Análisis modal de fibras ópticas curvadasaplicaciones de sensor

Resumen

En esta tesis se desarrolla un análisis modal riguroso de las fibras ópticas curvadas, esto ha permitido modelizar las características de determinados sensores ópticos de índice de refracción (IR), conocidos como refractómetros, los cuales se emplean para medir la concentración de una sustancia en disolución a partir del índice de refracción. Este estudio se ha realizado mediante un algoritmo iterativo de Fourier. En esta técnica de cálculo se obtienen los valores y vectores propios del sistema, sin tener que recurrir a una representación explicita del operador que determina los modos de la guía L_h. A partir de este programa se obtuvo el factor de propagación de los modos de una fibra curvada y sus respectivos campos. El estudio realizado nos permitió identificar la existencia de acoplamientos resonantes en función de la curvatura que son sensibles al índice de refracción exterior, para luego, calcular la constante de acoplo entre los modos, así como también la transmitancia de un dispositivo con una longitud dada. Para el análisis modal de la estructura se ha considerado el efecto geométrico de la curvatura y el efecto elasto-óptico generado por las tensiones internas asociadas a curvar una fibra, ambos efectos se han modelizado mediante la introducción de un índice de refracción efectivo en una fibra equivalente rectilínea. Los resultados teóricos obtenidos se han comparado con medidas experimentales de una fibra óptica curvada inmersa en líquidos de diferentes índices de refracción. La comparación entre teoría y experimento presenta una buena concordancia y permite concluir que la herramienta de simulación puede aplicarse a estructuras más complejas como sería el caso de fibras de cristal fotónico.