings (PPBGs) are treated theoretically using the transfer matrix method (TMM) and the numerical model is validated experimentally. The experimental setup and procedures are then described in detail. Results show that the near-infrared plasmon polariton Bragg gratings possess a Bragg reflection at a wavelength close to the Bragg wavelength predicted by TMM. In the second section, Gain optimisation and bleaching of IR-140 doped PMMA, an in-depth analysis of the gain medium (IR-140 dye doped poly(methyl methacrylate) better known as PMMA) is performed. This gain medium was selected as a gain layer for active plasmonic gratings and distributed feedback lasers designed by a colleague Ph.D. candidate. The optimized molecular weight of IR-140 in PMMA was found to be 0.9% to obtain a material gain of 81 cm-1.

Au fil des années, les performances des capteurs à fibre optique ont largement dépassé celles des capteurs électriques traditionnels, et ce principalement grâce à la technologie des réseaux de Bragg à fibre optique (FBG). Ils sont d'ailleurs utilisés dans de nombreux domaines notamment l'aérospatial, la robotique et le médical. En considérant l'énorme demande pour les capteurs quasi-distribués à fibre optique, il est évident que la productivité de fabrication de ces composants photoniques devra être augmentée. Malheureusement, les techniques d'inscription de FBGs présentement utilisées par l'industrie basées sur l'utilisation d'un laser ultraviolet sont coûteuses et peu productives. Or, la technique utilisée dans les laboratoires du COPL depuis quelques années est beaucoup plus robuste : l'utilisation d'un laser femtoseconde à 800 nm permet d'inscrire des FBGs au travers du revêtement de la fibre sans l'endommager. Dans le but d'augmenter la productivité de fabrication des capteurs quasi-distribués, d'en réduire le coût de fabrication et d'en augmenter la fiabilité, un montage d'inscription de FBGs automatisé utilisant cette technique a été développé dans le cadre de cette maîtrise. Celui-ci a permis non seulement de développer des capteurs dans des fibres à simple cœur, mais aussi dans des fibres multicœurs. Ce type de capteurs, contrairement à sa version plus simple, permet de mesurer l'amplitude des contraintes appliquées au capteur, mais également leur direction. Le montage d'inscription est composé de plusieurs systèmes, soit un système d'inscription, de déroulement de la fibre, de rotation, d'imagerie et de marquage. Les nombreux ajouts et améliorations qui leur ont été faits au cours du projet ont permis d'optimiser le montage pour l'inscription automatisée de capteurs à fibre optique multicœur. Ainsi, la fiabilité des capteurs a pu être améliorée et leur temps d'inscription a pu être diminué de 2.4 fois. / Over the years, the performances of fiber optic sensors have largely surpassed those of traditional electrical sensors, mainly due to the technology of fiber Bragg gratings (FBGs). They are used in many fields such as aerospace, robotics and medical. Considering the huge demand for fiber optic quasi-distributed sensors, it is obvious that the manufacturing productivity of these photonic components will have to be increased. Unfortunately, the FBG inscription techniques currently used by the industry based on the use of an ultraviolet laser are costly and not very productive. However, the technique used in the COPL laboratories for the past few years is much more robust: the use of a femtosecond laser at 800 nm makes it possible to inscribe FBGs through the fiber coating without damaging it. In order to increase the manufacturing productivity of the quasi-distributed sensors, to reduce their manufacturing cost and to increase their reliability, an automated FBGs inscription assembly using this technique was developed within the framework of this master's degree. This allowed the development of sensors not only in single core fibers, but also in multicore fibers. This type of sensors, contrary to its simpler version, allows to measure the amplitude of the stresses applied to the sensor, but also their direction. The inscription assembly is composed of several systems: inscription, fiber unwinding, rotation, imaging and marking. The numerous additions and improvements made to them during the project have allowed the assembly to be optimized for the automated development of multicore fiber optic sensors. Thus, the reliability of the sensors has been improved and their fabrication time has been reduced by 2.4 times.

Die vorliegende Arbeit beschreibt die Entwicklung eines Drucksensorkatheters auf Basis von Faser-Bragg-Gittern. Dazu werden der medizinische Hintergrund aus technischer Sicht strukturiert dargelegt und bereits verfügbare Messmethoden für Manometrieuntersuchungen erörtert. Der Stand der Technik bei Faser-Bragg-Gitter basierten Sensoren und deren Auswertegeräten wird im Zusammenhang mit den aus dem medizinischen Hintergrund und dem Vergleich mit den anderen Messmethoden erwachsenden Anforderungen dargestellt. Die Entwicklung eines zweistufigen für die Herstellung mittels Koextrusion geeigneten Mantels für die optischen Fasern wird beschrieben. Mehrere Funktionsmuster für einen Drucksensorkatheter werden experimentell charakterisiert und die Ergebnisse hinsichtlich der Medizineignung bewertet.

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M.Phil. (Electrical and Electronic Engineering) / A numerical model of an Erbium-Ytterbium co-doped distributed feedback (DFB) fiber laser is developed. The DFB fiber laser is a short length fiber laser whose feedback is distributed throughout the cavity. Its main advantage is its single longitudinal mode operation. The amplifying medium of a DFB fiber laser is a few centimetres long rare earth doped fiber. The feedback is obtained by a fibre Bragg grating printed in the core of the rare earth doped fiber. This type of laser emits naturally in two longitudinal modes. To obtain the single longitudinal mode operation, a π phase shift is introduced in the middle of the grating. Erbium doped DFB fiber lasers present the advantage of emitting single frequency light in the 1550 nm region where telecommunication fibers present the minimum loss. However due to the relatively short length of the gain medium, the number of available Erbium ions is small; as a result pump power absorption is low and the efficiency of the fiber laser is strongly reduced. The straightforward solution to this problem could be increasing the concentration of Erbium ions. This solution however has the disadvantage of increasing the Erbium ions interactions, thus leading to detrimental effect like cooperative upconversion and excited state absorption, which in term reduce considerably the laser efficiency. The best solution is to use Ytterbium ions as sensitizers along with Erbium ions to enhance the pump absorption, hence the efficiency of the laser. A model of the DFB fiber laser is an indispensable tool for its design, because it allows one to predict characteristic behaviour that would be both difficult and costly to deduce in laboratory conditions. The model developed in this project is based on rate equations of the Er3+-Yb3+ gain medium and coupled mode equations describing the laser field propagation in the fibre Bragg grating structure. The equations are solved using a quasi-analytical iterative method along with transfer matrix method with appropriate boundary conditions. The quasianalytical method used in this thesis is more robust than numerical solutions because it does not require providing an initial guess on the solution. Furthermore this method is hundreds time faster than the exact numerical solution while giving almost similar results.

L'objectif de cette étude est l'évaluation des potentialités de la nanophotonique à fort contraste d'indice pour la réalisation de deux fonctions optoélectroniques hyperfréquences : une fonction retard variable et un interrupteur tout optique ultrarapide. Nous proposons l'utilisation de nanofils d'InP insérés dans une matrice de faible indice optique en benzocyclobutène par report de substrat. Cette structure bénéficie des propriétés des matériaux III-V pour la réalisation de fonctions actives. La réalisation d'une telle structure passe par l'optimisation d'un procédé technologique de haute résolution, pour palier la forte sensibilité des nanofils à toute variation de taille. La qualité de la technologie employée a été démontrée par la caractérisation optique de nos structures, avec la mise en évidence de pertes de propagation inférieures à 10 dB/cm et d'une réduction importante des pertes de couplage. Les caractéristiques ainsi obtenues font des nanofils d'InP dans le BCB une structure de qualité pour la réalisation de fonctions actives et nous permettent d'étudier les phénomènes physiques à l'origine des fonctions envisagées. Ainsi, la faisabilité de réseaux de Bragg sur nanofil d'InP dans le BCB a pu être mise en évidence et leur potentialité pour la création de retards hyperfréquences liés au phénomène de lumière lente a été évaluée à environ 1 ns pour des réseaux de 1 mm de long. Par ailleurs, le phénomène de saturation d'absorption a également été démontré et permettra la création d'un interrupteur tout optique. En outre, des pistes ont été proposées pour assurer le caractère ultrarapide et en diminuer la puissance de commande / This work gives an insight into the possible application of high index contrast based nanophotonics to process microwave - photonic functions such as a tunable time delay and an all-optical ultrafast switch. InP embedded in a low optical index matrix (benzocyclobutene) by wafer bonding is considered for this purpose to take benefit of III-V material electro-optical properties. High resolution technological process is required due to the high sensitivity of the nanowires to any change in their size. The optical characterisation proved the quality of the process, through the highlighting of state-of-the-art propagation los (less than 10 dB/cm) and strong decrease of coupling loss. Such good propagation characteristics allow us to use the InP/BCB nanowires as a first step for active functions and to study physical phenomena they are based on. So, Bragg gratings on InP/BCB nanowires were processed and characterized successfully. Slow light phenomenon at the band edge of such structures should allow 1 ns microwave delay for a 1 mm long grating. ln addition, absorption-saturation was demonstrated opening the way to an all-optical switch. Furthermore, propositions are made towards ultrafast and low power devices.

Tese de mestrado integrado. Engenharia Electrotécnica e de Computadores - Major Telecomunicações. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2008

Tese de doutoramento. Engenharia Civil. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2011

Depuis quelques années, le besoin de systèmes de communications plus rapides et plus sures se fait sentir. Le partage entre utilisateurs de la très grande bande passante des fibres optiques nécessite des techniques d'accès adaptées. Afin de répondre à ces besoins, un certain nombre de techniques de multiplexage, dont le CDMA, ont été développées. Cette technique d'accès multiple est déjà largement utilisée dans les systèmes de communications radio-mobiles, que ce soit dans les normes américaines (IS 95), japonaises ou, plus récemment, européenne (UMTS). Ce rapport de thèse traite du DS-CDMA appliqué aux communications optiques. Le premier chapitre permet une mise en contexte et décrit le fonctionnement des techniques de multiplexage utilisées dans les systèmes radiofréquences et les systèmes de transmissions optiques. Le second chapitre présentes les différents types de code utilisés dans les systèmes CDMA. Les codes bipolaires associés aux systèmes radiofréquences sont définis et une présentation des codes optiques est effectuée. Les caractéristiques et contraintes que doivent respecter ces codes optiques, pour être utilisable dans une liaison DS-CDMA optique, sont données. Dans le troisième chapitre, la transmission de signaux CDMA sur un canal optique, passif ou amplifié est abordée et les configurations de décodage électrique et optique, ainsi que les performances du système optique dans ces différentes configurations sont étudies La dernière partie de notre étude concernera l'utilisation de codeurs / décodeurs à réseaux de Bragg dans un système CDMA optique. Des simulations et des montages expérimentaux permettront d'étudier la faisabilité d'une telle implémentation.