Aplicações e modelagem da resposta ao índice de refração de redes de Bragg em fibras corroídas

• Autor(a) principal: Kuhne, Jean Filipe
• Data de Publicação: 2022
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))
• Texto Completo: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/28629
• topic: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA; Fibras ópticas; Refração - Medição; Sensores; Modelagem; Polímeros; Análise numérica; Optical fibers; Refraction - Measurement; Sensors; Modelyng; Polymers; Numerical analysis; Engenharia Elétrica

Esta tese, estruturada no formato coletânea de artigos científicos, aborda os efeitos da interação do modo propagante de núcleo com o meio externo, em redes de Bragg inscritas em fibras óticas, obtida pela redução da casca sobre a região da rede de Bragg (FBG) utilizando a técnica de corrosão química. Esta interação modula o sinal refletido pela FBG, o que permite a percepção do índice de refração do meio em que se encontra. A monitoração dessa grandeza é de grande interesse pois está associada à presença, concentração ou pureza da substância de interesse. Os artigos apresentados abordam: a resposta oferecida e a modelagem do emprego de redes de Bragg em fibra ótica monomodo perfil degrau e fibra ótica multimodo perfil gradual, mostrando sua aplicação para determinar o grau de pureza de amostras de biodiesel; modelos para estimar a curva de resposta de uma rede de Bragg corroída (EFBG); e a birrefringência induzida em uma EFBG recoberta com filme orgânico para detecção de amônia. O primeiro trabalho evidencia a dependência existente entre o diâmetro modal do campo (MFD) do modo propagante e a sensibilidade da fibra ao meio externo, o que permite que fibras multimodo apresentem maior sensibilidade em função do seu maior MFD. Maiores MFD implicam em menor corrosão da fibra sobre a região da rede, resultando em maior robustez mecânica do sensor quando comparado à fibra monomodo. Também foi verificado que o uso de fibra multimodo permite o aumento da faixa dinâmica de índice de refração para 1,476, o que é útil para medição de substâncias que apresentam maior índice de refração e que não são detectáveis com fibras óticas monomodo, cujo limite é 1,456. O nível de pureza do biodiesel foi verificado como exemplo de aplicação, permitindo determinar sua concentração até a presença de 70% em volume de óleo vegetal no combustível. O segundo trabalho utiliza duas abordagens para apresentar um modelo matemático para descrever a curva de resposta de uma FBG Corroída (EFBG), à partir de uma curva de calibração de referência de outra EFBG. A abordagem por extrapolação, que usa o deslocamento espectral verificado durante a corrosão, torna-se de mais simples aplicação por demandar apenas de um valor do índice de refração do meio externo. Já a abordagem por interpolação, de maior complexidade, apresenta maior acurácia aos resultados experimentais. Os modelos foram aplicados para índices de refração na faixa de 1,333 a 1,458, para sensores na faixa de 1.544,84 nm a 1.552,70 nm. O maior desvio verificado entre os valores estimados e experimentais foram de 0,26 nm e 0,41 nm, para a interpolação e extrapolação, respectivamente. Os modelos matemáticos propostos se demonstraram capazes de estimar com sucesso a curva de resposta das EFBGs de diferentes diâmetros, ferramenta útil para estimar a sensibilidade do sensor antes da sua produção. O terceiro trabalho relata o efeito da birrefringência após a deposição de um filme orgânico sobre a EFBG para medição de amônia. O filme, resultante da solução de derivado do perileno e do copolímero PCDTBT em clorobenzeno, induziu uma separação no picos refletido da EFBG, que permitiu a detecção da presença de amônia na faixa de 3 ppm até 41.700 ppm. Os picos observados apresentaram diferentes sensibilidades, apresentando potencial para medição multi parâmetros.