Novel design of FBG-based composite double notch VSB filter for DWDM systems

This paper proposes a novel design of optical filters based on a cascade of tailored fiber Bragg gratings (FBGs) operating in the transmission regime. As an example of the application of the proposed general technique, ultranarrow optical vestigial sideband (VSB) filtering based on two FBGs operating in the transmission regime was examined. This design can be easily implemented by writing FBG-based filters for each wavelengthdivision-multiplexing channel before multiplexing. © 2006 IEEE.

Side detection of strong radiation-mode out-coupling from blazed FBGs in single-mode and multimode fibers

We report on the effective side detection of radiation-mode out-coupling from blazed fiber Bragg gratings (BFBGs) fabricated in single-mode fiber (SMF) and multimode fiber (MMF). The far-field radiation power distribution from BFBGs have been measured achieving a high spatial-spectral resolution (0.17 mm/nm). We have also investigated comparatively the transmission-loss characteristics of BFBGs in both fiber types, fabricated using phase-mask and holographic inscription techniques. Our results reveal clearly that the radiation out-coupling from BFBGs is significantly stronger and spectrally more confined in MMF than in SMF.

Polarization effects in polymer FBGs:study and use for transverse force sensing

Bragg gratings photo-inscribed in polymer optical fibers (POFs) are more sensitive to temperature and pressure than their silica counterparts, because of their larger thermo-optic coefficient and smaller Young's modulus. Polymer optical fiber Bragg gratings (POFBGs) are most often photo-written in poly(methylmethacrylate) (PMMA) based materials using a continuous-wave 325 nm HeCd laser. In this work, we present the first study about birefringence effects in POFBGs manufactured in different types of fiber. To achieve this, highly reflective (> 90%) gratings were produced with the phase mask technique. Their spectral response was then monitored in transmission with polarized light. Polarization dependent loss (PDL) and differential group delay (DGD) were computed from the Jones matrix eigenanalysis using an optical vector analyzer. Maximum values exceeding several dB and a few picoseconds were obtained for the PDL and DGD, respectively. An inverse scattering technique applied to the experimental data provided an estimate of the photo-induced birefringence value arising from the side fabrication process. The response to lateral force was finally investigated for various incident directions using the PDL response of FBGs manufactured in step-index POFs. As the force induced birefringence adds to the photo-induced one, a force dependent evolution of the PDL maximum value was noticed, with a good temperature-insensitivity.

A self-referenced optical intensity sensor network using POFBGs for biomedical applications

This work bridges the gap between the remote interrogation of multiple optical sensors and the advantages of using inherently biocompatible low-cost polymer optical fiber (POF)-based photonic sensing. A novel hybrid sensor network combining both silica fiber Bragg gratings (FBG) and polymer FBGs (POFBG) is analyzed. The topology is compatible with WDM networks so multiple remote sensors can be addressed providing high scalability. A central monitoring unit with virtual data processing is implemented, which could be remotely located up to units of km away. The feasibility of the proposed solution for potential medical environments and biomedical applications is shown.

WDM sensor network approach:bridging the gap towards POF-based photonic sensing

In this work a self-referenced technique for fiberoptic intensity sensors using virtual lock-in amplifiers is proposed and discussed. The topology is compatible with WDM networks so multiple remote sensors can simultaneously be interrogated. A hybrid approach combining both silica fiber Bragg gratings and polymer optical fiber Bragg gratings is analyzed. The feasibility of the proposed solution for potential medical environments and biomedical applications is shown and tested using a selfreferenced configuration based on a power ratio parameter.

Sensoriamento óptico quase-distribuído aplicado ao monitoramento de trocadores de calor de usinas hidrelétricas

This work aims to develop optical sensors for temperature monitoring in hydroelectric power plant heat exchangers. The proposed sensors are based on the Fiber Bragg Gratings technology. First of all, a prototype with three sensors inscribed in a same fiber was developed. This fiber was then fixed to a conventional Pt100 sensor rod and inserted in a thermowell. The ensemble was then calibrated in a workbench, presenting a maximum combined uncertainty of 2,06 °C. The sensor was installed in one of the heat exchangers of the Salto Osório’s hydroelectric power plant. This power plant is situated in the Iguaçu river, at the Paraná state. Despite the satisfactory results, the sensor was improved to a second version. In this, fifteen optical Bragg sensors were inscribed in a same fiber. The fixation with a conventional sensor was no longer necessary, because the first version results comproved the efficiency and response time in comparison to a conventional sensor. For this reason, it was decided to position the fiber inside a stainless steel rod, due to his low thermal expansion coefficient and high corrosion immunity. The utilization of fifteen fiber Bragg gratings aims to improve the sensor spatial resolution. Therefore, measurements every ten centimeters with respect to the heat exchanger’s height are possible. This provides the generation of a thermal map of the heat exchanger’s surface, which can be used for determination of possible points of obstruction in the hydraulic circuit of the heat exchanger. The heat exchanger’s obstruction in hydroelectric power plants usually occur by bio-fouling, and has direct influence in the generator’s cooling system efficiency. The obtained results have demonstrated the feasibility in application of the optical sensors technology in hydroelectric power plants.

Temperature and stress tuning characteristics of long-period gratings imprinted in Panda fiber

Temperature and stress tunabilities of long-period Bragg gratings imprinted in Panda fiber are presented in this letter. It is shown that the temperature and strain response of the resonance peaks for fast and slow axes are different not only in their magnitudes but also in the signs of the slope. Furthermore, the characteristics for different order modes are different both in magnitudes and signs. The complicated phenomena are discussed by using a simplified model.

Refractive index sensor based on a pair of hybrid 45° and 81° tilted fiber gratings

A hybrid structure comprising of a 45° and an 81° TFG based RI sensor has been demonstrated. The experiment results show a higher RI sensitivity, being around 180nm/RIU at RI=1.345 and 926nm/RIU at RI=1.412 region. © 2014 OSA.

Proposal and design of phase-modulated fiber gratings in transmission for pulse shaping

A novel approach to pulse shaping using a phase-modulated fiber Bragg grating (FBG) in transmission is proposed and designed. We show that phase-modulated FBGs can provide transmission responses suitable for pulse shaping applications, offering important technological feasibility benefits, since the coupling strength remains basically uniform in the grating. Moreover, this approach retains the substantial advantages of FBGs in transmission, such as optimum energy efficiency, no requirement for an optical circulator, and robustness against fabrication errors.

On a fiber grating sensor system with the capacity of cross-sensitivity discrimination

A novel fiber Bragg grating (FBG) sensor system based on an interrogating technique by two parallel matched gratings was designed and theoretically discussed. With an interrogation grating playing the role of temperature compensation grating simultaneously, the wavelength drifts induced by temperature and strain were discriminated. Additionally, the expressions of temperature and strain were deduced for our solution, and dual-value problem and cross sensitivity were solved synchronously through data processing. The influence of the FBG's parameters on the dynamic range and precision was discussed. Besides, the change of environment temperature cannot influence the dynamic range of the sensor system through temperature tuning. The system proposed in this paper will be of great significance to accelerate the real engineering applications of FBG sensing techniques. (c) 2007 Elsevier GmbH. All rights reserved.

Sensores de Bragg para bioaplicações

Nas últimas décadas, os sensores de Bragg têm sido frequentemente utilizados em inúmeras aplicações, em resultado das características únicas desta tecnologia. Contudo, a comunidade científica tem feito um esforço contínuo em desenvolver sensores que respondam tanto quanto possível aos requisitos e interesses de cada aplicação em particular. As bioaplicações são um campo de crescente interesse pelos sensores de Bragg, atendendo à heterogeneidade e complexidade dos meios de análise em questão. No âmbito desta dissertação foi realizada uma análise teórica dos princípios de funcionamento das redes de Bragg, focada em redes uniformes e inclinadas. Foi também descrito o processo de produção de redes de Bragg regeneradas. Redes de Bragg uniformes foram aplicadas na caracterização da reacção de polimerização e cura de materiais dentários, nomeadamente resina para base de dentadura, cimentos e gessos. Foi feita uma análise comparativa do desempenho de diferentes tipos de cimentos e gessos. Em relação ao gesso foi ainda avaliada a influência do rácio água/pó nas propriedades do material. Devido à importância que o índice de refracção tem na detecção de substâncias, doenças e controlo de qualidade de produtos, foi desenvolvido um sensor de índice de refracção baseado numa rede de Bragg inclinada. Implementaram-se também sensores para medição simultânea de índice de refracção e deformação, índice de refracção e temperatura e índice de refracção, deformação e temperatura, todos baseados numa única rede inclinada. O último dispositivo foi validado em ambiente laboratorial. Com o propósito de desenvolver um sensor baseado em redes de Bragg para monitorização da deformação óssea, foi avaliada a biocompatibilidade da fibra óptica em cultura de células osteoblásticas, e analisada a integridade física e funcionalidade da rede de Bragg nesse meio. O interesse em aumentar a sensibilidade e alargar a gama de trabalho dos sensores conduziu ao revestimento das fibras ópticas. Atendendo ao potencial índole biológica e biomédica do trabalho, usou-se como material de recobrimento o diamante, dada a excelente resposta em termos de biocompatibilidade, resistência à corrosão, não toxicidade e afinidade para espécies químicas e biológicas. Os filmes foram obtidos por deposição química a partir da fase vapor assistida por filamento quente. Para além de amostras de fibra óptica, foram revestidas redes de Bragg uniformes e regeneradas. Os sensores revestidos com diamante foram caracterizados à deformação e à temperatura.

Fiber-optic components for optical communicatios and sensing

Nos últimos anos, a Optoelectrónica tem sido estabelecida como um campo de investigação capaz de conduzir a novas soluções tecnológicas. As conquistas abundantes no campo da óptica e lasers, bem como em comunicações ópticas têm sido de grande importância e desencadearam uma série de inovações. Entre o grande número de componentes ópticos existentes, os componentes baseados em fibra óptica são principalmente relevantes devido à sua simplicidade e à elevada de transporte de dados da fibra óptica. Neste trabalho foi focado um destes componentes ópticos: as redes de difracção em fibra óptica, as quais têm propriedades ópticas de processamento únicas. Esta classe de componentes ópticos é extremamente atraente para o desenvolvimento de dispositivos de comunicações ópticas e sensores. O trabalho começou com uma análise teórica aplicada a redes em fibra e foram focados os métodos de fabricação de redes em fibra mais utilizados. A inscrição de redes em fibra também foi abordado neste trabalho, onde um sistema de inscrição automatizada foi implementada para a fibra óptica de sílica, e os resultados experimentais mostraram uma boa aproximação ao estudo de simulação. Também foi desenvolvido um sistema de inscrição de redes de Bragg em fibra óptica de plástico. Foi apresentado um estudo detalhado da modulação acústico-óptica em redes em fibra óptica de sílica e de plástico. Por meio de uma análise detalhada dos modos de excitação mecânica aplicadas ao modulador acústico-óptico, destacou-se que dois modos predominantes de excitação acústica pode ser estabelecidos na fibra óptica, dependendo da frequência acústica aplicada. Através dessa caracterização, foi possível desenvolver novas aplicações para comunicações ópticas. Estudos e implementação de diferentes dispositivos baseados em redes em fibra foram realizados, usando o efeito acústico-óptico e o processo de regeneração em fibra óptica para várias aplicações tais como rápido multiplexador óptico add-drop, atraso de grupo sintonizável de redes de Bragg, redes de Bragg com descolamento de fase sintonizáveis, método para a inscrição de redes de Bragg com perfis complexos, filtro sintonizável para equalização de ganho e filtros ópticos notch ajustáveis.

Modelo teórico de sensores ópticos baseados em fibras com grade de Bragg

Ao se aplicar uma tração exterior a uma fibra óptica, seu índice de refração pode modificar devido ao efeito foto-elástico. Quando a fibra contém uma grade de Bragg inscrita em seu núcleo, além do índice de refração seu período espacial também modifica, permitindo sua aplicação como sensores ópticos de temperatura e/ou deformação de alta sensitvidade. Do ponto de vista teórico, até o presente a operação de sensores baseados em fibras ópticas com grade de Brag (FGB) é explicada pelo efeito foto-elástico, através de componentes adequadas do tensor foto-elástico de fibras de sílica dopadas com germânio (germano-silicatadas). Em praticamente toda a literatura previamente estudada, apenas este tipo de fibra óptica tem suas propriedades optomecânicas bem definidas, o que pode representar uma restrição. Nesta dissertação apresentamos uma formulação teórica alternativa para o estudo das propriedades de um sensor de deformação longitudinal baseado em fibra óptica com grade de Bragg (FGB) que não depende do conhecimento prévio das componentes do tensor foto-elástico, e que leva a resultados que dependem apenas da razão de Poisson da fibra, uma característica mecânica facilmente mensurável, e de seu índice de refração efetivo. Os resultados obtidos com este modelo apresentam ótima concordância com aqueles obtidos pelo modelo conhecido da literatura, além de permitir estimar o comportamento de outros parâmetros relacionados ao espectro de refletividade da FGB.

First in-vivo trials of a fibre Bragg grating based temperature profiling system

We describe the results of in-vivo trials of a portable fiber Bragg grating based temperature profile monitoring system. The probe incorporates five Bragg gratings along a single fiber and prevents the gratings from being strained. Illumination is provided by a superluminescent diode, and a miniature CCD based spectrometer is used for demultiplexing. The CCD signal is read into a portable computer through a small A/D interface; the computer then calculates the positions of the center wavelengths of the Bragg gratings, providing a resolution of 0.2°C. Tests were carried out on rabbits undergoing hyperthermia treatment of the kidney and liver via inductive heating of metallic implants and comparison was made with a commercial Fluoroptic thermometry system.

First in-vivo trials of a fibre Bragg grating based temperature profiling system

We describe the results of in-vivo trials of a portable fiber Bragg grating based temperature profile monitoring system. The probe incorporates five Bragg gratings along a single fiber and prevents the gratings from being strained. Illumination is provided by a superluminescent diode, and a miniature CCD based spectrometer is used for demultiplexing. The CCD signal is read into a portable computer through a small A/D interface; the computer then calculates the positions of the center wavelengths of the Bragg gratings, providing a resolution of 0.2 °C. Tests were carried out on rabbits undergoing hyperthermia treatment of the kidney and liver via inductive heating of metallic implants and comparison was made with a commercial Fluoroptic thermometry system.