2 Conceitos Básicos de Redes de Bragg

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1 Capítulo Coceitos Básicos de Redes de Bragg 1 Coceitos Básicos de Redes de Bragg.1. Redes de Bragg em fibras ópticas Uma rede de Bragg gravada em uma fibra óptica costitui uma modulação local e periódica do ídice de refração do úcleo da fibra (Figura.). Normalmete, utilizam-se fibras com alta cocetração de germâio. Rede de Bragg Núcleo + Δ Período Figura. - Esquema da modulação local do ídice de refração do úcleo da fibra óptica que costitui a rede de Bragg. A rede de Bragg opera como um filtro espectral reflexivo que selecioa um comprimeto de oda de uma bada larga de comprimetos de oda que teham sido acoplados à fibra (Figura.3). Este comprimeto de oda, chamado de comprimeto de oda de Bragg ( ) está relacioado com a periodicidade espacial da modulação do ídice de refração,, e com o ídice de refração efetivo do úcleo, eff, através da equação (.1) [14,15]. (.1) B = eff Na Figura.3 é represetada uma rede de Bragg sedo ilumiada por uma fote de luz de bada espectral larga. Uma faixa estreita do espectro de luz,

2 Capítulo Coceitos Básicos de Redes de Bragg cetrada o comprimeto de oda de Bragg, é refletida, e o restate do espectro é trasmitido. Sial refletido Sial trasmitido Figura.3 - Esquema do pricípio de operação de uma rede de Bragg em fibra óptica. Uma faixa estreita do espectro de luz, cetrada o comprimeto de oda de Bragg ( ) é refletida, e o restate do espectro é trasmitido Rede de Bragg Atuado como Sesor Devido aos efeitos foto-elástico e termo-óptico, tato esforços mecâicos logitudiais quato variações a temperatura provocam o deslocameto do comprimeto de oda de Bragg. A equação. descreve o comportameto do comprimeto de oda de Bragg em fução de variações o comprimeto da fibra (Δl) e de variações de temperatura (ΔT),

3 Capítulo Coceitos Básicos de Redes de Bragg 3 eff eff Δ = + eff l + eff ΔT l l Δ + T T (.) ode T é a temperatura. O primeiro termo da equação. represeta o efeito da deformação logitudial ( ε z ) sobre a fibra óptica. Este correspode à variação da periodicidade da rede e a uma mudaça o ídice de refração. Reescrevedo este termo em fução da deformação e da costate elasto-óptica (p e ), ( p e ) ε z Δ = B 1+ (.3) eff Sedo p [ p ( p p )] = ν 1 (.4) e ode p 11 e p 1 são compoetes do tesor elasto-óptico, e ν é a razão de Poisso. Para uma fibra óptica de germao-silicato, p 11 = 0,113, p 1 = 0,5, ν = 0,16 e eff = 1,48 [15]. Usado estes parâmetros a equação.3, pode-se calcular a sesibilidade de uma rede de Bragg. Por exemplo, para = 1550 m, quado a rede de Bragg for submetida a uma deformação igual a 1με, ocorre um deslocameto o comprimeto de oda de Bragg igual a 1, pm. Uma represetação dos efeitos de tração e compressão sobe uma rede de Bragg pode ser visualizada a Figura.4 que mostra o exemplo de uma rede de Bragg atuado como sesor. Nesta figura, pode-se observar que ocorre um deslocameto o comprimeto de oda de Bragg quado esta é submetida a tração ou compressão. No caso da tração, uma variação positiva do comprimeto de oda será obtida como coseqüêcia de um aumeto a periodicidade espacial da rede de Bragg. Já para uma rede de Bragg submetida a compressão, a variação do comprimeto de oda será egativa, devido a uma dimiuição o período espacial da rede de Bragg.

4 Capítulo Coceitos Básicos de Redes de Bragg 4 Tração Compressão Sial Refletido Rede ão deformada Sial Refletido Rede tracioada Sial Refletido Rede comprimida Potêcia Potêcia Potêcia Figura.4 - Esquema do deslocameto espectral de uma rede de Bragg submetida a tração e compressão. O segudo termo da equação. represeta o efeito da temperatura sobre a fibra óptica. A variação do comprimeto de oda de Bragg devido a variações o período espacial da rede de Bragg,, e o ídice de refração ( eff ). Reescrevedo este termo em fução do coeficiete de expasão térmica da fibra ( α ),e do coeficiete termo-elástico do úcleo ( α ), temos que, [15]: ( α + ) ΔT Δ = B α (.5) 0,55 Para uma fibra óptica dopada com germâio, α é aproximadamete igual a 6 10 C -1, e α é aproximadamete igual a 8, C -1. Desta forma, a sesibilidade de uma rede de Bragg cetrada em = 1550 m é aproximadamete igual a 13 pm/ C. A variação do comprimeto de oda de Bragg descrita pela equação. é o que permite o uso de redes de Bragg como sesor de deformação e de temperatura, pois qualquer deformação a rede de Bragg ou alteração de temperatura poderá ser observada através da variação do comprimeto de oda de Bragg [15]. A luz refletida pela rede é eviada a um sistema de detecção que

5 Capítulo Coceitos Básicos de Redes de Bragg 5 mede o valor do seu comprimeto de oda de Bragg. Variações Δ este comprimeto de ode podem etão ser correlacioadas com alterações do parâmetro que está sedo moitorado.