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Previous issue date: 2015-08-26 / Fundo Mackenzie de Pesquisa / This thesis describes the development of new photonic devices produced by
micromanipulation of the optical fibers properties, i.e., the change, in the micrometer scale, of
the fiber s optical and/or geometrical properties. In this context, three lines of research have
been followed, using different optical fiber processing techniques and considering different
types of devices. In the first line, the coupling of two cores in a photonic crystal fiber with
three initially uncoupled cores was demonstrated. The couplers had an insertion loss estimated
at ~1 dB and exhibited spectral modulations with a depth up to 18 dB. They also showed high
sensitivity to polarization, which can be exploited in fiber polarization beamsplitters. For this
work, we used a technique that modifies the fiber structure by applying local differential
pressure and heating. In the second line, a Rhodamine dye laser was develop with a fully fiber
integrated optofluidic cavity. It was possible to maintain a high flow of the dye solution, up to
400 μL / min, which allowed the use of a pump laser with a high repetition rate (1 kHz), and,
at the same time, the degradation of the gain medium was not observed. An optical conversion
rate of up to 9% and a pump energy threshold lower than 1 mJ were obtained. A splicing
technique was used, in which an angled cleaved capillary fiber was fused to a conventional
fiber, thereby leaving a side inlet open for the fluid flow. The third line aimed at the
incorporation of carbon nanomaterials to optical fibers. In this case, two approaches were
employed: in one of them, polymeric films, with a thickness of 20 μm, containing carbon
nanotubes were produced on the face of optical fiber patchcords; such patchcords have been
inserted into erbium-doped fiber laser cavities to act as saturable absorbers in order to obtain
mode-locking operation. Pulses with durations down to 364 fs were obtained with 10.2 nm
bandwidths. The films were formed when a micro-droplet of a carbon nanotube suspension on
an optical adhesive was placed on the surface of optical fiber connectors, with the use of a
micropipette. Within the same line, photonic crystal fibers (PCFs) with homogeneous
graphene oxide films covering the inner walls of their capillaries were obtained. The
homogeneity was confirmed by Raman spectroscopy and by the loss per fiber length, as
measured by the cut back method. A PCF was also spliced to conventional connectorized
fiber patchcords and incorporated into a laser cavity to generate pulses. The film production
was consisted of inserting a graphene oxide suspension into the PCF capillaries, after which
the solvent was dried. / Essa tese descreve o desenvolvimento de novos dispositivos fotônicos produzidos a partir da
micromanipulação das propriedades de fibras ópticas, isto é, da alteração em escala
micrométrica, das propriedades ópticas e/ou geométricas destas. Nesse contexto, três linhas de
trabalho foram seguidas, utilizando diferentes técnicas de processamento de fibras ópticas e
levando à demonstração de diferentes tipos de dispositivos. Na primeira linha foi demostrado
o acoplamento de dois núcleos em uma fibra de cristal fotônico com três núcleos inicialmente
desacoplados. Os acopladores apresentaram uma perda de inserção estimada de ~1 dB e
exibiram modulações espectrais com uma profundidade de até 18 dB. Apresentaram também
uma sensibilidade elevada à polarização, que pode ser explorada em divisores de polarização
(polarization beamsplitters) a fibra. Para isso foi utilizada uma técnica de alteração da
estrutura da fibra através da aplicação de pressão diferencial e aquecimento local,. Na segunda
linha foi desenvolvido um laser do corante Rodamina com uma cavidade optofluídica
totalmente integrada em fibra. Nela, era possível manter um alto fluxo da solução de corante,
de até 400 μl/min, o que permitiu utilizar um laser de bombeio com alta taxa de repetição
(1kHz) sem observar-se degradação do meio de ganho. Uma taxa de conversão óptica de até
9% e uma energia de limiar (threshold) menor que 1 μJ foram obtidas. Utilizou-se aqui uma
técnica de emenda através da qual uma fibra capilar clivada em ângulo era emendada com
uma fibra convencional, deixando assim uma entrada lateral para fluidos. A terceira linha
visou incorporar nanomateriais de carbono a fibras ópticas. Nesse caso duas abordagens
foram empregadas: em uma, filmes poliméricos com espessuras de 20 μm e contendo
nanotubos de carbono foram produzidos na face de conectores de cordões de fibra ópticas;
esse cordões foram inseridos em cavidades laser a fibra dopada com érbio para atuar como
absorvedores saturáveis para a obtenção de mode locking. Com isso foram obtidos pulsos de
até 364 fs e espectros com larguras de banda de 10,2 nm. Os filmes foram formados a partir
de uma microgota de uma suspensão de nanotubos de carbono em adesivos ópticos que foi
colocada sobre a face de conectores de fibra óptica com uma micropipeta. Ainda na mesma
linha obtiveram-se fibras de cristal fotônico (PCFs) com filmes de óxido de grafeno
homogêneos no interior de seus capilares. A homogeneidade foi comprovada através de
espectroscopia Raman e pela medida da perda em função do comprimento das fibras,
realizada através do método cut back. Uma PCF foi, ainda, emendada a cordões de fibra
convencional conectorizados e incorporada a cavidades laser para geração de pulsos. A
produção dos filmes foi realizada através da inserção de uma suspensão de óxido de grafeno
nos capilares de PCFs de núcleo sólido, após o qual o solvente era secado.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:tede.mackenzie.br:tede/1530 |
| Date | 26 August 2015 |
| Creators | Gerosa, Rodrigo Mendes |
| Contributors | Matos, Christiano José Santiago de, Souza, Eunézio Antônio de, Saito, Lúcia Akemi Miyazato, Gomes, Anderson Stevens Leônidas, Romero, Murilo Araújo |
| Publisher | Universidade Presbiteriana Mackenzie, Engenharia Elétrica, UPM, BR, Engenharia Elétrica |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do Mackenzie, instname:Universidade Presbiteriana Mackenzie, instacron:MACKENZIE |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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