OBTENÇÃO DE MICROFIBRAS BIRREFRINGENTES

fibras ópticas convencionais e posterior redução das dimensões de tais fibras polidas. De forma análoga ao processo descrito em [19], o polimento visa tornar a fibra assimétrica e a redução de suas dimensões faz com que a fibra se torne birrefringente (a assimetria criada pelo processo de polimento induz uma birrefringência desprezível quando a fibra está com suas dimensões origi- nais; a redução das dimensões da fibra é necessária para que a birrefringência induzida deixe de ser desprezível). Apresentar-se-á, igualmente, um estudo da evolução do valor da birrefringência nas microfibras em função do diâmetro das mesmas, bem como analisaremos a aplicação de tais microfibras para medidas de sensoriamento de índice de refração com altíssima sensibilidade.

OBTENÇÃO DE MICROFIBRAS BIRREFRINGENTES

Como discutido anteriormente, a birrefringência em fibras ópticas consiste em uma pro- priedade relacionada à diferença entre os índices de refração efetivos para os diferentes estados

de polarização dos modos propagantes no guia de onda. Tal propriedade pode ser observada exemplo, quando existe uma anisotropia geométrica no guia onde a onda se propaga.

Assim, no sentido se (fibra óptica) fosse birrefringente, cas convencionais. A montagem um cilindro associado a uma lixa

conectado a um motor. Este cilindro se encontra na extremidade de um sistema de alavanca e é contrabalanceado por uma peça posicionada na

ao centro de rotação da alavanca). O o polimento, o cilindro é posicio cilindro é imprescindível pa fraturá-la. [20]

A fim de se realizar o polimento, a fibra é primeiramente fixada sobre uma superfície pl na e, em seguida, posiciona

está associada à lateral do cilindro, observa fibra é removido, de modo que a fibra per

longitudinal de fibra polido seja da ordem de 2.5 cm; tal valor é estimado ao se analisar a imagem da lateral da fibra óptica após o polimento

(a)

Figura 2.5 (a) Esquema e (b) fotografia do a

13

de polarização dos modos propagantes no guia de onda. Tal propriedade pode ser observada quando existe uma anisotropia geométrica no guia onde a onda se propaga.

se de obter a anisotropia geométrica necessária para que o guia birrefringente, iniciou-se o estudo acerca do polimento lateral de fibras ópt A montagem utilizada para polimento das fibras (Figura

associado a uma lixa (malha 220) capaz de girar em torno de seu eix

Este cilindro se encontra na extremidade de um sistema de alavanca e é contrabalanceado por uma peça posicionada na direção diametralmente oposta a

ao centro de rotação da alavanca). O sistema de alavanca é importante uma vez que, para realizar o polimento, o cilindro é posicionado sobre a fibra óptica; portanto, contrabalancear o peso do

imprescindível para que a pressão que o cilindro exerce sobre a fibra não

A fim de se realizar o polimento, a fibra é primeiramente fixada sobre uma superfície pl na e, em seguida, posiciona-se o cilindro sobre a fibra e faz-se com que este gire. Como uma lixa está associada à lateral do cilindro, observa-se que à medida que este gira,

removido, de modo que a fibra perde sua simetria circular. Estima

e fibra polido seja da ordem de 2.5 cm; tal valor é estimado ao se analisar a imagem da lateral da fibra óptica após o polimento.

(a) Esquema e (b) fotografia do arranjo experimental utilizado para o polimento lateral de fibras ópticas. de polarização dos modos propagantes no guia de onda. Tal propriedade pode ser observada, por

quando existe uma anisotropia geométrica no guia onde a onda se propaga.

ia geométrica necessária para que o guia de onda se o estudo acerca do polimento lateral de fibras ópti-

Figura 2.5) é composta por girar em torno de seu eixo – por estar Este cilindro se encontra na extremidade de um sistema de alavanca e é tralmente oposta a ele (em relação uma vez que, para realizar , contrabalancear o peso do a pressão que o cilindro exerce sobre a fibra não aja de forma a

A fim de se realizar o polimento, a fibra é primeiramente fixada sobre uma superfície pla- se com que este gire. Como uma lixa se que à medida que este gira, parte do material da . Estima-se que o comprimento e fibra polido seja da ordem de 2.5 cm; tal valor é estimado ao se analisar a imagem

(b)

A Figura 2.6a apresenta uma imagem de microscopia óptica referente à lateral de uma f bra polida por 5 minutos e a Figura

de uma fibra óptica convencional que foi lixada por um período de microscopia apresentada na Figura

simétrica. A Tabela 2.1 apresenta a profundidade da região polida para diferentes períodos de polimento (a velocidade de rotação do cilindro que gira sobre a fibra é a mesma para as diferentes situações analisadas; assim, os tempos de polimento podem ser assoc

didade da região polida).

(a)

Figura 2.6 (a) Imagem de microscopia óptica da lateral de

seção transversal de uma fibra polida. O círculo vermelho indica que a fibra perdeu sua simetria circular.

Tabela 2.1 Profundidade da região polida para diferentes tempos de polimento.

Tempo de polimento

1 min 2 min 3 min

14

uma imagem de microscopia óptica referente à lateral de uma f Figura 2.6b expõe uma microscopia eletrônica referente à secção reta uma fibra óptica convencional que foi lixada por um período de 5 minutos. Ao se observar tal Figura 2.6b, pode-se perceber que a fibra não é mais circularmente apresenta a profundidade da região polida para diferentes períodos de (a velocidade de rotação do cilindro que gira sobre a fibra é a mesma para as diferentes situações analisadas; assim, os tempos de polimento podem ser associados diretamente à profu

(b)

(a) Imagem de microscopia óptica da lateral de uma fibra polida. (b) Imagem de m

a fibra polida. O círculo vermelho indica que a fibra perdeu sua simetria circular.

Profundidade da região polida para diferentes tempos de polimento.

Tempo de polimento Profundidade da região p

9.9 µm 14.8 µm 16.7 µm

uma imagem de microscopia óptica referente à lateral de uma fi- eletrônica referente à secção reta

minutos. Ao se observar tal é mais circularmente apresenta a profundidade da região polida para diferentes períodos de (a velocidade de rotação do cilindro que gira sobre a fibra é a mesma para as diferentes iados diretamente à profun-

(b) Imagem de microscopia eletrônica da a fibra polida. O círculo vermelho indica que a fibra perdeu sua simetria circular.

Profundidade da região polida para diferentes tempos de polimento.

Tal alteração estrutural, no entanto, induz uma birrefringência à fibra cujo valor é despr zível, uma vez que o modo fundamental

do núcleo da mesma. Porém, este v ca é afinada, pois, nesse caso,

externo. Logo, as características do guiamento da luz serão tropia geométrica proporcionada pelo polimento da fibra óptica.

Para a produção de fibras afinadas ( intitulada “escovação por chama

por um fator que pode ir de

ma posicionada sob a mesma. Tal chama, por estar conectada a um estágio de translação, oscila sob a fibra fazendo com que

tensão longitudinal à fibra, to do seu comprimento e a cedimento anteriormente descrito

em nosso laboratório para a fabricação dos

(a)

Figura 2.7 (a) Desenho esquemático do processo de fabricação de um grafia do sistema disponí

15

Tal alteração estrutural, no entanto, induz uma birrefringência à fibra cujo valor é despr zível, uma vez que o modo fundamental numa fibra óptica convencional

Porém, este valor de birrefringência deixa de ser desprezível se a fibra ópt afinada, pois, nesse caso, a luz passará a ser guiada na interface entre a fibra e o ambiente

. Logo, as características do guiamento da luz serão fortemente influenciada proporcionada pelo polimento da fibra óptica.

Para a produção de fibras afinadas (tapers), faz-se uso, em nosso laboratório escovação por chama” [21]. Nesta técnica, um trecho bem def

de três a mais de 200 vezes. Para tanto, a fibra é aquecida por uma ch ma posicionada sob a mesma. Tal chama, por estar conectada a um estágio de translação, oscila

fazendo com que a viscosidade desta seja decrescida. Dessa forma,

fibra, esta é esticada, o que possibilita, por conservação de massa, o aume a diminuição da sua espessura ( [22], [23]). A

cedimento anteriormente descrito e a Figura 2.7b apresenta uma fotografia do sistema disponível a fabricação dos tapers.

Desenho esquemático do processo de fabricação de um taper (Extraído da grafia do sistema disponível em nosso laboratório para fabricação dos

Tal alteração estrutural, no entanto, induz uma birrefringência à fibra cujo valor é despre- numa fibra óptica convencional está confinado à região alor de birrefringência deixa de ser desprezível se a fibra ópti-

a ser guiada na interface entre a fibra e o ambiente fortemente influenciadas pela aniso-

em nosso laboratório, da técnica um trecho bem definido da fibra é afinado Para tanto, a fibra é aquecida por uma cha- ma posicionada sob a mesma. Tal chama, por estar conectada a um estágio de translação, oscila

decrescida. Dessa forma, ao se aplicar uma possibilita, por conservação de massa, o aumen-

A Figura 2.7a ilustra o pro- b apresenta uma fotografia do sistema disponível

(b)

(Extraído da referência [23]). (b) Foto- vel em nosso laboratório para fabricação dos tapers.

16

Figura 2.8 Simulação para a distribuição de energia transportada por um taper de fibra lixada de 0.75 µm de diâme- tro. Preto identifica alta intensidade e amarelo baixa intensidade. Simulação realizada por Dr. Felipe Beltrán-Mejía.

A diminuição das dimensões da fibra óptica faz com que o campo evanescente do modo que viaja pela fibra passe a permear o meio externo a mesma. Assim, ao se fabricar um taper a partir da fibra polida (esquema apresentado na Figura 2.8), pode-se observar que a luz será guiada em uma estrutura assimétrica, o que implicará em diferentes índices de refração efetivos corres- pondentes aos modos ortogonais guiados na fibra óptica. Um taper de fibra polida é, portanto, um guia de onda birrefringente.

Com o intuito de se analisar as propriedades de birrefringência de tais fibras, apresenta-se, na seção seguinte, um estudo relativo à evolução da birrefringência de grupo das mesmas em função do diâmetro do taper. A medida da birrefringência de grupo é realizada a partir de uma montagem experimental na qual se permite que os modos correspondentes aos dois estados orto- gonais de polarização possam interferir. Ademais, resultados de simulação (obtidos pelo Dr. Feli- pe Beltrán-Mejía, pesquisador em estágio de pós-doutoramento em nosso grupo de pesquisas) são utilizados para embasar a análise dos dados experimentais.