CAPES / Esta tese tem como objetivo investigar a interação de ondas acústicas e redes de Bragg (FBGs) em fibras ópticas convencionais e fibras de núcleo suspenso (SCFs), para avaliar a influência do projeto da fibra, da rede e do modulador, no aumento da eficiência de modulação, largura de banda e frequência. Inicialmente, a resposta em frequência e os modos acústicos de ressonância de um modulador acusto-óptico de baixa frequência (f < 1,2 MHz), são investigados numericamente usando o método dos elementos finitos. Posteriormente, também é investigada numericamente a interação de ondas acústicas longitudinais e FBGs em SCFs. Os parâmetros geométricos das fibras são variados e as propriedades da rede são simuladas por meio do método dos elementos finitos e o método da matriz de transferência. O estudo indica que os furos de ar que compõem a SCF causam uma redução significativa da quantidade de sílica na secção transversal da fibra, aumentando a interação acusto-óptica no núcleo. Modulação experimental da refletividade de FBGs gravadas em duas SCFs diferentes indica evidências do aumento dessa interação. Além disso, um método para induzir acusticamente uma mudança de fase dinâmica em uma FBG com gorjeio, empregando um projeto aperfeiçoado de modulador é mostrado. Posteriormente, uma combinação deste modulador e uma FBG gravada em uma SCF com três furos de ar é aplicada para modular um laser mode-locked em fibra dopada com itérbio. Para melhorar o projeto do modulador para futuras aplicações, outros dois dispositivos distintos são investigados visando aumentar a interação acusto-óptica, a largura de banda e a frequência (f > 10 MHz). Uma modulação forte de refletividade foi obtida para um modulador baseado em uma fibra com diâmetro reduzido. Além disso, um aumento da largura de banda de modulação (320 pm) foi obtido com um modulador baseado na interação de uma rede de período longo radial (RLPG) e uma FBG gravada em uma fibra convencional. Em resumo, os resultados mostram uma redução considerável do comprimento da rede/fibra e do tamanho do modulador, indicando possibilidades de dispositivos acusto-ópticos mais rápidos e compactos em fibra. Além disso, o aumento da eficiência de interação, da largura de banda modulada e da frequência, pode ser útil para reduzir a largura do pulso de lasers mode-locked totalmente em fibra, assim como, para outros dispositivos que requerem o controle da luz em fibras ópticas usando ondas acústicas sintonizáveis eletricamente. / This thesis aims to investigate the interaction of acoustic waves and fiber Bragg gratings (FBGs) in standard and suspended-core fibers (SCFs), to evaluate the influence of the fiber, grating and modulator design on the increase of the modulation efficiency, bandwidth and frequency. Initially, the frequency response and the resonant acoustic modes of a low frequency acousto-optic modulator (f < 1.2 MHz) are numerically investigated by using the finite element method. Later, the interaction of longitudinal acoustic waves and FBGs in SCFs is also numerically investigated. The fiber geometric parameters are varied and the strain and grating properties are simulated by means of the finite element method and the transfer matrix method. The study indicates that the air holes composing the SCF cause a significant reduction of the amount of silica in the fiber cross section increasing acousto-optic interaction in the core. Experimental modulation of the reflectivity of FBGs inscribed in two distinct SCFs indicates evidences of this increased interaction. Besides, a method to acoustically induce a dynamic phase-shift in a chirped FBG employing an optimized design of modulator is shown. Afterwards, a combination of this modulator and a FBG inscribed in a three air holes SCF is applied to mode-lock an ytterbium doped fiber laser. To improve the modulator design for future applications, two other distinct devices are investigated to increase the acousto-optic interaction, bandwidth and frequency (f > 10 MHz). A high reflectivity modulation has been achieved for a modulator based on a tapered fiber. Moreover, an increased modulated bandwidth (320 pm) has been obtained for a modulator based on interaction of a radial long period grating (RLPG) and a FBG inscribed in a standard fiber. In summary, the results show a considerable reduction of the grating/fiber length and the modulator size, indicating possibilities for compact and faster acousto-optic fiber devices. Additionally, the increased interaction efficiency, modulated bandwidth and frequency can be useful to shorten the pulse width of future all-fiber mode-locked fiber lasers, as well, to other photonic devices which require the control of the light in optical fibers by electrically tunable acoustic waves.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.utfpr.edu.br:1/1805 |
| Date | 11 September 2015 |
| Creators | Silva, Ricardo Ezequiel da |
| Contributors | Pohl, Alexandre de Almeida Prado, Bartelt, Hartmut, Pohl, Alexandre de Almeida Prado, Franco, Marco Antonio Ruggieri, Matos, Christiano José Santiago de, Fabris, José Luis |
| Publisher | Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Informática Industrial, UTFPR, Brasil |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | English |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UTFPR, instname:Universidade Tecnológica Federal do Paraná, instacron:UTFPR |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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