Técnicas e dispositivos em fibras óticas de plástico para sensoriamento

Abstract

As fibras óticas poliméricas têm vantagens significativas para muitas aplicações de sensoriamento, tais como elevada resistência mecânica, flexibilidade, biocompatibilidade e elevada sensibilidade a variações de temperatura e deformação. A implementação de redes de Bragg nestas fibras permite o desenvolvimento de dispositivos com a capacidade de filtrar sinais na área da fotónica e de aplicação em sistemas com sensores de alta precisão. Neste contexto, o presente trabalho tem como objetivo a gravação de diferentes tipos de redes de Bragg em fibra ótica polimérica através do método da máscara de fase, e a caracterização da sua resposta face a diferentes perturbações externas. Estes dispositivos foram desenvolvidos através da implementação de novos conceitos experimentais, com o intuito de obter alta sensibilidade para aplicações em ambientes reais. Foram gravadas com sucesso redes de Bragg uniformes e redes com deslocamento de fase em fibra ótica polimérica microestruturada de PMMA, dopada com Benzildimethylketal, usando apenas um pulso de energia 6.3 mJ de um laser KrF pulsado, com emissão a 248 nm. Também foram gravadas redes aperiódicas em fibra ótica polimérica de PMMA sem dopante, onde foi monitorizado o crescimento das redes com a incidência de alguns pulsos. Para além da caracterização da resposta das redes de Bragg a diferentes perturbações externas, também foram testados diferentes procedimentos durante o tratamento térmico da rede de Bragg em fibra ótica polimérica, com o objetivo de variar permanentemente o comprimento de onda de Bragg para valores superiores.

Polymer optical fibers have significant advantages for many sensing applications, such as high mechanical strength, flexibility, biocompatibility and high sensitivity to temperature and strain variations. The implementation of Bragg gratings in these fibers allows the development of devices with the ability to filter signals in the photonic fields and with applicability in high precision sensor systems. In this context, the present work focuses on inscribing different types of polymer optical fiber Bragg gratings using the phase mask method, and the characterization of these structures response to different external perturbations. These devices were developed through the implementation of new experimental concepts, with the aim of obtaining high sensitivity for real environment applications. Uniform and phase shifted Bragg gratings were successfully inscribed in PMMA microstructured optical fiber, doped with Benzildimethylketal, using only one pulse with energy 6.3 mJ from a KrF pulsed laser, emiting at 248 nm. Aperiodic gratings were also inscribed in undopant PMMA optical fiber, where the growth of the grating through the incidence of few pulses was monitored. In addition to the characterization of the response from Bragg gratings to different external perturbations, different procedures were also tested during the annealing of the polymer optical fiber Bragg grating, in order to permanently tuning the Bragg wavelength to higher values