Título
Design and fabrication of photonic devices based on multimode interference
Autor
JOSE ENRIQUE ANTONIO LOPEZ
Colaborador
JOSE JAVIER SANCHEZ MONDRAGON (Asesor de tesis)
DANIEL ALBERTO MAY ARRIOJA (Asesor de tesis)
Nivel de Acceso
Acceso Abierto
Materias
Resumen o descripción
The actual tendency on microfabrication of device structures based on
optical fibers have yield to multiple interesting applications. This because them
rapid response and great capacity for data transmission. Such devices are
developed by using either a combination of single mode and multi-mode
fibers or by using them separately. On many occasions, it is necessary to
introduce some other materials in order to improve their performances and to
provide responses not accessible using just fibers. That is the case of the
devices presented in this Thesis, which are based on the multimode
interference effect arising in MMFs.
In the present work we have developed the following devices:
We present the design and implementation of a micro-displacement
sensor. The structure is composed by a piece of MMF spliced to another
segment of SMF. Then, another SMF is inserted into a capillary tube filled
with index matching liquid. Since the refractive index of the liquid is higher
than the one of the tube, a liquid multimode guide (diameter of 125 μm) is
induced between the inner fibers. As a result, when the fibers are separated
this effectively increases the length of the MMF. Since the peak wavelength
response of MMI devices is very sensitive when the MMF length is modified.
Two liquid level sensors were developed using two different MMF: a
standard 105/125 and a special MMF. The 105/125 MMF provides discrete
operation, while the special MMF provides both continuous and discrete liquid
level sensing. In both cases multiplexing is achieved by using different MMF
lengths in the MMI device, and the refractive index of the liquid can be also
measured. The use of the special fiber has the advantage that its sensing
range can be increased during continuous level sensing by using a longer
MMF which correspond to higher self-imaging orders.
A temperature sensor consisting of a MMF without cladding surrounded by
index matching liquid was showed. Since the liquid used has a higher thermooptic
coefficient than silica, when the sensor is heated the MMI spectral
response is significantly modified. We show also that by reducing the core
diameter of the MMF the sensitivity is further enhanced.
An optofluidically tunable bandpass filter for fiber laser applications is
demonstrated.
La tendencia actual en la fabricación de dispositivos basados en fibras ópticas conlleva a múltiples aplicaciones de estas debido a su rápida respuesta y a su gran capacidad de transmisión de datos. Tales dispositivos se elaboran combinando las múltiples características de las fibras, ya sea utilizando solo SMF o solo MMF, o haciendo una combinación de ambas fibras. Además, en algunos dispositivos se hace uso de otros materiales para lograr una mejor manipulación de ellos o para alcanzar resultados que no se podrían lograr utilizando solamente las fibras. Tal es el caso de los dispositivos elaborados en esta tesis, ellos son basados en el efecto de MMI. Por lo tanto, es necesario usar SMF y MMF para elaborar estructuras mono modo, multimodo y mono modo. Los dispositivos obtenidos son los siguientes: Fue diseñado un sensor de micro-desplazamiento donde un segmento de MMF empalmado con un segmento de SMF, y otra SMF son insertados dentro de un tubo capilar llena con un líquido de índice de acoplamiento. Ya que el índice de refracción del líquido es más grande que el del tubo, se forma una guía multimodal liquida (diámetro de 125 μm) entre ambas fibras dentro del tubo. Cuando las fibras son separadas, se incrementa la longitud de la MMF. Fueron elaborados dos sensores para nivel de líquidos usando para estos casos dos diferentes MMF; una estándar 105/125 y una especial MMF. La MMF 105/125 provee operación discreta, mientras que la MMF especial provee ambas, detección de nivel continúa y discreta. En ambos casos se puede lograr operación multiplexada usando diferentes longitudes de MMF en el dispositivo MMI, y el índice de refracción del líquido puede también ser medido. El uso de la fibra especial tiene la ventaja de que su rango acción puede ser incrementado durante la detección continua usando una MMF más larga que corresponde a altos ordenes de autoimágenes. Un sensor de temperatura que consiste de una MMF sin revestimiento rodeado por un líquido de índice de acoplamiento fue demostrado. Ya que el líquido usado tiene un coeficiente termo-óptico más alto que la sílice, cuando el sensor es calentado, la respuesta espectral del MMI se modifica significativamente. Demostramos también que reduciendo el diámetro del núcleo de la MMF la sensibilidad es aún mayor.
Editor
Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica
Fecha de publicación
marzo de 2012
Tipo de publicación
Tesis de doctorado
Versión de la publicación
Versión aceptada
Recurso de información
Formato
application/pdf
Idioma
Inglés
Audiencia
Estudiantes
Investigadores
Público en general
Sugerencia de citación
Antonio-Lopez J.E.
Repositorio Orígen
Repositorio Institucional del INAOE
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