domingo, 10 de abril de 2011

CARACTERIZACIÓN DE UNA CAVIDAD LÁSER DE FIBRA ÓPTICA EN CONFIGURACIÓN COMO UN SENSOR DE DOS PUNTOS

1. Introducción.


Las fibras ópticas han dado un mejoramiento al desarrollo de las telecomunicaciones desde las ultimas tres décadas. Debido a la necesidad de seguir obteniendo mayor aprovechamiento de sus características, se han creado dispositivos dentro de la fibra, es decir, dispositivos de fibras ópticas como acopladores WDM's (Wavelength Division Multiplexing), filtros, amplificadores, que han contribuido al desarrollo de sistemas de fibras ópticas debido a que son intrínsecamente de baja pérdida y pueden ser interconectados a otros sistemas de fibra que transportan señales complejas. Uno de los últimos dispositivos de fibra óptica son las denominadas "rejillas de Bragg de fibra óptica" las cuales pueden ser utilizadas para reflectar, filtrar ó dispersar luz sin abandonar el núcleo de la fibra, evitando la necesidad de utilizar espejos dieléctricos de volumen y rejillas de difracción, disminuyendo con esto, pérdidas de energía. Son ideales para un amplio rango de aplicaciones siendo un elemento clave en el campo de las comunicaciones ópticas y en sensores de fibra óptica, además de tener aplicaciones en láseres de fibra óptica. Una rejilla de Bragg consiste de una modulación periódica del índice de refracción del núcleo de una fibra óptica, por lo general monomodo, lo cual también puede verse como un arreglo periódico de placas o películas de 2 índices de refracción diferentes, denominados índice de refracción alto nH (~ 1.4563) e índice de refracción bajo nL (~ 1.456) .


2. Arreglo experimental y resultados.


En la figura 1 vemos una cavidad láser de fibra óptica con tres rejillas de Bragg actuando como espejos, un medio amplificador y un sistema de bombeo. Dos de las rejillas ( #3 y #2) funcionan como cabezas del sensor y una como referencia ( #6). Para monitoreo tenemos un monocromador con el cual podemos seleccionar ciertas longitudes de onda a las cuales la cavidad esta funcionando, en este caso seleccionaremos un ancho espectral que se encuentre dentro del ancho espectral de la fluorescencia de la fibra dopada y dentro de este ancho se encontraran las longitudes de onda de reflexión de las rejillas. Además, se observa un fotodetector conectado a un Lock-in y este hacia una PC. Por otra parte se observa un fotodetector conectado a un preamplificador y éste hacia un analizador de RF (radiofrecuencias). Con esto ultimo mediremos las frecuencias de separación intermodal que existen en la cavidad cuando hay un laseo. La punta final de la rejilla #6 se sumerge en glicerina (liquido acoplador de índices) para evitar las reflexiones y con esto la formación de sub-cavidades.




La figura 2 muestra parte del espectro de fluorescencia de la fibra dopada y 3 picos que corresponden a los picos de reflexión de las rejillas, esto se obtuvo conectando la terminal S3 al punto 1. Observando la figura 1, en la terminal S3 esperamos obtener únicamente los picos de reflexión de las rejillas #3 y #2, pero debido a la reflexión que existe en la terminal S1, aparece el pico de reflexión de la rejilla 6 lo cual eliminamos si sumergimos a esa terminal en glicerina.



Con lo observado en la grafica de la figura 2 encontramos la posibilidad de proponer a este arreglo como un sensor, ya que si cambiamos la temperatura ó si tensamos gradualmente a cualquiera de las rejillas #3 y/o #2, desplazaremos el pico de la rejilla hacia el pico de la rejilla 6, hasta que se alcance un laseo dentro de la cavidad (figura # 3) con lo cual sabremos que la longitud de onda de reflexión de la rejilla en cuestión se igualó a la de la rejilla # 6. La posibilidad de aplicar el anterior arreglo como un sensor se soporta con la teoría existente en la literatura acerca de las rejillas de fibra  en la cual, la longitud de onda de reflexión se desplazará aproximadamente 1.2 pm cuando se le aplique 1 με (micro tensión) a la rejilla y aproximadamente 13.7 pm por cada °C de aumento en temperatura, esto para rejillas con una longitud de onda de reflexión cercana a 1550 nm y dependiendo del tipo de rejilla.


En la figura 1, si colocamos la salida S3 en la posición 2 obtenemos lo que se observa en la gráfica de la figura 4. Aquí, existe un laseo en la cavidad, es decir, las longitudes de onda de reflexión de las rejillas que forman la cavidad son iguales. En este caso se tensó la rejilla # 2.



Se observan únicamente 4 modos o frecuencias de resonancias, debido a que el rango de medición del RF es hasta 100 KHz. En la figura 5 mostramos un análisis del modo o frecuencia numero 4 cuando se tensa cada rejilla (pico izquierdo: R #2 tensada, pico derecho: R #3 tensada) y cuando se tensan las dos simultáneamente (pico central). Conociendo la frecuencia del pico y el índice de refracción efectivo de la rejilla, podemos calcular la longitud de la cavidad mediante la siguiente ecuación.



en donde N es el numero de modo, ν la frecuencia, L la longitud de la cavidad, n el índice de refracción efectivo de la rejilla y C la velocidad de la luz en el vacío. Si una cabeza del sensor actúa, en el RF se observará el valor de la frecuencia y con un cálculo se conocerá la posición de esta cabeza (rejilla).


3. Conclusiones.


Dos formas de caracterizar la actividad de este sensor se presentaron. En la primera se analiza desplazamientos en longitud de onda y en la segunda los modos longitudinales. La primer forma es conocida en la literatura de los sensores de fibra óptica, pero no es así para la segunda. Las ventajas de este sistema en arreglo como sensor es la cantidad de rejillas que se pueden utilizar como cabezas del sensor, la distancia a la que se puede monitorear algún parámetro físico y la utilización de una rejilla de referencia, traducido a una temperatura o tensión de referencia.


Wilmer J Sánchez V-19358601

CAF - Parcial 3

link  http://www.optica.unican.es/rno7/Contribuciones/articulospdf/Vazquez.pdf

No hay comentarios:

Publicar un comentario en la entrada