Montagem experimental

Toda a montagem experimental foi colocada sobre uma mesa óptica de mármore para que vibrações fossem minimizadas. As medições foram realizadas em ambiente de sala limpa no intuito de se proteger, ao máximo, as extremidades de fibra da influência de partículas de poeira. Estes procedimentos foram adotados para prevenir desalinhamento freqüentes e perdas de eficiência de acoplamento devido ao arranjo de posicionamento composto de componentes não conectorizados e que precisou ser adotado para acoplamento de luz nas amostras de EDTF.

A Fig. 4.1 apresenta um diagrama de blocos que representa o aparato experimental, o qual serviu tanto para a extração de medidas referentes às amostras de fibra padrão quanto às de microestruturadas. Os lasers 1 e 2 representam dois lasers de bombeio da marca EM4 S/N D05110213 e JDS 27-8000-240, respectivamente, que proporcionam até 200 mW cada um em torno do comprimento de onda de 980 nm. Estes lasers, com saída em rabicho de fibra conectorizado, tiveram seus feixes acoplados às amostras de fibra de telurito após passarem por acopladores seletivos em comprimento de onda (WDM – wavelength division multiplexer) e foram responsáveis pelo fornecimento de energia para o processo de amplificação. Os WDMs também possuíam saídas em rabicho de fibra conectorizado (FC/APC). Seguindo um formalismo advindo das análises de amplificadores à fibra convencional dopada com Érbio, a utilização de apenas um destes lasers por vez constituía as situações de medição do sistema com bombeio co- propagante (Co-propa) e contra-propagante (Contra-propa). A utilização simultânea dos mesmos criava as condições de medição bidirecional. Segundo a disposição na Fig. 4.1 e considerando-se

o laser de sinal (laser 3), a condição de operação co-propagante era alcançada com a operação exclusiva do laser 2 e a de contra-propagante com a do laser 1.

Figura 4.1 – Montagem experimental utilizada para as medições das características de amplificação de várias amostras de fibras de vidro telurito dopadas com Érbio.

O laser 3 representa o sinal a ser amplificado pela amostra de EDTF. Para análise da resposta de amplificação desta fibra em relação a diferentes comprimentos de onda de sinal, utilizou-se um laser sintonizavel (SANTEC MLS 2100) na faixa de 1530 a 1570 nm, com potência de saída máxima da ordem de 10 dBm. A luz deste laser era acoplada à amostra de EDTF após sua passagem por um isolador, um atenuador digital (ATT), um filtro óptico (F) e um WDM. A função do isolador (JDS 27-8000-240) é a de evitar que a potência óptica refletida pelos componentes retorne para o interior do laser, evitando-se, assim, ressonâncias indesejadas e garantindo a proteção do mesmo. O atenuador digital (Agilent 81751A) foi utilizado para facilitar e propiciar maior precisão no controle nominal da potência de sinal injetada na EDTF, sem haver a necessidade de se alterar a potência diretamente no controle do laser de sinal. A necessidade do filtro óptico (AC Photonics S/N 2180860), no entanto, tem origem na característica de emissão do próprio laser do sinal. Durante as medições iniciais das características espectrais de saída da EDTF, observou-se que o espectro do laser sintonizável distorcia o resultado que estava sendo obtido, principalmente quando a potência de bombeio era baixa. Assim, utilizou-se um filtro de

banda estreita, com cerca de aproximadamente 0,4 nm, para eliminar os lóbulos na base do espectro do laser de sinal, como ilustrado na Fig. 4.2.

Para a obtenção das medidas provenientes da EDTF, utilizou-se um analisador de espectro óptico (OSA – optical spectral analyzer) da Anritsu, modelo MS 9710B. O equipamento foi configurado com largura de banda de resolução de 1,0 nm, largura da banda de vídeo de 100 Hz, número de amostras por varredura de 1001 pontos, faixa de medida (SPAN) de 300 nm e nível de referência de -10 dBm com 7 dB/divisão. A aquisição dos dados do OSA foi feita através de um PC, interligado por um conversor GPIB/USB e controlado pelo software LabView.

Figura 4.2 – Representação da atuação do filtro no lóbulo do laser sintonizavel.

Todos os equipamentos e dispositivos utilizados foram interligados através de cabos ou rabichos de fibra conectorizados nos formatos FC/APC (fiber connector / angled physical

contact), em sua grande maioria, e FC/PC (fiber connector / physical contact), com exceção das

amostras de fibras de vidro telurito. Infelizmente, a EDTF é extremamente frágil, o que impossibilitou o emprego do processo de conectorização utilizado para as fibras de sílica. Assim, houve a necessidade de se utilizar posicionadores discretos do tipo x-y-z (Melles Griot) para mover e alinhar as amostras de EDTF em relação ao restante do aparato experimental e, portanto, propiciar o acoplamento e desacoplamento de luz. Neste caso, segmentos de fibra de sílica com um dos lados conectorizados em FC/APC e o outro clivado em 90º foram utilizados como estágios de adaptação entre os WDMs e as extremidades das EDTF (ver Fig. 4.1). Após a clivagem em 90º de ambos os lados das amostras de fibra de telurito, estas foram fixadas em

suportes e colocadas sobre posicionadores. Na etapa seguinte, estes posicionadores foram ajustados para alinhar ao máximo os eixos ópticos das duas fibras e permitir a aproximação de ambas, conforme ilustrado na Fig. 4.3. Deve-se destacar que houve testes onde o acoplamento de luz por aproximação foi substituído por aquele que utiliza lentes de focagem e colimação. Porém, devido aos diferentes comprimentos de onda dos feixes envolvidos no processo, não se conseguiu maximizar o ajuste de acoplamento para um sem prejuízo do outro. No final, o procedimento de aproximação foi o que apresentou melhores resultados, principalmente devido ao diâmetro do núcleo da EDTF.

Figura 4.3 – Alinhamento e aproximação entre a fibra de adaptação e uma das extremidades de uma amostra de EDTF.

Apesar do alinhamento adotado ter permitido análises das características de amplificação da EDTF, ele ainda apresenta deficiências, pois, ao se clivarem as fibras perpendicularmente, surgem reflexões indesejadas que originam perda de potência óptica (especialmente devido ao alto índice de refração das fibras de telurito). Para se minimizar este problema, as fibras poderiam ser clivadas angularmente. Porém, esse processo não é simples para as fibras de vidro telurito devido a sua fragilidade, necessitando-se de processos especiais para esse fim que ainda não estão disponíveis comercialmente [43]. Além do processo de clivagem não ser trivial, surge à necessidade de se encontrar o melhor ângulo para o processo. Como os índices de refração entre

as fibras de sílica e de vidro telurito são diferentes, os ângulos de clivagem também o são, prejudicando o processo de acoplamento entre os dois tipos de fibra via conectorização angulada.

Com o objetivo de padronizar as montagens durante o alinhamento, as amostras de fibras de vidro telurito e as extremidades não-conectorizadas das fibras de adaptação foram fixadas sobre bases de acrílico, como ilustrado na Fig. 4.4, que foram presas a posicionadores. Especialmente no caso da EDTF, este procedimento facilitou o manuseio das amostras e permitiu melhor apoio destas fibras sobre os blocos x-y-z. Ao utilizarem-se os suportes de acrílico, conseguiu-se diminuir consideravelmente a movimentação das pontas das fibras durante as medições devido à dilatação térmica ocasionada pela passagem de grande potência óptica, principalmente para as amostras maiores que 5 cm. Ao aquecer-se a fibra, a dilatação linear ocasionada gera uma movimentação indesejada da fibra, acarretando no desalinhamento do sistema. Quando fixas, as fibras, ao se dilatarem, têm apenas movimentação entre os pontos de apoio, mantendo-se as extremidades com um mínimo de movimentação. A Fig. 4.5 mostra a disposição do arranjo posicionador mais suporte, com destaque para o comportamento da fibra com bombeio injetado.

Cola

Sílica

Cola

Sílica

Telurito

Cola

~1 mm

Suporte de acrílico

Figura 4.4 – Pontos de fixação para as extremidades não-conectorizadas das fibras ópticas sobre os suportes de acrílico.

Utilizaram-se estes materiais devido à facilidade de manufatura e obtenção dos mesmos. Utilizou-se cola rápida comum, encontrada facilmente em lojas de ferramentas.

Suportes de acrílico

Fibra de telurito

posicionador Fibras de sílica

Figura 4.5 – Foto dos suportes de acrílico utilizado como base de fixação pára fibras sem conectores em suas extremidades.