Sensores de fibra óptica basados en redes de periodo largo (LPG) - Mosquera Leiva, Luis Alberto (2019)
Los dispositivos basados en redes gravadas en fibra óptica juegan actualmente un papel importante en el campo de las comunicaciones ópticas y en el diseño de sensores. Existen dos tipos de redes gravadas en fibra óptica: redes de período corto o de Bragg (FBG) con periodicidades del orden de la longitud de onda óptica y redes de periodo largo (LPG) con periodicidades de varios cientos de longitudes de onda. Desde las primeras redes escritas en fibras de vidrio convencional: FBG (Hill, 1978) y LPG (Vengsarkar,1996), las técnicas de fabricación de redes y sus aplicaciones han logrado un gran y rápido desarrollo. Diversos métodos de fabricación de redes en fibras ópticas ya han sido desarrollados: exposición de la fibra a láser ultravioleta UV, irradiación con láser de CO2, gravado por descarga eléctrica, exposición de la fibra óptica a láser de femtosegundos, gravado por material corrugado, etc. Asimismo, redes LPG han sido grabadas en diferentes tipos de fibras ópticas: monomodo, multimodo, de núcleo estructurado, de núcleo hueco, en fibras afinadas, en fibras de sílice y en fibras poliméricas, habiéndose desarrollado numerosos dispositivos basados en estas redes LPG. Nosotros, entre las diferentes técnicas de exposición de la fibra óptica al láser para la grabación de redes, optamos por la técnica de irradiación con láser de CO2 por ser una técnica que no requiere de fibras especiales fotosensibles y/o cualquier otro proceso de pretratado de la fibra para escribir la red; asimismo, porque el proceso de irradiación con láser de CO2 puede ser fácilmente controlado para generar perfiles de redes complicadas a través de la técnica de gravado punto a punto y porque se pueden escribir redes LPG en casi todos los tipos de fibras incluyendo las fibras PCF de núcleo estructurado. Es en este marco, que presentamos en esta tesis, un breve desarrollo teórico sobre las redes LPG, su proceso de fabricación, caracterización óptica, así como diversas aplicaciones desarrolladas. La tesis consta de 5 capítulos en los que se presenta una breve exposición de la teoría y aplicaciones de las redes LPG escritas en diferentes tipos de fibras ópticas por las técnicas de irradiación con láser de CO2 y por grabación mecánica. Se describen diversos dispositivos elaborados incluyendo sensores interferométricos y no interferométricos, así como sus aplicaciones a la medida de vibraciones, índices de refracción, desplazamientos, curvaturas, presión, compresión, tracción, concentración de sustancias disueltas en líquidos, transferencia de carga en suelos, etc. En el capítulo I se describe el proceso general de guiado de la luz en fibras ópticas, mostrando sus características como el ancho de banda, polarización, modos y mecanismos de pérdidas. En el capítulo II se describe brevemente el proceso de fabricación de fibras ópticas. En el capítulo III se desarrolla la teoría de la luz transmitida por redes LPG, así como sus características: tamaño y periodo de la red y su influencia en la pérdida de acoplamiento y longitud de onda de resonancia. Se describen también las técnicas de grabado empleadas. En el capítulo IV se describen los diferentes sensores interferométricos y no- interferométricos basados en estas redes, elaborados a lo largo la investigación, así como sus aplicaciones. En el capítulo V se presentan las conclusiones finales acerca del trabajo desarrollado.