Made available in DSpace on 2016-03-15T19:38:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Alexandre Bozolan dos Santos.pdf: 2799601 bytes, checksum: 413a15ac3509d4fa1aa645d287b876c6 (MD5) Previous issue date: 2008-01-22 / Photonic crystal fibers (PCFs) are optical fibers whose core is surrounded by a regular matrix of holes that is responsible for light confinement and guidance. This new architecture opens new perspectives in the development of nonlinear applications, many of which are based upon the high efficiency with which nonlinearity-driven spectral broadening known supercontinuum generation is obtained in solid-core PCFs. Another asset of PCFs is that their structure can be filled with liquids or gases, which then efficiently interact with the guided light. The possibility of obtaining supercontinuum generation in a PCF whose core is filled with highly nonlinear liquids has been recently theoretically studied. The insertion of liquids in PCFs introduces a new degree of freedom with which the efficiency of nonlinear effects can be maximized. This dissertation describes experimental work, in which the generation of a supercontinuum spectrum is demonstrated in a PCF whose hollow core was selectively filled with distilled water. A maximum broadening of 503nm, measured at -20dB, was obtained with femtosecond pulse pumping at λ=976nm. The comparison with spectra obtained with a 800nm pump and with bulk samples demonstrate that both a low dispersion at the pump wavelength and pump guidance are crucial for the broad output spectrum obtained. Numerical simulations and analyses were also undertaken to complement the study. / Fibras de cristal fotônico (PCF s) são fibras ópticas cujo núcleo é cercado por uma matriz regular de buracos, responsável pelo confinamento e guiamento da luz. Esta nova arquitetura abre novas perspectivas no desenvolvimento de aplicações não-lineares, muitas das quais são baseadas na alta eficiência com que o alargamento espectral não-linear conhecido como geração de supercontínuo é obtido em PCF s de núcleo sólido. Outra característica das fibras de cristal fotônico é que sua estrutura pode ser preenchida com líquidos e gases, que então interagem eficientemente com a luz guiada. A possibilidade de se obter a geração de supercontínuo em uma fibra de cristal fotônico cujo núcleo é preenchido com líquidos altamente não-lineares foi teoricamente estudado recentemente. A inserção de líquidos nas PCF s introduz um novo grau de liberdade, aumentando a eficiência com que os efeitos não-lineares podem ser gerados. Esta dissertação descreve um trabalho experimental no qual é demonstrada a geração de supercontínuo em uma PCF cujo núcleo foi preenchido seletivamente com água destilada. Obteve-se um alargamento máximo de 503nm medido, a -20dB, com o bombeio de pulsos de femtossegundos em 976nm. A comparação com o espectro obtido com o bombeio em 800nm e em amostras volumétricas demonstram que tanto a baixa dispersão no comprimento de onda de bombeio quanto o guiamento dos pulsos são cruciais para a obtenção do largo espectro observado. Simulações e análises numéricas foram também realizadas para complementar o estudo.

Made available in DSpace on 2016-03-15T19:38:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Felipe Argemi dos Santos.pdf: 3979637 bytes, checksum: ab98784802d1b41d005dbd7dcc427810 (MD5) Previous issue date: 2010-02-23 / In this work, we introduce photonic crystal fibers and the study of liquid flow within those, by observing changes in the diffraction pattern generated in a a laser beam laterally incident in the fiber. By launching the laser beam perpendicularly onto the side of the photonic crystal fiber, a characteristic diffractive pattern is created by the cladding microstructure, which consists of a matrix of holes that run along the fiber. When the fiber is filled with a liquid with a refractive index close to that of silica, the diffractive pattern is reduced because the microstructure becomes virtually invisible to the laser. The diffraction pattern transition from an empty fiber to a completely filled one is not abrupt, taking place during several seconds. This is because not all the holes of the microstructure are filled at the same time, because they do not have exactly the same radii, and the displacement of the liquid depends on, among other factors, the radius of the structure along which it travels. By observing the diffractive pattern, one can, thus, determine the moment at which the fiber starts to be filled, via the beginning of the pattern change, until filling is complete, corresponding to the moment at which the diffractive pattern is completely changed. To determine the initial and final filling times accurately, and not influenced by the observer s subjective analysis, image processing techniques were used to evaluate the results. Through the times obtained it is possible to determine the largest and the shortest radius. The results of the size of the holes obtained by the time of filling, and the error in relation to the size observed by microscopy, will be presented. Finally, future work for improving the technique will be suggested. / Apresentamos neste trabalho as fibras de cristal fotônico e o estudo da vazão de líquidos no interior destas, pela observação da alteração no padrão de difração gerado pela incidência de um feixe laser pela lateral, a 90º da fibra. A incidência com estas características gera um padrão difrativo característico, graças à microestrutura periódica da casca, consistindo de uma matriz de buracos que percorre toda a fibra longitudinalmente. Quando a fibra é preenchida com um líquido de índice de refração próximo ao da sílica, o padrão difrativo é reduzido, já que a microestrutura se torna praticamente invisível ao laser. A transição da fibra vazia até seu completo preenchimento não ocorre de forma abrupta, mas sim durante alguns segundos. Isso ocorre, pois nem todos os buracos da microestrutura são preenchidos ao mesmo tempo, pois não têm exatamente o mesmo raio, e o deslocamento do líquido depende, além de outros fatores, do raio do estrutura pela qual se desloca. Observando o padrão difrativo, é possível determinar o instante de início do preenchimento da fibra, graças a alterações que este sofre, até seu completo preenchimento, correspondendo ao momento em que o padrão difrativo é completamente alterado. Para determinar os instantes iniciais e finais de preenchimento com mais precisão e não depender de uma análise subjetiva do observador, técnicas de processamento de imagem foram utilizadas. Através dos tempos obtidos é possível determinar o maior e o menor raio dos buracos da microestrutura. Os resultados do tamanho dos buracos obtidos pelos tempos do preenchimento, assim como o erro em relação ao tamanho real observado serão apresentados. Por fim, trabalhos futuros para aperfeiçoamento da técnica são sugeridos.

Made available in DSpace on 2016-03-15T19:37:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Priscila Romagnoli.pdf: 2103605 bytes, checksum: 61f6314f8d7400988a432b7a4793d4be (MD5) Previous issue date: 2013-01-24 / Photonic crystal fibers have been proposed as single-polarization (or polarizing) fibers with important applications being demonstrated, for example, in telecommunications, sensing and georeferencing. Although the vast majority of reported studies have focused on the numerical analysis of the performance of PCFs with specific and unconventional designs, post-processing PCFs also allows for great flexibility in altering the characteristics of guidance. In this work, the structure of a commercial, highly birefringent, PCF, with different holes diameters, has been locally changed using a tapering technique, which reduces the transverse dimensions of the fiber, with the application of pressure in the holes. This process was implemented to create 1-cm-long sections with a 66% reduction in their cross-sectional dimensions, through the application of pressure using two different schemes. It is numerically and experimentally shown that the two resulting structures are polarizing. In the first scheme, the same pressure is applied to all holes, resulting in a polarizing PCF at a wavelength of 633 nm, with an experimentally obtained polarization extinction ratio (PER) of 6.44 dB. In the second scheme, the applied pressure was different for the large and small holes, resulting in a polarizing PCF for the 1510-1590 nm wavelength range, with an experimentally obtained PER of more than 30 dB. Both the simplicity of the method and the resulting PER compares favorably with alternative methods to create polarizing conventional and photonic crystal fibers. / Fibras de cristal fotônico (PCFs, do inglês photonic crystal fibers) vêm sendo propostas como fibras polarizadoras, com importantes aplicações sendo demonstradas, por exemplo, em telecomunicações, sensoriamento e georreferenciamento. Apesar da vasta maioria dos trabalhos reportados analisarem numericamente o desempenho de PCFs com designs específicos e não convencionais, o pós-processamento em PCFs comerciais permite grande flexibilidade na alteração das características de guiamento. Neste trabalho, a estrutura de uma PCF altamente birrefringente comercial, com capilares de diferentes diâmetros, foi alterada localmente utilizando uma técnica de afilamento (tapering), que reduz as dimensões transversais da fibra, com aplicação de pressão nos capilares. Este processo foi implementado para criar seções de 1 ���� de extensão com uma redução nas dimensões transversais de 66%, aplicando-se pressão de duas formas diferentes. Demonstra-se numérica e experimentalmente que as duas estruturas resultantes são polarizadoras. Na primeira forma, aplicou-se uma única pressão em todos os capilares, resultando em uma PCF polarizadora no comprimento de onda de 633 ����, com uma razão de extinção de polarização (PER) experimentalmente obtida de 6,44 ����. Já na segunda forma aplicaram-se pressões diferentes nos capilares grandes e pequenos, o que resultou em uma PCF polarizadora para a faixa de comprimentos de onda que se estende de 1510 ���� a 1590 ����, com uma PER experimentalmente obtida superior a 30 ����. Tanto a simplicidade do método quanto a PER resultante possuem resultados positivos em comparação a métodos alternativos para a produção de fibras convencionais e fibras de cristal fotônico polarizadoras.

Made available in DSpace on 2016-04-18T21:39:46Z (GMT). No. of bitstreams: 3 Jackson Sen Kiat Ong1.pdf: 336586 bytes, checksum: 52b71abae661534b419bd2bda584dc4a (MD5) Jackson Sen Kiat Ong2.pdf: 1278219 bytes, checksum: ec194da3074f4dd751b05ea76d3b09f6 (MD5) Jackson Sen Kiat Ong4.pdf: 1869905 bytes, checksum: e24bb294662a8c0696b7e5fda65c5f7c (MD5) Previous issue date: 2008-01-29 / Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de São Paulo / Photonic Crystal Fibers (PCFs) have led to renewed attention to the fiber optics field due to the several unique properties resulting from their microstructured profile. In particular, this profile enables one to insert liquids and polymers into the fiber so that they efficiently interact with light, which can be used for chemical and biological sensing, nonlinear optics, and the development of active photonic devices. Several applications require selectively inserting the sample into the core of a hollow-core PCF, leaving cladding holes unfilled. This dissertation presents two contributions toward the development of core-filled PCFs. Loss mechanisms in liquid-core PCFs are studied and fluorescence from a quantum-dot-doped polymer-core PCF is demonstrated. Loss studies were motivated by the evaluation of the transmission of light at 633 nm in 5-7 cm long water-core PCF samples the tips of which are cleaved at left in air. It was generally found that transmission was less than 5%, while water attenuation alone would lead to ~98% transmission. Liquid evaporation was found to be an important additional loss mechanism and its rate was determined both through microscopy and optical coherence tomography (OCT) in capillary fibers and PCFs filled with deionized water, ethanol and toluene. Although the evaporation rate in ethanol was found to be higher, for all samples a few hundreds of micrometers at the fiber tips are emptied over minutes. A method to prevent evaporation consisting of sealing the fiber tips with a clear UV curable polymer (NOA 73) was successfully tested. Filling a PCF with active elements can lead to optical amplification and laser action. Researchers at NTT recently observed fluorescence at 609nm from CdSe quantum dots in the core of a 1m long PCF. In this dissertation, the fluorescence emission is described from ~2.2 nm PbS quantum dots was observed with a specified emission peak of 890 nm. The quantum dots were suspended in NOA73 and inserted in the core of 7-9 cm long PCFs of with a hollow core diameter of 10.9 5m. The fiber was pumped by a 2.5 mW He-Ne laser or a 679 nm, 390 mW diode laser and its emission was characterized. A maximum fluorescence power of 2.2 5W and a maximum efficiency of 0.03% were achieved. Varying the quantum dot concentration revealed that lower concentrations lead to higher efficiencies. / Fibras de cristal fotônico (PCFs) têm levado a uma atenção renovada ao campo das fibras ópticas devido às diversas propriedades exclusivas resultantes do seu perfil microestruturado. Em particular, este perfil permite a introdução de líquidos e polímeros na fibra de modo que estes interajam eficientemente com a luz, levando a aplicações em sensoriamento químico e biológico, óptica não-linear, e o desenvolvimento de dispositivos fotônicos ativos. Diversas aplicações requerem a inserção seletiva da amostra no núcleo de uma PCF de núcleo oco, deixando buracos da casca sem preenchimento. Esta dissertação apresenta duas contribuições para o desenvolvimento de PCFs de núcleo preenchido. Os mecanismos de perda em PCFs de núcleo líquido são estudados e a fluorescência de uma PCF de núcleo polimérico dopado com pontos quânticos é demonstrada. Os estudos da perda foram motivados pela análise da transmissão da luz em 633 nm em amostras de 5-7 cm de PCF de núcleo de água cujas pontas eram clivadas e deixadas no ar. Geralmente a transmissão encontrada era menor do que 5%, enquanto que a atenuação da água poderia levar a ~98% de transmissão. Verificou-se que a evaporação do líquido era um mecanismo de perda importante e sua taxa foi determinada através de microscopia e de tomografia por coerência óptica (OCT) em fibras capilares e PCFs preenchidas com água deionizada, etanol e o tolueno. Embora a taxa da evaporação no etanol seja maior, para todas as amostras algumas centenas de micrômetros nas pontas da fibra são esvaziadas em minutos. Um método para impedir a evaporação que consiste em selar as pontas da fibra com um polímero curável por UV (NOA 73) foi testado com sucesso. O preenchimento de uma PCF com elementos ativos pode conduzir a amplificação óptica e ação laser. Pesquisadores da NTT observaram recentemente fluorescência em 609 nm em pontos quânticos de CdSe no núcleo de uma PCF de 1 m de comprimento. Nesta dissertação, a emissão de fluorescência é observada com pontos quânticos de PbS de ~2,2 nm e pico de emissão nominal em 890 nm. Os pontos quânticos foram suspensos em NOA73 e introduzidos no núcleo de PCFs de 7-9 cm de comprimento e núcleo oco de 10,9 5m de diâmetro. A fibra foi bombeada por um laser de He-Ne de 2,5 mW ou um laser de diodo de 679 nm e 390 mW e sua emissão foi caracterizada. Uma fluorescência com potência máxima de 2,2 5W e eficiência máxima de 0,03% foi obtida. Variando a concentração de pontos quânticos observou-se que baixas concentrações levam a eficiências mais elevadas.

Made available in DSpace on 2016-03-15T19:38:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Rafael Euzebio Pereira de Oliveira.pdf: 3969043 bytes, checksum: cfa66f3e9f3a18e9e86b364cd01a2c0a (MD5) Previous issue date: 2010-05-13 / In this dissertation the transmission properties of photonic crystal fibers are assessed under the influence of pressure and temperature for sensing applications. A review is given of the light propagation in conventional optical fibers and the effects of pressure and temperature on the refractive index of silica are studied. Photonic crystals in 1 and 2 dimensions are also studied. Then, microstructured fibers and photonic crystal fibers are addressed and their guidance properties and general applications are shown. A review is made of temperature and pressure sensors based on conventional fibers, Bragg gratings and microstructured and photonic crystal fibers described in the literature. Finally, results are shown and discussed of the experiments with the application of pressure on a hollow-core photonic crystal fiber, for which high-order bandgaps, in the visible spectral region, were identified and characterized for the first time. These bandgaps are shown to be pressure sensitive. Applying external hydrostatic pressure over the fiber, optical transmission variations of a few dB were observed for pressures of hundreds of kgf/cm², while when the fiber holes were internally pressurized a similar variation was achieved for units of kgf/cm². The response of light polarization, and hence of the fiber birefringence, to internal pressure was also analyzed.. In the other part of the experimental work, the temperature-induced bandgap spectral shift of photonic bandgap fibers was characterized. The response of a hollow-core fiber, a hybrid fiber and an all-solid fiber was characterized with bandgap shifts of up to 36 pm/°C in straight fibers. For the all-solid fiber the influence of bending over the bandgaps was characterized, as well as temperature-induced bandgaps shifts under these conditions. For a straight fiber, a simple model for the bandgap shift calculation is presented and showed good agreement with the experimental results. Closing the work, the conclusions are presented. / Nessa dissertação são avaliadas as propriedades de transmissão em fibras de cristal fotônico sob influência da pressão e da temperatura visando aplicações em sensoriamento. Antes é feita uma revisão da propagação da luz em fibras ópticas convencionais e os efeitos da pressão e temperatura sobre o índice de refração da sílica. Também são estudados os cristais fotônicos em 1 e 2 dimensões. Em seguida são estudadas as fibras microestruturadas e de cristal fotônico e são mostradas suas propriedades de guiamento e aplicações gerais. Em seguida é mostrada uma revisão sobre sensores de temperatura e pressão utilizando fibras convencionais, redes de Bragg e fibras de cristal fotônico. Finalmente são mostrados e discutidos os resultados dos experimentos com pressão em uma fibra de cristal fotônico de núcleo oco, para a qual foram identificados, caracterizados e reportados pela primeira vez bandgaps de ordem superior localizados na região visível do espectro, que são sensíveis à pressão. Aplicando-se pressão hidrostática na parte externa da fibra obteve-se variação de alguns dB na transmissão óptica para pressões de centenas de kgf/cm², enquanto que quando a pressão era aplicada no interior dos buracos da fibra obteve-se variação semelhante para unidades de kgf/cm². Também foi analisada a resposta da polarização da luz guiada, e portanto da birrefringência da fibra, à pressão interna. Em outra parte do trabalho experimental foi caracterizada a resposta à temperatura do deslocamento espectral dos bandgaps em fibras de bandgap fotônico. Foram caracterizadas as respostas de uma fibra de núcleo oco, uma fibra híbrida e uma fibra totalmente sólida com deslocamentos de até 36 pm/°C para fibras esticadas. Para a fibra totalmente sólida foi também caracterizada a influência da curvatura da fibra sobre os bandgaps e como o deslocamento devido à temperatura é afetado nessas condições. Para uma fibra esticada é apresentado um modelo para o cálculo aproximado do deslocamento dos bandgaps em função da temperatura obtendo-se resultados satisfatórios com o experimento. Na ultima parte do trabalho são apresentadas as conclusões finais.

Made available in DSpace on 2016-03-15T19:37:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Rodrigo Cesar Ribeiro Miraglia.pdf: 2147088 bytes, checksum: 67087392fe4b03bb24d9a164fd92ceed (MD5) Previous issue date: 2010-08-20 / Fundo Mackenzie de Pesquisa / Sensors based on optical fibers are being increasingly used in hostile environments for measuring pressure, temperature, stress, chemical and biological parameters, etc. These sensors have the advantage of having reduced size and weight, immunity to electromagnetic interference, of being chemically inert, and also allowing the distributed measurement of the respective parameter along the fiber. Microstructured optical fibers have characteristics that are relevant to sensing applications, such as freedom of design of their internal structure obtained by varying the diameter of the holes and the distances between them, among other parameters, which is not applicable in conventional optical fibers. The present work aims to use a microstructured optical fiber as a distributed sensor for hydrostatic pressure, using the POTDR (Polarization Optical Time-Domain Reflectometry) and the OFDR (Optical Frequency-Domain Reflectometry) measurement techniques. The application of hydrostatic pressure on the fiber changes its birefringence and, consequently, the evolution of the states of polarization, which is the parameter monitored by the techniques. By monitoring the changes of these states, it is possible to infer the changes in applied pressure. The study is undertaken via simulations and analysis, both performed in the software MatLab. / Sensores baseados em fibras ópticas vêm sendo cada vez mais utilizados em ambientes hostis para medição de pressão, temperatura, stress, análise química e biológica, etc. Esses sensores têm a vantagem de possuírem tamanho e peso reduzidos, imunidade à interferência eletromagnética, de serem quimicamente inertes, e também permitirem a medição distribuída do parâmetro a ser analisado ao longo da fibra. As fibras ópticas microestruturadas possuem características relevantes na aplicação de sensoriamento, tal como a liberdade de construção de sua estrutura interna variando o diâmetro dos buracos e a distância entre eles, entre outros parâmetros, que não são aplicáveis em fibras ópticas convencionais. Este trabalho tem como objetivo estudar uma fibra óptica microestruturada como sensor distribuído de pressão hidrostática, utilizando as técnicas de medição POTDR (Polarization Optical Time-Domain Reflectometry) e OFDR (Optical Frequency-Domain Reflectometry). A aplicação de pressão hidrostática sobre a fibra altera sua birrefringência e, consequentemente, a evolução do seu estado de polarização, sendo este último o parâmetro monitorado pelas técnicas. Analisando-se a mudança deste estado, pode-se inferir a mudança de pressão aplicada. O estudo é realizado através de simulações e análises efetuadas no software MatLab.