Author: IMELDA SANTIAGO NUÑEZ

Estudio de fotosensibilidad en fibras ópticas de bajo contenido de germanio

Study of photosensitivity in optical fibers with low content of germanium

IMELDA SANTIAGO NUÑEZ (2016)

El descubrimiento de la fotosensibilidad y la posibilidad de grabar rejillas de Bragg en fibras ópticas han generado gran interés debido a la enorme cantidad de posibles aplicaciones en sistemas de telecomunicaciones ópticos, láseres y sensores. Sin embargo, a pesar de los avances tecnológicos, aún no existe claridad completa sobre los mecanismos físicos involucrados en la fotosensibilidad de fibras ópticas. Esto se debe tanto a la complejidad estructural de los vidrios, como a los efectos físicos que participan en el cambio fotoinducido del índice de refracción. Además del interés científico por entender los mecanismos de fotosensibilidad, existe también un interés tecnológico. En los últimos años, ha crecido el interés en utilizar rejillas de Bragg de ultra-baja reflectancia grabadas en fibras ópticas con baja atenuación ( bajo contenido de germanio) en la ventana de telecomunicaciones, para aplicaciones en sensores distribuidos. Hasta el momento, se han descubierto cuatro mecanismos de fotosensibilidad en fibras ópticas, que resultan en la formación de rejillas de Bragg con diferentes propiedades ópticas, mecánicas y térmicas. Determinar la importancia y el papel de cada uno de estos mecanismos permitirá optimizar regímenes de fabricación de redes grandes de rejillas de Bragg para aplicaciones en sensores. En este trabajo, se presenta un estudio experimental de cinética de cambio de índice de refracción fotoinducido (fotosensibilidad) en fibras ópticas con diferentes niveles de contenido de germanio e hidrógeno. Las mediciones de fotosensibilidad fueron realizadas en diferentes regímenes de irradiación de la fibra óptica con luz ultravioleta. Se emplearon dos técnicas interferométricas altamente sensibles con una resolución menor a10−6 en términos de unidades de índice de refracción. Se encontró que para un régimen de irradiación de bajo flujo luminoso por pulso UV, a una longitud de onda de 266 nm y con una dosis de irradiación acumulada inferior a 0.02 J/cm2, la formación de centros de color tipo Ge(1) es el mecanismo principal de cambio fotoinducido de índice de refracción en la fibra estándar SMF-28. Dicho valor no depende de la intensidad de la luz ni tampoco de la presencia de hidrógeno en el núcleo de la fibra y se satura rápidamente a niveles de cambio de índice de refracción de 2×10−6. La dominancia de este mecanismo de fotosensibilidad en la etapa inicial de irradiación, hace que sea posible grabar de forma económica, arr

Discovery of photo-sensitivity of optical fibers and writing of Bragg gratings into optical fibers (FBG) have excited much research interest due to great number of possible applications in optical telecommunications, lasers and sensors. However, despite technological advances, there is no still complete clarity in details of the mechanisms involved in photo-sensitivity of optical fibers. That is due to complexity of glass structure and because of many physical effects involved in the photo-induced modification of the glass refractive index. In recent years, interest has grown for application of ultra-low reflectance Bragg gratings in large scale distributed fiber-optic sensors based on low-attenuation (low Ge concentration) telecommunication fibers. Four mechanisms of photo-sensitivity in optical fibers have been suggested to explain formation of FBGs with different optical, mechanical and thermal properties. Determining the role of each of these mechanisms is important because it will allow the optimization of the FBG writing for application in distributed sensors. In the thesis, an experimental study of kinetics of photo-induced change of refractive index (photosensitivity) in optical fibers with different concentration of germanium in the fiber core is presented. Measurements of photo-sensitivity were performed at different regimes of optical fiber irradiation with UV light. Two highly sensitive interferometric techniques have been developed with resolution of 10−6 in terms of refractive index units. It was found that for a low fluence per pulse (<1 mJ/cm2) at the UV light wavelength of 266 nm and with a cumulative irradiation dose of below 0.02 J/cm2, the formation of Ge(1) color centers is a dominant mechanism of photo-induced change of the fiber refractive index. At a very initial stage of the irradiation, the photo-induced change of refractive index depends mainly on cumulated UV fluence and Ge concentration, but does not depend on UV light intensity neither on the presence of molecular hydrogen in the fiber core. Refractive index change due to formation of Ge(1) color centers saturates rapidly with cumulated fluence at the level of 2×10−6 in the standard telecommunication fiber SMF-28. The dominance of this mechanism of photosensitivity at the initial stage of irradiation makes it possible to print large arrays of low reflection Bragg gratings using low energy pulsed lasers. At a very high UV light fluence per pulse (≈1 J/cm2) with very high cumulated fluence, it was

Doctoral thesis

Rejillas de Bragg Fibras ópticas Fotosensibilidad Sensores INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA CIENCIAS TECNOLÓGICAS OTRAS ESPECIALIDADES TECNOLÓGICAS OTRAS