Precise manufacturing of tapered optical fiber structures through plasma-based technique

Abstract

Las estructuras adelgazadas de fibra óptica, conocidas como tapers, se han propuesto y demostrado ampliamente como dispositivos fiables para aplicaciones de sensado [1], generación de supercontinuo [2] y láseres [3]. En este trabajo de tesis se propone la fabricación de estos dispositivos utilizando un sistema electromecánico de alta precisión y fácil operación para adelgazar la fibra óptica, específicamente la fibra estándar monomodo SMF. El método de fabricación consiste en estirar y trasladar la fibra a través de plasma producido por la descarga de alto voltaje (>10 kV) entre dos electrodos de tungsteno. Según nuestro conocimiento, este es el primer sistema que utiliza plasma como fuente efectiva de calentamiento de la fibra. La fabricación de estas estructuras se evalúa mediante la medición de sus dimensiones en el perfil de taper y su respuesta de transmisión espectral. El sistema presenta un alto nivel de reproducibilidad, obteniendo tapers no adiabáticos, con bajas pérdidas de inserción y mecánicamente robustos. Se consiguen dimensiones de cintura de hasta ˜6 μm y una longitud total de hasta 15 mm, manteniendo una simetría bicónica en sus transiciones y un cuello de cintura constante. Además, se presenta una comparación de las técnicas existentes para la fabricación de tapers, con el objetivo principal de posicionar y destacar las ventajas que ofrece la técnica que implementa plasma. Se presenta la implementación de uno de los tapers fabricados como un sensor de temperatura intrínseco que presenta una sensibilidad de hasta 100 picómetros/grado centígrado (pm/°C) entre temperaturas de 30 a 140 grados, lo cual nos permite validar la eficacia del sistema electromecánico propuesto, además del potencial que tienen estos dispositivos de ser implementados en las diversas aplicaciones mencionadas. Finalmente, se explican las mejoras que se pueden adaptar al sistema electromecánico así como a la producción de plasma. De esta manera, se puede explorar la fabricación de tapers utilizando distintos tipos de fibra óptica para estudiar su gran capacidad de ser implementados en diversas aplicaciones mencionadas, aprovechando todas las ventajas que presenta el uso de la fibra óptica.