Produção, estabilização e caracterização de redes fotorrefrativas de período longo em fibras óticas para sensores

This work shows the implementation of a writing system for long-period gratings production, by using a side point-by-point ilumination with ultraviolet light, at Laser Laboratory in UTFPR. Gratings were written in optical fibers with a Nd: YAG laser operating at 266 nm. The spectral evolution of gratings was analyzed both during and after the writing process, along time intervals from 1 to 595 hours. The gratings were submitted to several characterizations aiming its application in physicochemical parameters sensing. For the assessment of gratings sensitivity to the external medium refractive index, fluid samples with refractice indices ranging from 1,0000 to 1.4315 were used. Changes of thermal sensitivity from negative do positive values were quantified, for temperature variations up to 24°C, with behaviours transitioning from linear to nonlinear, depending on the refractive index of external medium. For the studies of sensitivities of longitudinal strain, the analyzed grating showed a low sensitivity value of -0,19±0,15 pm/µe in the range between 0 to 125 µe. A thermal characterization of the produced devices was carried out with a thermo element Peltier and with a laboratory furnace. For the Peltier the gratings were submitted to thermal cycles from -1,5°C to 61.1°C. For the furnace the gratings were exposed to temperatures between 25°C a 1200°C without completely erased. An experimental issue was the investigation about the thermal stabilization of gratings. Two different processes to reach the thermal stabilization were studied: annealing and quenching. The former consisted of annealing cycles with slow cooling whereas the later comprised of thermal cycles with sudden cooling from a maximum temperature of 425°C, the second one revealing to be more efficient to reach the thermal stabilization. The stabilized grating showed a non-linear thermal sensitivity ranging from -0,044 nm/°C within the temperature range from 20°C to 300°C. Owing to the inherent asymmetric characteristics of the process employed to record the gratings, the viability of using such devices as transducers for curvature sensing in different directions was studied, employing artificial neural networks to analyze the data.Este trabalho apresenta a implementação do sistema de gravação de redes de período longo, através da técnica de incidência lateral de radiação ultravioleta ponto-a-ponto, no Laboratório de Laser da UTFPR. Foram escritas redes em fibras óticas com o uso de um laser de Nd:YAG operando em 266 nm. A evolução espectral das redes foi analisada tanto durante o processo de escrita quanto após o seu término, ao longo de intervalos que variaram de 1 a 595 horas. Essas redes foram submetidas a várias caracterizações com vistas à sua aplicação no sensoriamento de parâmetros físico-químicos. Na avaliação da sensibilidade ao índice de refração do meio externo às redes, foram utilizados fluidos com índices de refração entre 1,0000 e 1,4315. Registraram-se alterações na sensibilidade térmica de valores negativos para positivos, para variações de temperatura de até 24°C, com mudanças de comportamentos lineares para não lineares, dependendo do índice de refração do meio. No ensaio para caracterização da resposta às deformações longitudinais a rede analisada demonstrou-se pouco sensível, com um valor obtido de sensibilidade de -0,19 ± 0,15 pm/µe na faixa de 0 a 125 µe. Foram feitos testes da caracterização térmica desses dispositivos, utilizando um elemento Peltier e um forno de laboratório. Com o uso do elemento Peltier as redes de período longo passaram por ciclos de aquecimento e resfriamento compreendidos entre -1,5°C e 61,1°C. Já no forno de laboratório, as redes chegaram a ser submetidas a temperaturas que variaram de 25°C a 1200°C sem serem completamente apagadas. Uma das questões experimentais mais determinantes foi a investigação da estabilização térmica das redes. Para tanto foram testados e comparados dois diferentes processos de estabilização. O primeiro consistiu em submeter a rede a ciclos de recozimento seguidos de resfriamento lento e o segundo a ciclos de recozimento seguidos de resfriamento brusco, nos quais a máxima temperatura atingida pelas redes foi de 425°C. O segundo método demonstrou-se mais eficaz para o propósito de estabilização térmica. A rede estabilizada mostrou uma sensibilizada térmica não linear que variou de -0,044 nm/°C quando aquecida de 20°C a 300°C. Em função das características assimétricas inerentes ao processo empregado para escrita das redes, foram realizados ensaios para verificar a viabilidade da utilização desses dispositivos como transdutores para medição de curvatura em diferentes direções, com emprego de redes neurais artificiais para análise desses dados