CPGEI (Doutorado) Francelli Klemba Coradin

Redes de Bragg para aplicações em sensoriamento e telecomunicações

Resumo: Este trabalho apresenta a produção de redes de Bragg para a aplicação em sensoriamento e em telecomunicações. As redes para aplicação em sensoriamento foram gravadas utilizando incidência direta na máscara de fase bem como um interferômetro com máscara de fase, na Universidade Tecnológica Federal do Paraná. As redes de Bragg foram gravadas em fibra ótica hidrogenada padrão de telecomunicações e fibra ótica fotossensível com o uso de um laser de Nd: YAG (New Wave, Tempest-20) operando em 266 nm e de um laser de excímero KrF (Xantos XS-Coherent) em 248 nm. Foram realizados experimentos visando à estabilização térmica dos dispositivos, nos quais as redes de Bragg foram submetidas a ciclos de aquecimento e resfriamento. Testes para determinar a máxima temperatura de operação das redes de Bragg produzidas também foram realizados. Sensores refratométricos foram produzidos por meio da corrosão controlada da casca da fibra na região da rede de Bragg. Duas redes de Bragg corroídas com comprimentos de onda de Bragg de operação próximos a 1300 nm e 1500 nm foram utilizadas na análise de misturas de etanol e água. Quatro configurações para o sensor refratométrico foram estudadas, operando tanto com dois comprimentos de onda quanto somente em um comprimento de onda, e em duas temperaturas distintas das amostras. As curvas de calibração foram determinadas para uma extensão entre 0,0 e 100,0 % v/v de água em etanol. O desempenho do sensor em cada configuração foi analisado pela comparação das sensibilidades, conformidades, repetitividades e incertezas combinadas. As redes para aplicação em telecomunicações foram gravadas em fibra ótica fotossensível com a técnica de incidência direta da luz do laser na máscara de fase, no Instituto de Telecomunicações da Universidade de Aveiro, em Portugal. Redes de Bragg com gorgeio foram gravadas com um laser de excímero pulsado operando em 248 nm (BraggStar S-Industrial LN) e com o uso de posicionadores motorizados com resolução máxima de 1 nm. O estudo da evolução espectral da rede de Bragg com a variação da energia de gravação permitiu o projeto de dispositivos com características pré-definidas.

Palavras-chave: Redes de Bragg. Sensores. Temperatura. Índice de Refração. Telecomunicações.

Fiber Bragg Gratings with Aplication in Sensing and Telecomunication

Abstract: This work presents the production of fiber Bragg gratings with different profiles for application in sensing and in telecommunications. The gratings for sensing application were recorded using direct illumination of a phase mask as well as a phase mask interferometer, at the Federal University of Technology - Parana. The gratings were recorded in hydrogen loaded standard telecommunication fiber and photosensitive fiber using a Nd: YAG laser (Tempest-20, New Wave) at 266 nm and a KrF excimer laser at 248 nm (Xanto XS-Coherent). Experiments were performed in order to reach the thermal stabilization of the devices using a laboratory oven, where the gratings were submitted to thermal cycles included both annealing and quenching. Tests to determine the maximum operating temperature of the produced fiber Bragg gratings were also performed. Refractometric sensors were produced by wet-etching of the fiber optic cladding using hydrofluoric acid and employed in the analysis of water-ethanol. Two etched fiber Bragg gratings operating close to 1300 nm and 1500 nm were used in the experiment. Four configurations for the refractometric sensor were studied, in dual-wavelength and single-wavelength operation modes, and at two temperature samples. Calibration curves were determined for the range between 0.0 and 100.0 % v/v of water in ethanol, and the sensor performance for each configuration was analyzed by comparing its sensitivity, conformity, repeatability and combined uncertainty. The gratings for application in telecommunications were recorded in photosensitive fibers with direct illumination of phase mask at the Institute of Telecommunications of the Aveiro University, in Portugal. Chirped fiber Bragg gratings were produced with the use of an excimer laser operating at 248 nm (S-industrial BraggStar LN) and with the use of translation stages with maximum resolution of 1 nm. The study of Bragg grating spectral evolution with the writing energy allowed the project of devices with predefined characteristics.
Keywords: Fiber Bragg Gratings. Sensors. Temperarure. Refractive Index. Telecomunications.

Lista de publicações:

CORADIN, F.K., POSSETTI, G.R.C., KAMIKAWACHI, R.C., MULLER, M., FABRIS, J.L. Etched fiber Bragg gratings sensors for water-ethanol mixtures: a comparative study. Journal of Microwaves, Optoelectronics and Electromagnetic Applications. v. 9, n. 2, p. 131-143, 2010.

CORADIN, F.K., POSSETTI, G.R.C., KAMIKAWACHI, R.C., MULLER, M., FABRIS, J.L. Etched fiber Bragg grating sensing system thermically assisted for analysis of water- ethanol mixtures. 21th International Conference on Optical Fiber Sensors. Otawa, Canada, maio 2011.

CORADIN, F.K., MARQUES, C., NOGUEIRA, R.N., PINTO, J.L., MULLER, M., FABRIS, J.L. Analysis of Different Writing Techniques for Chirped Fibre Bragg Gratings. 7th Conference on Telecommunication. Santa Maria da Feira, Portugal, ConfTele 2009 Proceedings, 2009.

KULLER, F., CORADIN, F.K., SILVA, J.C.C., KALINOWSKI, H.J., FABRIS, J.L., MULLER, M. Development of an Experimental Set-up for Fiber Bragg Gratings Production. XXXI Encontro Nacional de Física da Matéria Condensada. Águas de Lindóia, XXXI Encontro Nacional de Física da Matéria Condensada, 2008.

POSSETTI, G.R.C., CORADIN, F.K., CÔCCO, L.C., YAMAMOTO, C.I., ARRUDA, L.V.R., FALATE, R., MULLER, M., FABRIS, J.L. Smart sensors for the petroleum sector based on long period gratings supervised by artificial neural networks In: 19th International Conference on Optical Fibre Sensors. 19th International Conference on Optical Fibre Sensors. Perth, Proc. of SPIE, v. 7004, 2008.

POSSETTI, G.R.C., CORADIN, F.K., CÔCCO, L.C., YAMAMOTO, C.I., ARRUDA, L.V.R., MULLER, M., FABRIS, J.L. Application of artificial neural networks for conformity analysis of fuel performed with an optical fiber sensor. 6th Ibero-American Conference on Optics (Riao), 9th Latin-American Meeting on Optics, Lasers and Applications (Optilas). Campinas, Riao 07 Optilas, 2007.