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,
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..1.1. 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),
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 1 11 + 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.
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 8,6 6 10 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
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.