Study of the optical properties of photonic crystal fibers (PCFs) under hydrostatic pressure

Foram realizados estudos sobre o controle de propriedades ópticas, por meio de pressão, e sensibilidade à pressão com fibras de cristal fotônico (PCF). No primeiro caso foi demonstrado por meio de simulações, uma nova forma para obter e sintonizar com pressão hidrostática externa o estado monomodo e única polarização em fibras PCF de polimetilmetacritalo (PMMA). Em relação à sensibilidade à pressão hidrostática, o comportamento espectral do coeficiente de sensibilidade de varias fibras PCF em sílica, Cs = (?? / ?P) (onde ?? é a variação num mínimo do espectro de transmissão de uma fibra PCF que acontece quando a pressão hidrostática externa muda em LlP), é calculado teoricamente e corroborado experimentalmente. Com a finalidade de estudar teoricamente o coeficiente Cs, a birrefringência de grupo e a sensibilidade da birrefringência modal de fase à pressão são simuladas para as fibras. Expressões analíticas do coeficiente Cs na aproximação de primeira e segunda ordem são calculadas. Nas duas aproximações é confirmado um aumento do Cs para comprimentos de onda no visível devido à birrefringência de grupo. Para baixas pressões, tal comportamento é corroborado experimentalmente. Segundo a literatura apresentada até agora a possibilidade de otimizar o coeficiente Cs, fazendo uso da birrefringência de grupo no visível e ao mesmo tempo incorporando geometrias com uma alta anisotropia geométrica para aumentar a sensibilidade da birrefringência modal de fase à pressão, não tem sido explorada. Na aproximação de segunda ordem do coeficiente Cs são incorporadas as mudanças do comprimento de onda e da pressão e são comparadas com a aproximação de primeira ordem. Cálculos analíticos foram feitos e apresentados nos Apêndices B e C. As equações do efeito fotoelástico, determinantes para realizar as simulações com o software (COMSOL 3.5a), são apresentadas no Apêndice B, relações que descrevem o coeficiente Cs de fibras PCF são apresentadas no (Apêndice C)Abstract Studies about both the active control of optical properties by means of external hydrostatic pressure and pressure sensitivity in photonic crystal fibers (PCFs) were made. In the first case, a new form to obtain and tune, by using pressure, the single-mode single-polarization state in microstructured polymer optical fibers (mPOFs) is demonstrated by simulations. In relation to pressure sensitivity, the spectral behavior of the sensitivity coefficient of some PCFs in silica, Cs = (?? / ?P) (where ?? é is the change in a minimum of the transmission spectrum for a PCF as a consequence of the change in the external hydrostatic pressure 11P that is applied on the fiber), is calculated and corroborated experimentally. In order to investigate the coefficient Cs, the group birefringence and the sensitivity of phase modal birefringence to pressure are calculated in the fibers. Analytical expressions for the coefficient Cs in the first and second order approximation are calculated. In these two approximations an increase of the coefficient Cs is confirmed to wavelengths in the visible. To low pressures this behavior is corroborated experimentally. At the best of our knowledge, the possibility to optimize the coefficient (Cs) by using the group birefringence and geometries with high geometric anisotropy to enhancing the sensitivity of phase modal birefringence to pressure has not been investigated. In the coefficient Cs with the second order approximation are incorporated the changes of the wavelength and pressure and are compared with the first approximation. On the other hand, analytic calculates are realized in the Appendixes B and C. The equations related to the photoelastic effect were calculates (Appendix B). Finally, the relations that describing the behavior of pressure sensitivity also were calculates (Appendix C