Corso di Elettronica per l Automazione

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1 Corso di Elettronica per l Automazione Fabbricazione e caratterizzazione dei Long Period Gratings (LPG) Titolare del corso Prof. Andrea Cusano Assistente Ing. Giuseppe Quero Ing. Alessandra Boniello

2 Fiber Bragg Grating (FBG) Modulazione (UV) permanente dell indice di rifrazione della fibra ottica λ Bragg = 2 neff Λ Λ = periodo del reticolo ~ 500 nm L = lunghezza del reticolo ~ 10-3 m Sensori di Temperatura Sensori di Strain Insensibili all indice di rifrazione del mezzo esterno

3 Fiber Bragg Grating (FBG) Modulazione (UV) permanente dell indice di rifrazione della fibra ottica λ Bragg = 2 neff Λ Λ = periodo del reticolo ~ 500 nm L = lunghezza del reticolo ~ 10-3 m Long Period Fiber Grating (LPFG o LPG) λ res, i = ( i n ) Λ n eff, core eff, clad Λ = grating pitch ~ 10 2 µm L = grating length ~ 10-2 m

4 LPGs: principio di operazione Il reticolo agisce trasferendo potenza dal modo fondamentale di core ai modi co-propaganti di cladding alle lunghezze d onda di risonanza che soddisfano una condizione di phase-matching: λ res, i = ( i n ) Λ n eff, core eff, clad Λ = periodo del reticolo~ centinaia di µm n eff,core = indice di rifrazione (RI) efficace del core n i eff,clad = RI efficace dell i th modo di cladding accoppiato λ res,i = lunghezza d onda di risonanza dell i th modo accoppiato Input light Output light Transmition Transmition Wavelength Wavelength

5 LPGs: principio di operazione La variazione del SRI comporta una variazione degli n eff dei modi di cladding che si ripercuote sulla variazione della condizione di phase-matching. λ res, i = ( i n ) Λ n eff, core eff, clad Λ = periodo del reticolo~ centinaia di µm n eff,core = indice di rifrazione (RI) efficace del core n i eff,clad = RI efficace dell i th modo di cladding accoppiato λ res,i = lunghezza d onda di risonanza dell i th modo accoppiato Input light Mezzo esterno Output light Transmition Transmition Increasing SRI Wavelength Wavelength

6 Corso di Elettronica per l Automazione Fabbricazione e caratterizzazione dei Long Period Gratings (LPG)

7 Fabbricazione ( metodi UV) Questo metodo si basa sul fenomeno della fotosensibilità e permette la scrittura del reticolo mediante l'esposizione della fibra ad una sorgente laser ultravioletta. Fotosensibilità La fotosensibilità (sensibilità alla radiazione UV) della fibra ottica può essere aumentata caricando la fibra con idrogeno (H 2 ). Questo processo permette di ottenere una più alta variazione dell indice di rifrazione quando essa viene esposta alla radiazione UV. (a) Maschera di ampiezza UV Windows (b) Point-to-point Mask UV Optical fiber

8 Fabbricazione ( metodi UV) Questo metodo si basa sul fenomeno della fotosensibilità e permette la scrittura del reticolo mediante l'esposizione della fibra ad una sorgente laser ultravioletta. Fotosensibilità La fotosensibilità (sensibilità alla radiazione UV) della fibra ottica può essere aumentata caricando la fibra con idrogeno (H 2 ). Questo processo permette di ottenere una più alta variazione dell indice di rifrazione quando essa viene esposta alla radiazione UV. (a) Maschera di ampiezza UV Windows (b) Point-to-point Mask UV Optical fiber

9 Laser Micromachinig Laser ad eccimeri (KrF, λ= 248 nm) Completamente assistito via software Funzionamento pulsato P Δt 1/Δt = Repetition Rate (R.R.) burst t

10 Laser Micromachinig Laser ad eccimeri (KrF, λ= 248 nm) Completamente assistito via software Funzionamento pulsato Sistema di rotazione controllabile via software

11 Laser Micromachinig Laser ad eccimeri (KrF, λ= 248 nm) Completamente assistito via software Funzionamento pulsato Sistema di rotazione controllabile via software Motorized Rectangular Aperture (MRA)

12 Software Laser Controllo spostamento

13 Software Laser Controllo rotazione

14 Software Laser Controllo MRA MRA UV Optical fiber

15 Software Laser Controllo RR e Burst P Δt 1/Δt = Repetition Rate (R.R.) burst t

16 Software Laser Controllo Energia

17 Laser Micromachinig Esempio di Microlavorazione su vetrino con polistirene

18 Fabbricazione ( metodi UV) Tecnica Point to Point UV Λ Optical fiber

19 Corso di Elettronica per l Automazione Fabbricazione e caratterizzazione dei Long Period Gratings (LPG)

20 Setup Optoelettronico ALIMENTATORE Sorgente DUT RILEVATORE

21 Sorgenti di luce a banda larga (~100nm) ALIMENTATORE Sorgente DUT RILEVATORE

22 ALIMENTATORE Sorgenti di luce a banda larga ( nm) Sorgente DUT RILEVATORE Diodi superluminescenti centrati a lunghezza d onda differenti 10 Power [mw] Wavelength [nm] Power [mw] Wavelength [nm] Power [mw] Power [mw] Wavelength [nm] Wavelength [nm]

23 Tipico spettro delle sorgenti a valle dell accoppiatore Power [mw] Wavelength [nm]

24 Tipico spettro delle sorgenti a valle dell accoppiatore Power [mw] Wavelength [nm]

25 Componenti della catena ottica ALIMENTATORE Sorgente Connettori e Patch-cord DUT RILEVATORE

26 Componenti della catena ottica ALIMENTATORE Sorgente DUT RILEVATORE Sorgente RILEVATORE

27 Componenti della catena ottica ALIMENTATORE Sorgente DUT RILEVATORE Kit per connessione alla giuntatrice a fusione Sorgente RILEVATORE

28 Kit per connessione alla giuntatrice a fusione 1. Stripping 2. Taglio 3. Splicing

29 Rilevatore ALIMENTATORE Sorgente DUT RILEVATORE

30 Setup Optoelettronico Sorgenti PC OSA LPG

31 Labview Plugin Sensibilità

32 Labview Plugin Intervallo di investigazione

33 Labview Plugin Numero di campioni

34 Labview Plugin Gestione delle tre tracce Concetto di normalizzazione

35 Normalizzazione Operazione mediante la quale ricavo lo spettro del dispositivo da caratterizzare (LPG) P i (λ) = Spettro ottico della sorgente Sorgente OSA P out (λ) = Spettro ottico attraverso l LPG P i (λ) DUT P out (λ) = P i (λ) * T(λ) T(λ) = Funzione di trasferimento dell LPG (Trasmittanza, ossia spettro ottico dell LPG) T(λ) Per recuperare lo spettro ottico del reticolo T(λ) = P out (λ) / P i (λ)

36 Normalizzazione Traccia A (spettro della sorgente) [mw] Sorgente OSA Traccia B (spettro trasmesso del dispositivo) Sorgente Traccia C = B/A (spettro trasmesso del dispositivo epurato dalla forma dello spettro della sorgente) Trasmittance [db] DUT Trasmittance [db] OSA Wavelength [nm] Wavelength [nm]

37 Labview Plugin Salvataggio file Tipologia di file: File txt con 2 colonne (lunghezze d onda e valori di intensità)

38 Lezione -Introduzione alla fabbricazione dei reticoli LPG con sorgente Laser ad eccimeri -Fabbricazione dei reticoli LPGs con sorgente laser ad eccimeri utilizzando la tecnica poitn-to-point - Caratterizzazione spettrale al variare dell indice di rifrazione del mezzo esterno (SRI) - Analisi dei dati: Filtraggio, calcolo delle lunghezza d onda centrale e baricentrale, calcolo dell ampiezza di banda a mezza altezza degli spettri a valle della caratterizzazione SRI

39 Long Period Fiber Gating (LPFG o LPG) λ res, i = Conclusioni i ( n ) Λ n eff, core eff, clad Λ = grating pitch ~ 10 2 µm L = grating length ~ 10-2 m

40 Long Period Fiber Gating (LPFG o LPG) λ res, i = Conclusioni i ( n ) Λ n eff, core eff, clad Λ = grating pitch ~ 10 2 µm L = grating length ~ 10-2 m Fabbricazione LPG Tecnica Point to point Laser ad eccimeri (KrF, λ= 248 nm) UV Optical fiber

41 Long Period Fiber Gating (LPFG o LPG) λ res, i = Conclusioni i ( n ) Λ n eff, core eff, clad Λ = grating pitch ~ 10 2 µm L = grating length ~ 10-2 m Fabbricazione LPG Tecnica Point to point Laser ad eccimeri (KrF, λ= 248 nm) UV Caratterizzazione e analisi spettrale del reticolo realizzato Sorgenti PC Optical fiber OSA LPG

42 Grazie per l attenzione