UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO PROGRAMA DE MAESTRIA Y DOCTORADO EN INGENIERIA DISPOSITIVOS DE FIBRA ÓPTICA RECUBIERTOS CON AZOPOLÍMEROERO T E S I S Q UE PARA OPTAR PO R EL G RADO DE: MAESTRO EN INGENIERÍA ING ENIERÍA ELÉCTRIC A - INSTRUMENTAC IÓ N P R E S E N T A : AMADO MANUEL VELÁZQUEZ BENÍTEZ TUTO R: DR. JUAN A. HERNÁNDEZ CORDERO 2012 (Portada y primer hoja) UNAM – Dirección General de Bibliotecas Tesis Digitales Restricciones de uso DERECHOS RESERVADOS © PROHIBIDA SU REPRODUCCIÓN TOTAL O PARCIAL Todo el material contenido en esta tesis esta protegido por la Ley Federal del Derecho de Autor (LFDA) de los Estados Unidos Mexicanos (México). El uso de imágenes, fragmentos de videos, y demás material que sea objeto de protección de los derechos de autor, será exclusivamente para fines educativos e informativos y deberá citar la fuente donde la obtuvo mencionando el autor o autores. Cualquier uso distinto como el lucro, reproducción, edición o modificación, será perseguido y sancionado por el respectivo titular de los Derechos de Autor. JURADO ASIGNADO: Presidente: Dr. Augusto García Valenzuela Secretario: Dra. Laura Oropeza Ramos Vocal: Dr. Juan Arnaldo Hernández Cordero 1er Suplente: Dr. Naser Qureshi 2do Suplente: Dr. Gabriel Eduardo Sandoval Romero Lugar o lugares donde se realizó la tesis: Instituto de Investigaciones en Materiales, UNAM Universidad de McGill, Montreal, Canadá TUTOR DE TESIS Dr. Juan Arnaldo Hernández Cordero ______________________________ FIRMA (Segunda hoja) A mis padres y hermano: Por todo su apoyo, ayuda, afecto, comprensión y paciencia, sin ustedes nunca habría llegado hasta este punto de mi vida. AGRADECIMIENTOS ii Para la realización y térm ino de este t rabajo quisiera agradecer a: A m i padre Rubén y a m i herm ano Arturo, por su increíble ayuda y apoyo para la llevar a cabo m i t rabajo, sin la cual no hubiera sido posible el térm ino de m i tesis. Al Dr. Juan Hernández Cordero por ser un excelente asesor e invest igador, por su constante ayuda, apoyo y por ofrecerm e su am istad. I want to thank to Prof. Mart in Rochet te from the Photonic System s Group of the McGill University in Mont real, Canada, who gave m e the great opportunity of work under his supervision and always supported m e. A la Dra. Laura Oropeza por sus consejos y ayuda para realizar m i t rabajo de invest igación. Al Dr. Mathieu Hautefeuille, por su colaboración y aportación con grandes ideas, así com o la ayuda siem pre proporcionada. A todos los com pañeros de laborator io que com part ieron sus experiencias conm igo, tuvieron la disposición de ayudarm e e hicieron que el t iem po en el que estuve en el laboratorio fuera am eno y agradable. A todos m is am igos por su apoyo en todo m om ento y convivencia. Al Dr. Ernesto Rivera por br indarm e su asesoría en varios tem as y facilitarm e m aterial. Al I nst ituto de I nvest igaciones en Mater iales de la UNAM por las instalaciones y el equipo facilitados; asim ism o, a los técnicos del I I M, Om ar Novelo P. y Miguel A. Canseco M., por ayudarm e a analizar las m uest ras de m is experim entos. Al apoyo otorgado por DGAPA-UNAM por el proyecto PAPI I T I N116509 para este t rabajo de invest igación. Gracias a CONACyT por la beca otorgada durante m is estudios de Maest ría y el apoyo otorgado para realizar la estancia de invest igación en la Universidad de McGill en Mont real, Canadá. ÍNDICE , IN DICE ' RESUMEN ............................................................................................... l 1 ANTECEDENTES ...................................................................................... 3 1.1 FIBRAS ÓPTICAS ................................................................................. 4 1.1.1 Materiales de fabricación ................................................................. 6 1.1.2 Fibras adelgazadas y microalambres .................................................. 8 1.2 AZOPOLÍMEROS ................................................................................. 11 1.2.1 Matrices poliméricas ..................................................................... 14 1.2.2 Azobencenos DR1 y DR13 .............................................................. 15 1.3 RECUBRIMIENTOS SOBRE FIBRAS ÓPTICAS ................................................... 17 1.3.1 Técnicas de depósito para recubrimientos delgados ............................... 18 1.4 BIRREFRINGENCIA Y EFECTOS DE POLARIZACIÓN EN FIBRAS ÓPTICAS .................... 19 1.4.1 Fibras altamente birrefringentes ...................................................... 21 1.4.1.1 Birrefringencia y dispersión de modos de polarización (PMD) .............. 22 1.4.2 Arreglo para medir birrefringencia .................................................... 23 2 DISPOSITIVOS DE FIBRA ÓPTICA DE VIDRIO CALCÓGENO •••••••••••••••••••••••••• 26 2.1 FABRICACIÓN DE FIBRAS RECUBIERTAS CON PMMA ......................................... 27 2.2 CARACTERIZACIÓN ............................................................................. 30 2.2.1 Pérdidas .................................................................................... 31 2.2.2 Absorción fotoinducida (Photodarkening) ............................................ 33 3 BIRREFRINGENCIA FOTOINDUCIDA EN DISPOSITIVOS DE FIBRA ÓPTICA DE VIDRIO CALCÓGENO RECUBIERTOS CON AZOPOLÍMERO •••••••••••••••••••••••• 39 3.1 DOPAJE DEL RECUBRIMIENTO DE PMMA ...................................................... 39 3.1.1 Solución metanol-azobenceno ......................................................... 41 3 .1. 2 Caracterización del dopaje .............................................................. 42 3.1.3 Dopajedefibras .......................................................................... 47 --~-- ~================================================~ --~-- ¡¡¡ ÍNDICE 3.2 ANÁLISIS DE LA SEÑAL ÓPTICA, EXCITACIÓN Y RESPUESTA FOTOINDUCIDA ............. 50 3.2.1 Cambios en el espectro del proceso de dopaje ..................................... 50 3.2.2 Cambios en el espectro mediante iluminación externa ............................ 53 4 DEPOSITO DE CAPAS DELGADAS DE POLÍMERO SOBRE FIBRAS DE SÍLICE ••••• 63 4.1 FABRICACIÓN DE FIBRAS ADELGAZADAS DE SÍLICE Y MICROALAMBRES .................. 64 4.2 TÉCNICA DE RECUBRIMIENTO .................................................................. 65 4.2.1 Diseño de la máquina ................................................................... 68 4.3 RECUBRIMIENTOS DE DISPOSITIVOS DE FIBRA ÓPTICA ..................................... 74 4.3.1 Caracterización de recubrimientos realizados con la máquina ................... 74 4.3.2 Cambios espectrales causados por recubrimientos de PDMS ..................... 81 4.3.3 Recubrimientos de PDMS-azobenceno sobre fibras adelgazadas ................ 83 5 CONCLUSIONES .................................................................................... 86 REFERENCIAS ........................................................................................... 91 APÉNDICE A: ESPECIFICACIONES DE LAS FIBRAS DE VIDRIO CALCÓGENO (ASSE) COREACTIVE .............................................................................. 97 APÉNDICE B: ESPECIFICACIONES DE LAS FIBRAS DE VIDRIO DE DIÓXIDO DE SILICIO (5!02) ................................................................................... 100 APÉNDICE C: ESPECIFICACIONES DEL PDMS SYLGARD 184, DOW CORNING •••• 105 APÉNDICE D: ESPECIFICACIONES DE MOTORES A PASOS •••••••••••••••••••••••••••••• 113 APÉNDICE E: ESPECIFICACIONES DE LA TARJETA DE ADQUISICIÓN MEASUREMENT COMPUTING, PMD-1608S ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 117 ' APENDICE F: PLANOS ............................................................................... 127 --~--~==============================================~~ iv RESÚMEN 1 RESÚMEN En este t rabajo se presenta el desarrollo de disposit ivos de fibra ópt ica con dist intos recubr im ientos de azopolím ero. Los disposit ivos de fibra ópt ica consist ieron en fibras adelgazadas con secciones de m icroalam bre, con el propósito de exponer la onda evanescente de la fibra y favorecer una interacción con el m edio externo, en este caso el azopolím ero. El m ecanism o de funcionam iento de los azopolím eros se basa en la ilum inación de estos m ateriales m ediante una fuente de luz láser externa linealm ente polar izada, la cual excita a las m oléculas del com puesto reor ientándolas de m anera perpendicular a la polar ización de este láser. Esta reor ientación de las m oléculas de azobenceno genera birrefr ingencia, la cual puede ser cont rolada m ediante luz. Los m ateriales de las fibras ópt icas ut ilizadas fueron vidr ios calcógenos y vidr ios de dióxido de silicio, los cuales poseen propiedades m uy dist intas que se ven reflejadas en la señal t ransm it ida. El dopaje de los recubrim ientos polim éricos se realizó m ediante el fenóm eno de difusión, haciendo uso de una sustancia com puesta de m etanol-azobenceno. La caracterización de este fenóm eno fue realizada para el polím ero ut ilizado, poli (m et il m etacrilato) (PMMA) , para el posterior proceso de dopaje de las fibras adelgazadas recubiertas con PMMA. Al ilum inar los disposit ivos se generó birrefr ingencia en los recubr im ientos, la cual fue detectada y m edida haciendo uso de un arreglo de polar izadores cruzados. De igual m anera, se desarrolló un m áquina para realizar recubr im ientos polim éricos delgados y uniform es sobre secciones de fibra adelgazada, donde el espesor puede ser cont rolado dependiendo de la velocidad a la que se desarrolle el proceso. Los recubrim ientos realizados m ediante esta m áquina fueron caracterizados y com parados con la teoría, obteniendo resultados cercanos a los teóricos. Estos recubr im ientos resultaron ser uniform es y de un espesor delgado, dando paso a su ut ilización para el posterior aplicación con azopolím eros. RESÚMEN 2 ABSTRACT This work presents the developm ent of fiber opt ic devices with different azopolym er coat ings. The fiber opt ic devices consisted of tapered fibers with m icrowire sect ions, in order to expose the evanescent wave of the fiber and be able of interact with the external environm ent , which in this case is the azopolym er. The operat ion m echanism of azopolym ers is based on the illum inat ion of these m aterials by an external laser light source linearly polar ized, which excites the com pound m olecules aligning them in a perpendicular or ientat ion to the polar izat ion of the laser. This reorientat ion of the m olecules of azobenzene produces birefr ingence, which can be cont rolled by light . The m aterials of the opt ical fibers used were chalcogenide glass and silicon dioxide glass, which posses very different propert ies that are reflected in the t ransm it ted signal. The doping of the polym eric coat ings is perform ed using diffusion phenom enon, m aking use of a substance com posed of m ethanol-azobenzene. The characterizat ion of this phenom enon was conducted for the polym er used, poly (m ethyl m ethacrylate) (PMMA) , for the subsequent doping process of tapered fibers coated with PMMA. By the illum inat ion of the devices birefr ingence is generated in the coat ing, which was detected and m easured using an array of crossed polarizers. Sim ilar ly, a m achine for thin polym eric coat ings of uniform taper sect ions was developed, where the thickness can be cont rolled depending on the speed at which the process takes place. The coat ings m ade by this m achine were character ized and com pared with the theory, giving results close to the theoret ical. These coat ings were found to be uniform and of a thin thickness, leading to its use for further applicat ion with azopolym ers. ANTECEDENTES 3 1 . ANTECEDENTES El increm ento en la dem anda para t ransm it ir inform ación en grandes cant idades y a altas velocidades ha establecido a la fibra ópt ica com o alternat iva de m edio de t ransm isión. La fibra ópt ica es un m edio en el cual se confina y t ransm ite luz, la cual puede codificarse com o señal debido a cam bios en intensidad (por ejem plo, su uso com o bits) , longitud de onda o polar ización. El pr incipal uso de las fibras ópt icas es en telecom unicaciones, pero en los últ im os años se ha explorado su uso para sistem as de ilum inación, sensores y adquisición de im ágenes [ 1, 2] . Estas aplicaciones diversas han im pulsado el desarrollo de nuevos disposit ivos com o los son fuentes de luz, detectores, filt ros, etc. Una ventaja que presentan las fibras ópt icas dent ro del cam po de sensores es el m aterial de fabricación, ya que este no reacciona con los organism os vivos, br indando así com pat ibilidad para aplicaciones biom édicas tales com o la detección de bacter ias, m edición de pH, análisis de líquidos, y ot ros [ 3] . La polar ización de la luz es de gran im portancia en varias aplicaciones de las fibras ópt icas. Las com unicaciones ópt icas y sensores de fibra ópt ica, por ejem plo, son dos cam pos donde el cont rol de la polar ización puede ser determ inante para interpretar la señal de salida. Hasta la fecha hay varios disposit ivos para cont rolar la polar ización de la luz confinada en guías de onda, siendo los efectos elasto- ópt ico y elect ro-ópt ico los m ás em pleados para estos disposit ivos [ 4-6] . Sin em bargo, actualm ente existen m ateriales que ofrecen opciones interesantes para cont rolar la polar ización de un haz de luz que resultan at ract ivos para su aplicación en guías de onda ópt icas. Dent ro de estos m ateriales, los polím eros orgánicos dopados con m oléculas de azobenceno son de part icular interés debido a sus propiedades ópt icas. Estas m oléculas de azobenceno m odifican sus ANTECEDENTES 4 propiedades ópt icas al interactuar con luz, perm it iendo generar efectos ópt icos no lineales, segundo arm ónico, m ovim iento m ecánico act ivado ópt icam ente y grabado por relieve superficial, ent re ot ros [ 7-10] . Los dist intos m ater iales con los que están fabricadas las fibras ópt icas determ inan sus propiedades de t ransm isión. De igual m anera, hay m ater iales especiales con los cuales las fibras ópt icas pueden recubr irse para m odificar la señal t ransm it ida con algún parám et ro de interés. Estos recubrim ientos funcionales deben ser depositados uniform em ente sobre la sección de interés de fibras, generando una zona de interacción uniform e y m inim izar las pérdidas por atenuación. La interacción con el recubrim iento de interés se da m ediante la porción de la luz que logra penet rar en el revest im iento, conocida com o onda evanescente, logrando esto en regiones adelgazadas de fibra ópt ica. El objet ivo de este t rabajo es estudiar de m anera experim ental la creación de recubrim ientos azopolim éricos en fibras ópt icas adelgazadas, con el fin de lograr el alineam iento de las m oléculas de azobenceno y generar birrefr ingencia fotoinducida. La birrefr ingencia inducida en estos disposit ivos genera cam bios en la polar ización de la señal, pudiéndose alterar este parám et ro de la onda guiada de m anera preferencial y a voluntad. El t rabajo realizado com prende la fabricación de dichos disposit ivos, su caracterización y la evaluación de su respuesta en dos t ipos de guías de onda: fibras de sílice y fibras de vidr io calcógeno. En esta sección se cubren los principios fundam entales en los que se basa la realización de este t rabajo. 1 .1 Fibras ópt icas Las fibras ópt icas son guías de onda que confinan la luz debido a la reflexión total interna, m ism a que se logra m ediante la diferencia de índices de refracción ent re el núcleo y el revest im iento. Típicam ente las fibras ópt icas se fabrican de m ateriales dieléct r icos, poseyendo una geom etría de sección t ransversal circular. ANTECEDENTES 5 Al ser confinada la luz por efecto de reflexión total interna, se requiere que el índice de refracción del núcleo sea m ayor que el del revest im iento. Este efecto se puede describir considerando que la luz que viaja dent ro del núcleo se encuent ra con un m edio m ás denso ( índice de refracción m ayor) , y si incide con un ángulo lo suficientem ente grande, entonces la luz se refleja totalm ente hacia el núcleo, tal com o se ilust ra en la figura 1.1. Al aum entar el ángulo de incidencia, la reflexión de la luz va aum entando hasta alcanzar o sobrepasar un ángulo conocido com o ángulo crít ico (θc) . Bajo esta condición el haz de luz es com pletam ente reflejado en la interfaz ent re am bos m edios y en part icular al tener incidencia con ángulo crít ico, el haz t ransm it ido se refracta a 90° de la norm al a la interfaz (ver figura 1.2) [ 12, 13] . a) b) Fig. 1.1. a) Esquema de la est ructura de una fibra ópt ica y b) propagación del haz de luz dent ro de esta. Fig.1.2. Variación de los ángulos de incidencia de un haz de luz (θ i) , de t ransm isión (θ t ) y de reflexión (θ r ) en la interfaz de dos materiales con dist intos índices de refracción (n i > n t ) . a) Haz con ángulo de incidencia pequeño, b) al aumentar θ i mayor cant idad del haz se refleja y se t ransm ite menos, c) se alcanza el ángulo crít ico y toda la señal se refleja en el medio incidente y d) para ángulos mayores se sigue reflejando todo en el medio incidente. ANTECEDENTES 6 1 .1 .1 Materia les de fabricación Los m ater iales dieléct r icos ut ilizados para fabricar fibras ópt icas son los plást icos y los vidr ios. Los m ateriales plást icos perm iten fabricar guías de onda de costos bajos, pero involucran grandes perdidas por atenuación, y no son la m ejor opción para aplicaciones en telecom unicaciones [ 13, 14] . En el caso de las fibras fabricadas con vidr io, el proceso de fabricación perm ite adquir ir m ateriales con una m ayor pureza, ya que es un proceso que se ha estudiado durante m ucho t iem po. De igual m anera las m ism as propiedades del m aterial conllevan a una m enor absorción de la energía en ciertas longitudes de onda, lo cual se refleja en una m enor cant idad de atenuación en la señal. Dent ro de la categoría de los vidr ios, los m ater iales m as usados com únm ente son los vidr ios de silicato y los vidr ios calcógenos. Los vidr ios de silicato o sílice están com puestos por dióxido de silicio (SiO2 ) , que es un m aterial t ransparente con índice de refracción de n= 1.458. Con el fin de lograr el efecto de reflexión total interna, al m ater ial del núcleo se le int roducen im purezas de germ anio para increm entar su índice de refracción. Estas fibras poseen una t ransm isión espect ral ópt im a en un rango de 1300 a 1600 nm .( figura 1.3) [ 12, 15] . En longitudes de onda al rededor de 1550 nm , estas fibras presentan una atenuación casi nula, característ ica que fue de gran interés para su uso en telecom unicaciones. La fibra m ás com únm ente ut ilizada es la SMF-28e, la cual es una fibra m onom odal a 1550 nm y posee dim ensiones de núcleo de 9 µm y revest im iento de 125 µm [ 15, 16] . Adem ás de ser em pleadas para las telecom unicaciones, las fibras de sílice tam bién son em pleadas para la fabricación de sensores. Debido a que son dieléct r icos, biocom pat ibles, de tam año m uy reducido y con capacidad de t ransm it ir señales a velocidades m uy altas, los disposit ivos de fibra de sílice se han diversificado en m uchas áreas de la tecnología [ 17-19] . ANTECEDENTES 7 Fig. 1.3. Atenuación en la t ransm isión presentada en fibras de SiO2 en función de la longitud de onda [ 12] . Los vidr ios calcógenos son aquellos que cont ienen en su com posición elem entos calcógenos (S, Se, y TE) com binados con al m enos uno de los siguientes elem entos: As, Ge, Ga, Sb, o I n. Pueden tam bién contener ot ros elem entos para brindar dist intos efectos térm icos, m ecánicos y ópt icos, com o lo son fósforo (P) , brom o (Br) , cloro (Cl) , cadm io (Cd) , bario (Ba) , y ot ros [ 20, 21] . La característ ica principal de estos m ater iales es que poseen una banda de energía que les perm ite t ransm it ir en longitudes de onda en el infrarrojo cercano. En com paración con los vidr ios de sílice, las fibras de vidr ios calcógenos pueden alcanzar un rango espect ral de t ransm isión hasta los 12 µm [ 15, 22, 23] , tal com o se ilust ra en la figura 1.4. ANTECEDENTES 8 Fig. 1.4. Atenuación en la t ransm isión presentada en fibras de vidr io calcógeno en función de la longitud de onda [ 15] . Una propiedad im portante de las fibras de vidr io calcógeno es que poseen un alto valor no lineal de tercer orden (X3) , siendo t res ordenes de m agnitud m ayor que en vidr ios de sílice. Estos efectos no lineales de tercer orden son de m ucho interés para la ram a de las telecom unicaciones, ya que son em pleados para cam bios ult ra rápidos en m ult iplexado por división de t iem po, regeneración de señales, ent re ot ros [ 15, 24] . A pesar de que t ienen m ayores pérdidas por atenuación que las fibras de sílice, las fibras de vidr ios calcógenos perm iten em plear longitudes m uy reducidas de fibra para la generación de efectos no lineales [ 25] . 1 .1 .2 Fibras adelgazadas y m icroalam bres Dent ro de los disposit ivos de fibra ópt ica están aquellos que funcionan por efecto de cam po evanescente. Este t ipo de disposit ivos hace uso de la interacción ANTECEDENTES 9 del cam po elect rom agnét ico que se ext iende fuera de la guía de onda; es decir, se hace uso de la luz que no queda confinada en el núcleo de la guía de onda y penet ra al m edio externo. En el caso de las fibras ópt icas, la onda evanescente se ext iende del núcleo hacia el revest im iento, donde este últ im o posee un diám etro lo suficientem ente grande para contener toda la onda evanescente hasta su total ext inción. Un m étodo para lograr exponer la onda evanescente consiste en ret irar el revest im iento, ya sea por m edios físicos (desbaste del m aterial o pulido) [ 26] o por m edios quím icos (uso de ácido clorhídrico) [ 27] . Ot ro m étodo para exponer la onda evanescente consiste en adelgazam iento y est iram iento de una sección de la fibra ópt ica [ 28] . En este proceso, el diám et ro de la fibra es reducido gradualm ente de form a adiabát ica hasta alcanzar una dim ensión m uy pequeña. De esta m anera el núcleo de la fibra se vuelve tan pequeño que ya no es capaz de guiar m ás la luz, causando que el revest im iento se convierte en el nuevo núcleo de la guía de onda, m ient ras que el m edio externo a la región adelgazada pasa a ser el nuevo revest im iento a lo largo del cual se propaga la onda evanescente ( figura 1.5) . Este método para exponer la onda evanescente es un proceso m ás sim ple, adem ás de que se puede m onitorear y cont rolar en t iem po real m ediante una com putadora. Fig. 1.5. Fibra ópt ica adelgazada: la onda evanescente queda expuesta en la sección adelgazada de la guía de onda. Para analizar la m anera en la que se propaga una onda a t ravés de una fibra ópt ica adelgazada, esta se puede dividir en dos secciones: la sección de t ransición y la zona de m icroalam bre ópt ico (opt ical m icrowire) . La prim era es la sección en donde el diám etro de la fibra va dism inuyendo de m anera gradual hasta alcanzar la sección del m icroalam bre. Esta sección del m icroalam bre es la región m ás adelgazada de la fibra y posee un diám etro constante (el cual puede ser de unos cuantos m icróm etros) . La zona de m icroalam bre es la de m ayor interés para ANTECEDENTES 10 disposit ivos que funcionan con base en la onda evanescente, pudiendo alcanzar una dim ensión m enor a la longitud de onda. Un esquem a ilust rando las secciones de la fibra adelgazada se m uest ra en la figura 1.6. Fig. 1.6. Secciones de análisis en fibras ópt icas adelgazadas. Una aplicación de los m icroalam bres se presenta en las fibras de vidr ios calcógenos, donde efectos no lineales com o la auto m odulación de fase y la dispersión de velocidades de grupo pueden generarse al m andar pulsos de luz a t ravés de ellos. El parám et ro no lineal de las fibras ópt icas (γ) , definido en la expresión 1.1-1, está determ inado por el índice no lineal de segundo orden (n 2 ) , una frecuencia angular cent ral ( ω0 ) , la velocidad de la luz en el m edio (c) y el área eficaz de la sección (Aeff ) [ 15] . De esta expresión, podem os ver que al dism inuir considerablem ente el diám etro de las fibras, el parám etro no lineal de las fibras aum entará. eff 02 cA n ω γ = 1.1-1 Con el uso de m icroalam bres se obt ienen efectos no lineales de m ayor m agnitud en secciones de fibra m uy cortas, perm it iendo el desarrollo de sistem as tales com o regeneradores de señales ópt icas [ 15, 30] . Ot ras aplicaciones para fibras ópt icas adelgazadas incluyen sensores de onda evanescente para aplicaciones biom édicas [ 29] , detección de fluidos [ 28] , y ot ras. ANTECEDENTES 11 1 .2 Azopolím eros Los azobencenos son crom óforos fotosensibles capaces de absorber energía lum inosa en un rango de longitudes de onda específicas, provocando cam bios físicos que alteran sus propiedades ópt icas. La est ructura quím ica de estos com puestos se conform a por dos anillos fenilo unidos ent re ellos por un doble enlace ent re nit rógenos ( -N= N-) , form ando la est ructura principal denom inada com o grupo azo. Sus propiedades quím icas e interacción m ateria-energía (por ejem plo: enlaces quím icos, absorbancia, t iem pos de vida, etc.) , están determ inadas por los grupos funcionales unidos en los ext rem os del grupo azo. Un efecto que presentan dichos com puestos al ser radiados con luz es la fotoisom erizción, fenóm eno que im plica una t ransición de un isóm ero de la form a t rans a uno cis ( figura 1.7) [ 7, 31] . Fig. 1.7. I sómero de azobenceno y sus formas t rans y cis [ 7] . Este t ipo de com puestos fueron em pleados en un pr incipio com o colorantes orgánicos ut ilizados ent re ot ras cosas com o t intes para fibras text iles [ 32] . Para la ut ilización de las m oléculas de azobenceno, com únm ente se em plea un solvente com pat ible para form ar una solución adecuada para la aplicación en part icular. Es posible tam bién realizar est ructuras con un volum en y form a determ inados m ediante la contención de m oléculas de azobenceno dent ro de una m at r iz polim érica, generando así un azopolím ero. La adición de las m oléculas de azobenceno al polím ero m odifica las propiedades m ecánicas, térm icas y ópt icas, ANTECEDENTES 12 brindando versat ilidad para ajustar las según a la aplicación requerida [ 32] . Dent ro de las ventajas que ofrece este últ im o m étodo, está la creación de películas delgadas con estos m ateriales, estabilidad de respuesta y buena reproducibilidad en su fabricación. La propiedad de los azobencenos de reaccionar a un est ím ulo lum inoso genera m ovim ientos en las m oléculas que alteran las propiedades físicas y ópt icas de estos m ateriales. Al irradiar las m oléculas de azobenceno con luz linealm ente polar izada se provoca el efecto de fotoisom erización, se act iva solam ente en aquellos solam ente aquellos crom óforos que poseen un m om ento dipolar paralelo al de la polar ización de la luz [ 31, 34] . Estos m ovim ientos no se presentan en m oléculas que originalm ente poseen orientación perpendicular. El proceso de fotoisom erización se presenta de m anera gradual hasta que todas las m oléculas radiadas se posicionan de m anera perpendicular con respecto a la polar ización del haz de luz que ejerce dicho est ím ulo, denom inado haz de escritura. La figura 1.8 ilust ra la reacción de las m oléculas bajo el est ím ulo del haz de escritura, indicándose tam bién los ejes paralelo y perpendicular de las form as t rans y cis que reaccionan a la polar ización de la luz incidente. Fig. 1.8. Reorientación de los isóm eros t rans ( t ) y cis (c) dependiendo de la orientación del haz de escritura. ANTECEDENTES 13 Dentro de una m at r iz polim érica en donde las m oléculas de azobenceno poseen una est ructura con m ayor organización y orden, los efectos producidos en la reorientación de las m oléculas debidos a la fotoisom erización se agrupan en dom inios. El conjunto de estos dom inios or ientados en una m ism a dirección genera una orientación m ayor, causando que una m ayor cant idad de m aterial se m ueva en la dirección preferencial ilum inada ( figura 1.9) . Las consecuencias de la or ientación de los azobencenos son efectos de birrefr ingencia y dicroísm o. Una vez inducidos, estos efectos pueden ser elim inados m ediante la ilum inación de una fuente de luz polar izada circularm ente, o bien, al calentar las m uest ras por encim a de su tem peratura de t ransición vít rea (Tg) . Cabe m encionar que los cam bios fotoinducidos alcanzarán un valor m áxim o m ient ras están bajo ilum inación del haz de escritura, pero en cuanto se interrum pe la ilum inación algunas m oléculas de azobenceno perm anecen en la posición inducida y ot ros t ienden a retornar a su estado inicial. Este últ im o efecto depende de la interacción que exista ent re el azobenceno y el polím ero, interviniendo en esto factores com o lo es la r igidez de la m at r iz, espacio int ram olecular, Tg, etc. [ 33, 35] . Fig. 1.9 Reorientación de moléculas de azobenceno en un azopolím ero y agrupación en dom inios. ANTECEDENTES 14 1 .2 .1 Matr ices polim éricas Existen t res m étodos para lograr incorporar azobencenos dent ro de m at r ices polim éricas. El pr im ero de ellos es el m étodo de huésped-anfit r ión (en inglés guest -host ) , que consiste en añadir las m oléculas de azobenceno ya sea en form a de solución em pleando un solvente, o bien sim plem ente en form a de polvo dent ro de la m at r iz polim érica, donde el polím ero actúa com o el anfit r ión. Al em plear este m étodo no existe ningún t ipo de interacción ent re el azobenceno y la m at r iz polim érica, por lo que el polím ero sim plem ente actúa com o m edio de contención. El segundo m étodo es la síntesis de polím eros funcionalizados covalentem ente, donde las m oléculas de azobencenos se fij an a la cadena polim érica. La elaboración de azopolím eros m ediante este m étodo involucra un proceso m ás elaborado pero conllevan a una respuesta de m ayor m agnitud y eficiencia de los crom óforos. Por últ im o, el tercer m étodo es la incorporación de los azobencenos en una m at r iz polim érica con cadena supram olecular, donde por m edio de enlaces no covalentes los azobencenos se acoplan espontáneam ente a las cadenas del polím ero. De este últ im o los lazos form ados poseen una sim plicidad de fabricación sim ilar al m étodo de huésped-anfit r ión y la eficiencia de respuesta de los polím eros funcionalizados covalentem ente [ 8, 33, 35] . Los t res m étodos para lograr un azopolím ero se ilust ran en la figura 1.10. Fig. 1.10. Métodos de contención moléculas de azobencenos (verde) dent ro de una mat r iz polimérica ( rojo) : a) huésped-anfit r ión, b) polímeros funcionalizados covalentemente y c) polímero con cadena supramolecular. De los t res m étodos descritos anteriorm ente, el de huésped–anfit r ión presenta la m enor com plej idad y costo de fabr icación, debido a que involucra m ayor libertad en la elección de los m ateriales y m enor cant idad de pasos en el ANTECEDENTES 15 proceso de obtención. Aunque la m agnitud de la respuesta obtenida por este m étodo es infer ior a los de los ot ros dos, la facilidad de obtención significa una gran ventaja. Películas delgadas de azopolím ero y disposit ivos funcionando bajo el esquem a de huésped-anfit r ión han sido probados con anter ior idad [ 33, 36] . Para poder hacer uso de azopolím eros sobre regiones adelgazadas de fibra ópt ica, la elección de la m at r iz polim érica es de sum a im portancia para conservar la condición de reflexión total interna. Para esto se necesita que el polím ero a em plear posea un m enor índice de refracción que el del m ater ial de la fibra ópt ica. El em plear un m ater ial con índice de refracción m ayor im plica la generación de pérdidas m uy altas, pues la onda evanescente se acoplaría por com pleto al recubr im iento polim érico y se atenuaría por pérdidas durante la propagación. En t rabajos previos, las m at r ices polim éricas em pleadas en la creación de azopolím eros para la generación de efectos fotoinducidos incluyen el poli (m et il m etacrilato) (PMMA) , poliest ireno (PS) , polydim et il siloxano (PDMS) , sol-gel, polivinil pirrolidona (PVP) , poliv inil acetato (PVA) y algunos de sus derivados [ 8, 33, 36-38] . 1 .2 .1 Azobencenos DR1 y DR1 3 En la am plia gam a de los azobencenos se encuent ra la serie del Rojo Disperso, siendo estas las series m ás básicas y con gran disponibilidad com ercial. Dent ro de esta serie se encuent ra los com puestos Rojo Disperso 1 y el Rojo Disperso 13, conocidos tam bién com o DR1 y DR13 por sus siglas en inglés (Disperse Red 1 y Disperse Red 13) . Las est ructuras quím icas de am bos azobencenos se m uest ran en la figura 1.11. Am bos com puestos han sido probados anteriorm ente por poseer propiedades fotoinducidas com o birrefr ingencia y dicroísm o dent ro de m at r ices polim éricas [ 8, 35, 36, 40] . La diferencia ent re am bos com puestos es la sust itución de una m olécula de hidrógeno por una de cloro provocando un cam bio en sus propiedades ( tabla 1.2) . Este cam bio se puede apreciar claram ente com o un desplazam iento en la longitud de ANTECEDENTES 16 absorción m áxim a [ 40] , com o se m uest ra en la figura 1.12 que m uest ra espect ros de absorbancia adquir idos con un espect róm etro UV-Visible UNI CA UV300. a) b) Fig. 1.11. Est ructuras quím icas de: a) DR1 y b) DR13. Tabla 1.2. Característ icas de los azobencenos DR1 y DR13. Característ ica Rojo Disperso 1 ( DR1 ) Rojo Disperso 1 3 ( DR1 3 ) Fórmula quím ica C16H18N4O3 C16H17ClN4O3 Peso molecular 314.34 [ g/ mol] 348.78 [ g/ mol] Contenido de t inte 95 % 95 % Temperatura de fusión (160 – 162) [ °C] (122 - 129) [ °C] Longitud de onda de máxima absorción (λmáx ) , disuelto en tet rahidrofurano (THF) 489 [ nm] 501 [ nm] ANTECEDENTES 17 Fig. 1.12. Espect ros de absorbancia de los azobencenos DR1 y DR13 disueltos en tet rahidrofurano (THF) . 1 .3 Recubrim ientos sobre fibras ópt icas Al depositar recubrim ientos sobre secciones adelgazadas de fibra ópt ica estos deben ser realizados de m anera uniform e y con espesores adecuados según sea su uso. De haber alguna im perfección o cam bio abrupto en el recubrim iento, esta creará perturbaciones en la señal y/ o pérdidas por atenuación. Para la realización de recubrim ientos azopolim éricos sobre fibras ópt icas, el espesor de las capas debe ser delgado (unos cuantos m icróm et ros) para lograr una m ayor eficiencia en el efecto fotoinducido. La razón de esto es que al tener una capa m uy gruesa, la energía lum inosa necesaria debe ser m ayor para excitar los crom óforos situados en la frontera con la fibra ópt ica, ya que los azobencenos en capas m ás exteriores absorberán gran parte de ella. De igual m anera, una consideración que debe ser tom ada en cuenta para el recubrim iento de fibras ANTECEDENTES 18 ópt icas es su geom et ría cilíndrica, la cual es una lim itante para ciertas técnicas de depósito de capas delgadas. 1 .3 .1 Técnicas de depósito para recubrim ientos delgados Actualm ente existen varios m étodos para la creación de capas o recubr im ientos delgados sobre sust ratos de diferente especie. Ent re los m ás com unes podem os encont rar m étodos de recubr im iento com o lo son: por rotación (spin coat ing) [ 41] , por flujo ( f low coat ing) [ 42] , por m ojado (dip coat ing) [ 43] y por rodillos ( roll coat ing) [ 44] . Estos m étodos son generalm ente em pleados para recubr ir superficies planas y sólidas con líquidos, sin em bargo unas de ellas son usadas para recubrir f ibras ópt icas. Com únm ente los recubrim ientos polim éricos sobre fibras ópt icas son hechos m ediante una técnica de flujo y jalado ( figura 1.13a) . En el proceso de recubr im iento la fibra desnuda es inm ersa en un recipiente que cont iene la solución con la cual se recubre; posteriorm ente la fibra es jalada a t ravés de un orificio ubicado en la parte infer ior del recipiente adhir iéndose una capa de la solución a la fibra [ 42] . El grosor de la capa con la cual se recubre la fibra depende del flujo de líquido, que a su vez está dado por diám etro de la abertura del recipiente, la viscosidad de líquido, la fuerza de gravedad y la velocidad de jalado de la fibra. Ot ro proceso sim ilar para generar películas delgadas y que es aplicable a puntas de fibra ópt ica es la técnica de dip coat ing. Esta técnica consiste en int roducir el sust rato a recubrir dent ro del líquido de interés y después ext raerlo de m anera cont rolada. En este proceso el espesor del recubr im iento adherido a la m uest ra depende de las propiedades del líquido y de la velocidad a la cual se ext rae el sust rato. Los parám etros del proceso que determ inan el espesor del recubr im iento están relacionados de acuerdo a: ANTECEDENTES 19 g U h ρ η Lc= 1.3-1 donde h es el espesor del recubrim iento obtenido, U es la velocidad a la cual se ret ira la m uest ra del líquido, η es la viscosidad del fluido, ρ es la densidad del líquido, g es la fuerza de gravedad y cL es una constante que depende del t ipo de líquido (Newtoniano o no Newtoniano) [ 43-46] . Las fuerzas que intervienen para lograr que el líquido quede adherido a la m uest ra son la velocidad de arrast re debido al ret iro de la m uest ra, la tensión superficial, la gravedad y la fuerza inercial del líquido. Un esquem a de este proceso se m uest ra en la figura 1.13b. a) b) Fig. 1.13. Recubrim iento de fibras ópt icas por métodos de flujo [ 42] y de mojado [ 43] . 1 .4 Birrefr ingencia y efectos de polar ización en fibras ópt icas La luz al ser una onda elect rom agnét ica t ransversal posee com ponentes de cam po eléct r ico y de cam po m agnét ico, los cuales son ortogonales ent re sí. Durante la propagación de la onda, la or ientación del vector de cam po eléct r ico determ inan la polar ización de la onda. Dependiendo de la t rayector ia que describa el vector de cam po eléct r ico se pueden clasificar pr incipalm ente en t res t ipos de polar ización, que son: polar ización lineal, elípt ica y circular, ya sea derecha o izquierda ( figura 1.14) . ANTECEDENTES 20 Fig. 1.14 Tipos de polarización de la luz. La polar ización de una onda elect rom agnét ica es de sum a im portancia para la interacción con m ateriales, al igual que para su detección. Debido a ligeras variaciones o im perfecciones en la fabricación, las fibras ópt icas poseen asim et ría en el núcleo y esto genera anisot ropía, favoreciendo dos ejes de propagación con dist into índice de refracción. Esta propiedad es conocida com o birrefr ingencia m odal (B) , determ inada por la expresión [ 15, 18] : nnn k YX YX ∆=−= − = 0 B ββ 1.4-1 donde βX, βY y n X, n Y son las constantes de propagación e índices de refracción para los dos estados de polar ización ortogonales, respect ivam ente. Al irse propagando la señal por una fibra birrefr ingente, la polar ización en cada uno de los ejes ortogonales evolucionará de m anera diferente debido a las dos diferentes velocidades de propagación. Por esta razón, la polar ización evolucionará en varios estados hasta retornar a su estado original, tal com o se ilust ra en la figura 1.15. La longitud requerida de fibra para que esto ocurra se denom ina longitud de abat im iento (beat lenght , LB) . La longitud de abat im iento representa la distancia a la cual se produce un intercam bio de energías ent re am bos estados de polar ización y se origina el retorno a la polar ización inicial. Esta longitud se determ ina por la expresión: ANTECEDENTES 21 Bn L YX B λλ ββ π = ∆ = − = 2 1.4-2 Fig. 1.15. Evolución del estado de polar ización a lo largo de la longitud de abat im iento [ 18] . 1 .4 .1 Fibras altam ente birrefr ingentes El m antener la polar ización de la luz a lo largo de la t ransm isión es de vital im portancia para ciertas aplicaciones. En fibras convencionales, la polar ización es fácilm ente alterada al presentarse una deform ación m ecánica y alterar la geom et ría de la fibra, al igual que debido al efecto elasto-ópt ico. Existen cierto t ipo de fibras especiales que m ant ienen la polar ización ( fibras PM) , poseyendo una est ructura interna diferente en la cual es inducida una birrefr ingencia de gran m agnitud. Este efecto se logra al fabricar la fibra con una gran asim et ría, generando así una diferencia m uy m arcada en el índice de refracción en uno de los ejes ortogonales. El aum ento en la birrefr ingencia genera una dism inución im portante en la longitud de abat im iento (ver ecuación 1.4-2) , llegando a adquir ir valor del orden de unos cuantos m ilím et ros. Para propósitos práct icos, se puede considerar que el estado de polar ización inicial se m ant iene durante la propagación a lo largo de la fibra PM. Actualm ente la fabricación de las fibras que m ant ienen la polar ización puede ser realizada al int roducir en uno de los ejes ortogonales de la fibra elem entos que aplican est rés m ecánico, denom inados SAM por sus siglas en ingles (st ress- ANTECEDENTES 22 applying m em bers) [ 13, 15, 18] . Com o resultado de la incorporación de los SAM en las fibras se produce asim et ría en el índice de refracción, creando diferencias de índice a t ravés del efecto elasto-ópt ico. Ent re los m ateriales que se em plean para producir birrefr ingencia en la fibra se incluyen m etales, aire y SiO2 dopado con boro para obtener un m ayor coeficiente de expansión térm ico. Ot ra form a de generar birrefr ingencia en la fibra es fabricando el núcleo con geom etría elípt ica. En la figura 1.16 se m uest ran algunos ejem plos de las secciones t ransversales de fibras PM existentes. a) b) c) d) e) Fig. 1.16. Fibras de alta birrefr ingencia: a) núcleo elípt ico, b) fibra de túnel lateral, c) fibra panda, d) fibra elípt ica SAM y e) fibra de corbata de moño [ 13, 18] . 1 .4 .1 .1 Birrefr ingencia y dispersión de m odos de polar ización ( PMD) Debido a los efectos de la birrefr ingencia en las fibras ópt icas las diferentes orientaciones de polar ización se propagarán con diferentes velocidades de fase. Com o consecuencia de esto al t ransm it ir pulsos de luz estos sufren un ensancham iento por el retardo ocasionado ent re sus diferentes com ponentes ANTECEDENTES 23 polarizadas. Este efecto es conocido com o dispersión de m odos de polar ización o PMD (por sus siglas en inglés, polarizat ion m ode dispersion) [ 15, 47] . Un ejem plo de esto se observa en la t ransm isión de pulsos ult racortos, donde debido a la diferente velocidad de propagación en cada eje ortogonal, el pulso se ensancha. En sistem as de telecom unicaciones el ensancham iento de pulsos es causa de pérdida de inform ación provocando la deform ación de los bits t ransm it idos. Cam bios en el entorno com o la tem peratura o est rés m ecánico son causa de variaciones estocást icas en este t ipo de dispersión a lo largo del t iem po. 1 .4 .2 Arreglo para m edir birrefr ingencia Existen varias alternat ivas para m edir la birrefr ingencia en fibras ópt icas y la m ás sim ple se basa en el uso de un arreglo de polar izadores cruzados. Esta técnica consiste en hacer uso de la longitud de abat im iento para lograr la interferencia ent re los m odos de polar ización y m onitorear sus efectos en el espect ro de t ransm isión. El m ecanism o de funcionam iento consiste en proveer a la ent rada del disposit ivo a caracterizar una fuente de luz linealm ente polar izada con espect ro am plio; generalm ente se em plea una fuente am plificada de em isión espontánea (ASE, por sus siglas en inglés, Am plified Spontaneous Em ission) . La luz proveniente de la fuente es int roducida al disposit ivo bajo estudio (DUT) y la señal de salida se hace pasar por ot ro polar izador que se encuent ra rotado 90º con respecto al pr im ero. Finalm ente, la salida es observada en un analizador de espect ros [ 48, 49] . Un diagram a del arreglo experim ental de esta técnica se ilust ra en la figura 1.17. Fig. 1.17. Diagrama del método de polar izadores cruzados el cual br inda la posibilidad de visualizar variaciones en le espect ro de t ransm isión y medir la birrefr ingencia. P1 y P2 son polarizadores lineales, CP es un cont rolador de polarización, DUT es el disposit ivo bajo estudio y OSA es el analizador de espect ros ópt icos. ANTECEDENTES 24 La luz t ransm it ida a t ravés del DUT sufre un cam bio de fase generado en las dos com ponentes ortogonales de polar ización debido a la birrefr ingencia. Dado que la señal a la salida del segundo polar izador es la sum a de las proyecciones de las com ponentes ortogonales, el disposit ivo birrefr ingente (DUT) en conjunto con el polar izador de salida, representan un interferóm etro de Mach-Zender donde los dos brazos del interferóm etro son los dos m odos de polar ización [ 12, 48] . A causa de la interferencia, el espect ro de t ransm isión presentará bandas de atenuación periódicas en todo el rango espect ral form ando lóbulos ( figura 1.18) . La separación ent re los lóbulos es m edida ent re los picos o valles situados ent re dos longitudes de onda (∆λ) , la cual en conjunto con la longitud de onda cent ral a la que se m iden los picos (λ) y la longitud total del disposit ivo birrefr ingente, determ inan la birrefr ingencia de acuerdo a: L Bn λ λ ∆ ==∆ 2 1.4-3 Fig. 1.18. Espect ro de t ransm isión obtenido de un arreglo con polarizadores cruzados y un elemento birrefr ingente (DUT) . La periodicidad de los lóbulos del espect ro se ut iliza para medir la birrefr ingencia del DUT [ 49] . ANTECEDENTES 25 Esta técnica para m edir la birrefr ingencia perm ite tam bién m onitorear cam bios en t iem po real. La única lim itante para este m étodo es que el ancho espect ral de la fuente de luz debe ser lo suficientem ente am plio, con el fin de que los lóbulos generados por la longitud de repet ición del disposit ivo birrefr ingente puedan ser observados. Com o se m ost rará en los siguientes capítulos, la técnica de polar izadores cruzados resulta út il para m edir birrefr ingencia foto- inducida. En part icular, fue una de las técnicas ut ilizadas para caracterizar los disposit ivos de fibra ópt ica con recubrim ientos de azo-polím ero, cuyos detalles de fabricación y evaluación de respuesta se describen en la siguiente sección. DISPOSITIVOS DE FIBRA DE ÓPTICA DE VIDRIO CALCÓGENO 26 2 . DI SPOSI TIVOS DE FI BRA ÓPTI CA DE VIDRI O CALCÓGENO Las fibras ópt icas fabricadas con vidr ios calcógenos son de gran im portancia al poseer una ventana de t ransm isión en el lejano infrarrojo y propiedades no lineales de gran m agnitud. Ent re las aplicaciones m ás com unes se encuent ran disposit ivos ópt icos infrarrojos, t ransm isión de láseres infrarrojos, adquisición de im ágenes y m icroscopía en el infrarrojo. Dent ro de la ram a de las telecom unicaciones se ha hecho uso de sus propiedades no lineales aplicándolas en el procesam iento de señales ópt icas (am plificación, conversión de longitud de onda, regeneración de señal, ent re ot ros [ 15, 24, 25] ) . En este capítulo se estudia la fabricación de disposit ivos fabricados con fibras ópt icas de vidr io calcógeno elaboradas de As2Se3 . Dichos disposit ivos se basan en fibras ópt icas adelgazadas recubiertas con polím ero, PMMA, para obtener cables ópt icos de tam año m icrom étr ico. El PMMA cum ple dos funciones: proteger a la fibra de perturbaciones m ecánicas externas logrando un disposit ivo robusto y alojar m oléculas de azobenceno para logar efectos de birrefr ingencia fotoinducida. Las instalaciones y equipo para la realización de este t rabajo de invest igación, fueron proporcionados por el Grupo de Sistem as Fotónicos (PSG por sus siglas en inglés Photonic System s Group) , de la Universidad de McGill en Canadá. Las fibras ópt icas de vidr io calcógeno son desarrolladas por el grupo de invest igación del Prof. Mart in Rochet te. DISPOSITIVOS DE FIBRA DE ÓPTICA DE VIDRIO CALCÓGENO 27 2 .1 . Fabricación de fibras recubiertas con PMMA Las fibras ópt icas de vidr ios calcógenos son em pleadas generalm ente para obtener fenóm enos no lineales. Una form a de increm entar la m agnitud de dichos efectos es ut ilizar un diám et ro m enor en la guía de onda, lo cual se logra al som eter las fibras a un proceso de adelgazam iento. Las fibras em pleadas para los exper im entos realizados en este capítulo están fabricadas del com puesto de AsSe. Este t ipo de m aterial es m uy frágil, causando que para su m anejo se requiera de un recubrim iento polim érico con el fin de brindar una m ayor resistencia m ecánica. Cabe m encionar que al adelgazar una fibra ópt ica se expone la onda evanescente, la cual interactúa con el revest im iento aplicado a las fibras ópt icas. Originalm ente las fibras calcógenas poseen un recubrim iento polim érico flexible, pero este no es apto para fines ópt icos adem ás de no ser com pat ible con las tem peraturas a las cuales se reblandece el AsSe. Por esta m ism a razón para el recubr im iento polim érico de fibras de AsSe se em plea el PMMA [ 30, 50] , br indando robustez y r igidez m ecánica; adem ás, este m ater ial posee una Tg com pat ible con el v idr io calcógeno e índice de refracción m enor. Las fibras ut ilizadas en estos exper im entos son fabricadas por la em presa CoreAct ive HighTech (apéndice A) , poseyendo originalm ente un núcleo hecho de As39Se61 con diám etro de 7 µm , recubierto por un revest im iento con una cant idad m enor de As y diám etro de 170 µm . Para la fabricación de disposit ivos, a esta fibra se le rem ueve el revest im iento y se adelgaza hasta obtener un diám etro del núcleo de 5.6 µm para asegurar una propagación m onom odal en una longitud de onda de 1550 nm [ 30] . El proceso de recubrim iento de PMMA sobre las fibras se com ienza prim eram ente adelgazando tubos de PMMA con diám etro externo aproxim ado a 1 cm . Este prim er paso se realiza em pleando una torre de adelgazam iento en la cual se coloca vert icalm ente el tubo de PMMA sujetándolo fij am ente de la parte superior; la parte infer ior del tubo de PMMA se sujeta a un soporte m óvil que se desplaza de form a descendente causando que el PMMA sea est irado y com o consecuencia sea adelgazado. Al rededor del tubo de PMMA se encuent ra una DISPOSITIVOS DE FIBRA DE ÓPTICA DE VIDRIO CALCÓGENO 28 resistor eléct r ico cont rolado m ediante un cont rolador PI D (Proporcional I ntegral Derivat ivo) , el cual m ant iene la tem peratura a 200 º C ( figura 2.1a) . El proceso de adelgazam iento de los tubos de PMMA es repet ido hasta que este alcanza dim ensiones cercanas al diám etro exter ior de la fibra ópt ica, siendo sus diám etros inter ior y exterior finales de 230/ 1000 µm , respect ivam ente [ 51] . a) b) Figura 2.1. Proceso de fabricación de fibras ópt icas adelgazadas de vidr io calcógeno con recubrim iento de PMMA. a) Torre de adelgazam iento de tubos de PMMA y b) máquina de adelgazam iento de las fibras de vidr io calcógeno[ 51] . Una vez obtenidas las dim ensiones adecuadas del tubo de PMMA, la fibra de vidr io calcógeno es int roducida en él. A su vez este arreglo de fibra- tubo de PMMA se coloca en una m áquina que se encarga de calentarlos a 160 º C m ediante una resistencia eléct r ica, realizando un barr ido longitudinal ( figura 2.1b) . Para lograr adherir el recubr im iento de PMMA sobre al fibra de AsSe, se realiza un prim er barr ido de la resistencia logrando que m ediante un increm ento de tem peratura el tubo de PMMA se colapse sobre la fibra. Finalm ente se obt iene una fibra de vidr io calcógeno recubierta con PMMA. A las fibras obtenidas con este proceso se les llam a fibras de AsSe/ PMMA. Las fibras de AsSe/ PMMA resultantes poseen grandes perdidas, por lo cual sólo pueden ser pueden fabr icadas en longitudes cortas. Esto representa dificultad DISPOSITIVOS DE FIBRA DE ÓPTICA DE VIDRIO CALCÓGENO 29 para su uso al intentar poner conectores en los ext rem os y que resulten aptos para su uso junto con ot ros elem entos y equipo ópt ico. Por este m ot ivo en los ext rem os de la fibra de AsSe/ PMMA se le añaden fibras de sílice (SiO2 ) m onom odales a una longitud de onda de 1550 nm (SMF-28e) , para poder em palm arla con conectores. Antes de pegar las fibras, las puntas de la fibra de AsSe/ PMMA t iene que ser lij adas y pulidas para lograr un buen acoplam iento de la señal ópt ica; esto debido a que los m ater iales no pueden ser cortados com o las fibras de sílice convencionales. Una vez lij ados los ext rem os de la fibra de AsSe/ PMMA uno de ellos es alineado con una fibra de sílice, esto se logra opt im izando la alineación ent re am bas fibras ut ilizando una señal láser a 1550 nm y observando la señal de salida en el ot ro ext rem o de la fibra de AsSe/ PMMA. En esta etapa de la alineación se busca excitar sólo un m odo de la fibra y por lo tanto es necesar io ut ilizar una cám ara infrarroja de tal m anera que pueda observarse a la salida una dist r ibución m odal adecuada. La alineación en el ot ro ext rem o se realiza m onitoreando la señal con un m ult ím et ro ópt ico, buscando la m ayor intensidad posible. Por últ im o, se deposita una gota de pegam ento con índice de refracción sim ilar al de la fibra de sílice en am bas uniones y se cura con luz ult ravioleta. Para adelgazar la fibra de AsSe/ PMMA, esta se sitúa en la m ism a m áquina donde se colapso el tubo de PMMA sobre al fibra de AsSe. La diferencia en el proceso consiste en que esta vez sólo se sujeta una pequeña sección de la fibra de AsSe/ PMMA y es est irada m ient ras la resistencia eléct r ica realiza un barr ido oscilator io a lo largo de la sección longitudinal de la fibra [ 51] . Las tem peraturas m anejadas en este proceso se ubican en un rango de ent re 180 y 200 º C. Una señal ópt ica de una fuente ASE, con un rango de espect ral de em isión de 1510 a 1580 nm , es ut ilizada para m andar una señal ópt ica a la fibra y m onitorear las pérdidas durante el proceso de adelgazam iento. Am bos ext rem os de la fibra se encuent ran fij os sobre unos soportes m óviles cont rolados m ediante software; de esta m anera la fibra es calentada y elongada para reducir su diám et ro de m anera cont rolada. Este proceso se lleva a cabo durante varias horas hasta lograr el DISPOSITIVOS DE FIBRA DE ÓPTICA DE VIDRIO CALCÓGENO 30 diám et ro deseado en la sección de m icroalam bre. Una fotografía de una fibra adelgazada de AsSe/ PMMA se m uest ra en la figura 2.2. a) b) Figura 2.2. Foto de fibra de AsSe/ PMMA: a) sección no adelgazada y b) sección de m icroalambre. 2 .2 Caracterización Las dim ensiones de las fibras de vidr ios calcógenos recubiertas con PMMA determ inan tanto su resistencia m ecánica cóm o sus propiedades ópt icas. Un esquem a de la fibra se m uest ra en la figura 2.3, en donde puede observarse com o la fibra de AsSe está contenida dent ro del tubo de PMMA. En la sección longitudinal se m uest ra una capa exterior de PMMA y una capa inter ior de AsSe, conteniendo el revest im iento y núcleo de la fibra original. En las fibras fabricadas para los experim entos realizados en este t rabajo los espesores de cada una de estas capas fueron todas de 0.7 µm . La longitud de la sección adelgazada de las fibras fabr icadas es de 14 cm , m ient ras que la sección de alam bre es de 3 cm de longitud. Figura 2.3. Esquema de m icroalambre de AsSe/ PMMA. DISPOSITIVOS DE FIBRA DE ÓPTICA DE VIDRIO CALCÓGENO 31 Ot ros dos aspectos que definen las característ icas ópt icas de las fibras de AsSe/ PMMA son las pérdidas inherentes de las fibras y el photodarkening. Estas dos característ icas se discuten a cont inuación. 2 .2 .1 Pérdidas El proceso de fabr icación de las fibras de AsSe/ PMMA genera pérdidas en la señal t ransm it ida a t ravés de ellas. Estas son producidas a causa del acoplam iento ent re la fibra de AsSe/ PMMA y las fibras m onom odales de sílice, el proceso de adelgazam iento y debido a los m ism os m ateriales. La atenuación de la señal ópt ica al viajar a t ravés de los m icroalam bres de AsSe/ PMMA es m uy im portante, ya que las pérdidas de inserción son elevadas obteniendo a la salida una señal m uy baja en intensidad. Para la caracter ización de las fibras fabricadas se em pleó la señal proveniente de una fuente de luz de espect ro am plio de em isión ( fuente ASE) con un rango de em isión en longitudes de onda de 1515 a 1575 nm . Las pérdidas por inserción pueden apreciarse en el espect ro de t ransm isión m ost rado en al figura 2.4 y 2.5, donde se observa que estas son dependientes de la longitud de onda y están en un rango de 15 a 19 dB. DISPOSITIVOS DE FIBRA DE ÓPTICA DE VIDRIO CALCÓGENO 32 Figura 2.4. Espect ro de pérdidas por inserción del m icroalambre de AsSe/ PMMA. Figura 2.5. Pérdidas por inserción normalizados. DISPOSITIVOS DE FIBRA DE ÓPTICA DE VIDRIO CALCÓGENO 33 Otro aspecto im portante que debe tom arse en cuenta es que la potencia m áxim a de ent rada a los m icroalam bres de AsSe/ PMMA no puede ser m ayor de 0 dBm , dado que una potencia m ayor rom pería la fibra. La razón de esto se debe al diám et ro tan reducido de la fibra, que reduce considerablem ente el um bral de daño del m aterial y sólo perm ite m anejar una cierta cant idad de potencia ópt ica. La sum a de esta lim itante y las grandes pérdidas que provoca el disposit ivo dan com o resultado una señal de salida de baja potencia, provocando rest r icciones para posibles aplicaciones que requieran una señal de m ayor intensidad. 2 .2 .1 Absorción fotoinducida ( Photodarkening) La absorción fotoinducida o photodarkening, por su nom bre en inglés, se refiere a la generación de portadores libres presentados en los m ateriales sem iconductores al ser expuestos a una radiación lum inosa [ 52, 53] . Esta liberación de portadores provoca una atenuación en la señal ópt ica t ransm it ida, la cual depende de la intensidad del haz de luz y el t iem po de exposición. Este fenóm eno se presenta para ciertas longitudes de onda característ icas en donde el m aterial absorbe la energía. La generación de portadores libres se m anifiesta en pares elect rón-hueco, siendo generado por cada fotón absorbido por el m aterial. La relación de portadores generada en la fibra debido al bom beo esta dada por la siguiente relación [ 54] : C PP N hc P dt dN τ λ −= 2.2-1 donde hc/ λP es la energía del fotón, Pp es la potencia del láser con el que se irradia la fibra en la sección de estudio, N es el núm ero de pares elect rón-hueco y τC es el t iem po de vida del portador. Cuando el m ovim iento de elect rones en el m ater ial alcanza un estado estacionario, se puede definir el coeficiente de absorción por la relación: DISPOSITIVOS DE FIBRA DE ÓPTICA DE VIDRIO CALCÓGENO 34       −      = hhee FC mmnc Nq µµεπ λα 22 0 32 23 11 4 2.2-2 donde αFC es la absorción de portadores libres, q es la carga de los elect rones, ε0 es la perm it ividad en el vacío, c es al velocidad de la luz en el vacío, m e/ m h es m asa efect iva y µe/ µh es la m ovilidad del portador libre; los subíndices e y h indican los elect rones y huecos, respect ivam ente. De la ecuación 2.2-2 se puede observar que la absorción producida en las fibras de AsSe es directam ente proporcional de la potencia del láser externo; de igual m anera, esta atenuación depende directam ente de la longitud de onda de la señal t ransm it ida dent ro de la fibra. Dado que para la excitación del azopolím ero em pleado se ut iliza un haz de luz láser verde (denom inado láser de escritura) , se caracterizaron los efectos que este tenía solam ente en el m icroalam bre de AsSe/ PMMA. Para esto se em pleó un láser Melles-Griot m odelo 85 GHS 305 con una señal de salida linealm ente polar izada en una longitud de onda de 532 nm , con un perfil de haz Gaussiano y cuya potencia de salida se podía cont rolar m ediante software. Para llevar a cabo la caracter ización, se buscó ilum inar la m ayor sección posible del m icroalam bre, lo cual se logró ut ilizando una lente cilíndrica para obtener un haz de 28 X 1 m m sobre la fibra. Este haz de luz fue dir igido sobre la fibra em pleando dos espejos planos (M1 y M2) . La ent rada de la fibra de AsSe/ PMMA se conectó a una fuente ASE con un rango espect ral de em isión de 1520 a 1570 nm . Posteriorm ente la señal de salida fue dividida con un acoplador 50% / 50% para m onitorear la salida en un analizador de espect ros ópt ico (OSA) y en un osciloscopio. Las variaciones tem porales de la señal ópt ica a eléct r ica se regist raron con un foto detector con un ancho de banda de 11 GHz m arca Agilent , m odelo 11982A, visualizando la señal m ediante un osciloscopio Agilent m odelo 54621A, con ancho de banda de 600 MHz. El esquem a del arreglo experim ental es m ost rado en al figura 2.6. DISPOSITIVOS DE FIBRA DE ÓPTICA DE VIDRIO CALCÓGENO 35 Figura 2.6. Arreglo experim ental empleado para caracterizar absorción fotoinducida. Los resultados obtenidos m uest ran que bajo los efectos de la radiación del láser de escr itura se presenta una atenuación de la señal t ransm it ida a t ravés del m icroalam bre. La atenuación observada se increm enta al aum entar la potencia de salida del láser verde, tal y com o se observa en la figura 2.7, donde el espect ro decae conform e la potencia radiada efect iva sobre la fibra es m ayor. Esta atenuación presenta una dependencia tanto en longitud de onda com o en potencia: para longitudes de onda m ayores la atenuación es m enor, conjuntam ente al aum entar la potencia a longitudes de onda m ayor la atenuación es m enor ( figura 2.8) . La m áxim a atenuación regist rada está al rededor de los 20 dB con una diferencia de 2.2 dB en el rango espect ral observado. Esta diferencia es causada por el confinam iento m odal presentado en el m icroalam bre para las longitudes de onda m anejadas. Dicho confinam iento del m odo fundam ental esta dado por el núm ero V, determ inado por la expresión [ 12] : NA a V 0 2 λ π= 2.2-3 2 2 2 1 nnNA −= 2.2-4 siendo n 1 y n 2 los índices de refracción del núcleo y del revest im iento, respect ivam ente. Em pleando una longitud de onda de 1520 nm el núm ero V es de 7, y para 1565 nm es de 6.796. DISPOSITIVOS DE FIBRA DE ÓPTICA DE VIDRIO CALCÓGENO 36 Figura 2.7. Atenuación presentada en el espect ro de t ransm isión al radiar el m icroalambre de AsSe/ PMMA. Figura 2.8. Espect ro normalizado de atenuación al radiar el m icroalam bre de AsSe/ PMMA. DISPOSITIVOS DE FIBRA DE ÓPTICA DE VIDRIO CALCÓGENO 37 Otra característ ica analizada de la atenuación fotoinducida es el t iem po de respuesta. Para caracterizar esto se em pleó un m odulador espacial (chopper) ópt ico a la salida del láser de escr itura em pleando una frecuencia de 500 Hz con un ciclo de t rabajo del 50% . Esta señal fue detectada m ediante un fotodiodo y visualizada en el osciloscopio. Al radiar la m uest ra la señal se ve atenuada abruptam ente, en ausencia de radiación externa la señal regresa a su valor or iginal pero presentando una respuesta m ás lenta. La constante de t iem po de recuperación m edida fue de τC= 140 µs, en el cual se alcanza un 63.21% del valor m áxim o de t ransm isión. En la figura 2.9 se m uest ra el com portam iento de la señal observada en el osciloscopio m ost rando al m ism o t iem po la duración de los pulsos de disparo del chopper com o punto de com paración para los t iem pos de respuesta. De esta m anera se caracterizó la respuesta dinám ica del efecto de atenuación fotoinducida. Figura 2.9. Respuesta dinám ica de la atenuación fotoinducida. Un últ im o aspecto a m encionar acerca de los efectos causados en las fibras de AsSe al ser radiadas con el láser verde son las pérdidas inducidas. Dado que el DISPOSITIVOS DE FIBRA DE ÓPTICA DE VIDRIO CALCÓGENO 38 m aterial presenta absorción en la longitud de onda de 532 nm , después de una larga exposición al láser de escritura el AsSe cam bia su índice de refracción [ 55, 56] . Este efecto causa una atenuación rem anente posterior a la radiación de la fibra con el láser de escritura, pudiéndose observar a lo largo de todo el rango espect ral estudiado. Este efecto desaparece después de varias horas o días, teniendo una recuperación de la t ransm isión a su t ransm isión original. Los efectos observados son sin duda relevantes para desarrollar disposit ivos con azobencenos, pues la irradiación ópt ica requerida por estas m oléculas podría generar pérdidas por photodarkening. En el siguiente capítulo se describirá el proceso de dopaje de estos disposit ivos con m oléculas de azobenceno y los efectos que estas causan en el espect ro de t ransm isión al ser radiadas con el láser de escr itura. BIRREFRINGENCIA FOTOINDUCIDA EN DISPOSITIVOS DE FIBRA ÓPTICA DE VIDRIO CALCÓGENO RECUBIERTOS CON AZOPOLÍMERO 39 3 . BI RREFRI NGENCI A FOTOI NDUCI DA EN DI SPOSI TIVOS DE FIBRA ÓPTI CA DE VIDRI O CALCÓGENO RECUBI ERTOS CON AZOPOLÍMERO Los azopolím eros poseen la propiedad de generar birrefr ingencia bajo la influencia de una fuente de luz polar izada linealm ente. El uso de este t ipo de m ateriales para recubrir zonas adelgazadas de fibra ópt ica da paso a la creación de fibras ópt icas con birrefr ingencia fotoinducida. Este efecto fotoinducido genera m odificaciones en la est ructura de la guía de onda, causando que la interacción de la onda evanescente de la fibra con la capa de azopolím ero altere las propiedades de la señal t ransm it ida. Este t ipo de disposit ivos son act ivados de m anera ópt ica, br indando la alternat iva de form ar parte de sistem as cont rolados por m edio de una señal lum inosa externa. En este capítulo se estudia el proceso de dopaje con azobenceno de los disposit ivos fabricados con fibras ópt icas de vidr io calcógeno recubiertas con PMMA. Se explica el m ecanism o del m étodo de dopaje y sus efectos sobre la m at r iz polim érica de PMMA. Así tam bién, se estudia la respuesta de dichos disposit ivos al ser radiados con una fuente de luz externa linealm ente polar izada. 3 .1 Dopaje del recubrim iento de PMMA Para lograr la obtención de un recubrim iento azopolim érico sobre fibras de vidr io calcógeno, se ut ilizó el m ism o recubrim iento de PMMA con el cual son fabricados los m icroalam bres. La m at r iz polim érica de PMMA ha sido reportada anteriorm ente para contener m oléculas de azobenceno y hacer películas delgadas BIRREFRINGENCIA FOTOINDUCIDA EN DISPOSITIVOS DE FIBRA ÓPTICA DE VIDRIO CALCÓGENO RECUBIERTOS CON AZOPOLÍMERO 40 o preform as de azopolím ero [ 8, 33] . Para este fin, la técnica em pleada generalm ente involucra usar un solvente para disolver pequeños cúm ulos de PMMA, denom inados pellets, j unto con el azobenceno usando una relación de concent ración deseada. El resultado de esto es una solución líquida que después es vaciada sobre m oldes o depositada sobre un spin coater , evaporando m ediante calor el solvente para posteriorm ente obtener el azopolím ero en la form a deseada. Ent re los solventes em pleados com únm ente se encuent ran el tet rahidrofurano (THF) , tolueno y cloroform o. La técnica descrita anteriorm ente no resulta com pat ible con el proceso de fabricación de los m icroalam bres de AsSe/ PMMA ut ilizados para este t rabajo, debido a que los tubos de PMMA em pleados com o preform as se adquirían ya fabricados. El em pleó de la técnica de disolución de azobencenos con PMMA involucra un proceso de con m uchas etapas, com plicado y que requiere bastante t iem po de opt im ización. Aunado a esto, las altas tem peraturas em pleadas en la fabricación de los m icroalam bres de AsSe/ PMMA sobrepasan la tem peratura de fusión de los azobencenos ut ilizados (160 – 162 º C para el DR1 y 122 - 129 º C para el DR13) . El sobrepasar estas tem peraturas t rae com o consecuencia una degradación de las m oléculas de azobencenos, suprim iendo los efectos fotoinducidos deseados [ 57] . Com o solución a este problem a se estudió una m anera alternat iva para incorporar los azobencenos dent ro del PMMA una vez fabricados los m icroalam bres de AsSe/ PMMA. La alternat iva seleccionada consist ió en int roducir las m oléculas de azobenceno dent ro de los poros del PMMA, em pleando un líquido com o m óvil para el azobenceno. Ent re los requerim ientos del líquido a em plear se necesitaba que este actuara com o solvente para las m oléculas de azobenceno, pero no para la m at r iz polim érica o en su defecto tener el m enor im pacto posible sobre el PMMA. El solvente em pleado fue el m etanol, que actúa com o solvente para los azobencenos, pero presenta efectos m ínim os de disolución en el PMMA requir iendo t iem pos m uy prolongados de exposición para disolverlo. Al sum ergir PMMA en m etanol el polím ero lo absorbe y este se difunde dent ro del m aterial con velocidad BIRREFRINGENCIA FOTOINDUCIDA EN DISPOSITIVOS DE FIBRA ÓPTICA DE VIDRIO CALCÓGENO RECUBIERTOS CON AZOPOLÍMERO 41 constante. Este proceso de difusión se m ant iene hasta llegar a un lím ite en el cual el polím ero se encuent ra saturado com pletam ente [ 58, 59] . Com o consecuencia de la penet ración del m etanol dent ro del PMMA, este presenta un hincham iento increm entando sus dim ensiones [ 60] . 3 .1 .1 Solución m etanol- azobenceno La solución de m etanol-azobenceno perm ite dopar la m at r iz polim érica con las m oléculas de azobenceno. En azopolím eros form ados bajo el sistem a de huésped-anfit r ión, la concent ración de azobenceno requerida necesita ser m uy elevada para lograr un efecto considerable, razón por la cual se em pleó una solución saturada para el proceso de dopaje. Esta solución se obtuvo ut ilizando un volum en fij o de m etanol al cual se agregó el polvo de azobenceno en cant idades pequeñas, revolviendo conjuntam ente para disolver este últ im o. La solución tam bién se som et ió por periodos de 15 m inutos a un proceso de sonicación para asegurar la disolución com pleta de los polvos de azobenceno y que esta fuese uniform e. Este proceso se cont inuó hasta observar que había m oléculas de azobenceno que ya no se disolvían. Se obtuvieron soluciones m etanol-azobenceno en t res proporciones em pleando los dos azobencenos con los que se contaba, Rojo Disperso 1 (DR1) y Rojo Disperso 13 (DR13) : • 2 m g/ m L de m etanol-DR1 (alta concent ración) • 5 m g/ m L de m etanol-DR1 (saturada) • 10 m g/ m L de m etanol-DR13 (saturada) Con la pr im era solución se realizó la caracterización com pleta del proceso de difusión dent ro de m uest ras de PMMA y adicionalm ente el dopaje de fibras de AsSe/ PMMA. Con las dos soluciones restantes únicam ente se observó que la difusión se presentara de m anera sim ilar, pero su principal ut ilización fue para el dopaje de las fibras. La razón de no usar las últ im as dos soluciones para hacer una caracterización com pleta de la penet ración de la solución dent ro del PMMA, fue la gran sim ilitud ent re am bos com puestos azobenceicos. Al tener m ás BIRREFRINGENCIA FOTOINDUCIDA EN DISPOSITIVOS DE FIBRA ÓPTICA DE VIDRIO CALCÓGENO RECUBIERTOS CON AZOPOLÍMERO 42 part ículas de azobenceno se asegura que la concent ración lograda debido a la penet ración será al m enos igual que en prim er caso; esto porque hay una m ayor cant idad de m oléculas azobenceicas en un volum en fij o de m etanol. 3 .1 .2 Caracter ización del dopaje Las característ icas tales com o la pureza, peso m olecular y densidad de las m uest ras de PMMA con las que se contaba eran desconocidas. Por esta razón, se tuvo que realizar la caracterización de la difusión de la solución m etanol- azobenceno dent ro del PMMA. Para este fin se em plearon cilindros sólidos de 6.35 m m de diám etro del m ism o PMMA con el cual se fabrican los tubos capilares ut ilizados para recubrir las fibras de AsSe. El proceso de caracterización del dopaje consist ió en int roducir en varios recipientes cerrados un t ram o de cada una de las m uest ras de PMMA (cilindros sólidos) , agregándoles posteriorm ente un volum en igual de la solución m etanol- DR1. Las m uest ras fueron cortadas procurando obtener dim ensiones lo m ás cercanas posibles ent re si, de 20.5 m m de longitud, para tener las m ism as condiciones durante el exper im ento. Cada m uest ra se dejó en inm ersión por dist intos periodos de t iem po; después se cortaron y pulieron las puntas de las m uest ras para m edir la distancia de penet ración de la solución dent ro de cada m uest ra. Los t iem pos de inm ersión fueron de 1, 2, 4, 8, 24 y 48 horas. Para llevar a cabo la m edición de la distancia de penet ración, se tuvo que pulir cada punta de las m uest ras con lij as de dist into tam año de grano, hasta lograr elim inar la m ayor cant idad de im perfecciones y perm it ir una buena im agen. Para asegurar que las superficies de am bos ext rem os de las m uest ras fueran perpendiculares al eje longitudinal, los cilindros se m ontaron en un taladro de banco donde fueron lij ados y pulidos; con este procedim iento se logró reducir el error de paralaje en la m edición de penet ración de la solución. Tanto los tubos adelgazados com o los capilares presentaron dificultad para ser pulidos a causa de su diám et ro reducido, los cuales eran de 2.47 m m y 1.84 m m en el exterior BIRREFRINGENCIA FOTOINDUCIDA EN DISPOSITIVOS DE FIBRA ÓPTICA DE VIDRIO CALCÓGENO RECUBIERTOS CON AZOPOLÍMERO 43 respect ivam ente. Sin em bargo, en ellos se pudo observar m uy bien com o la solución penet raba por la pared exterior, y en el caso de los capilares tam bién por la pared inter ior. En al figura 3.1 se puede apreciar una foto de las m uest ras de PMMA dopadas y ya pulidas. a) b) .. 1 2 4 8 24 48 Horas de dopado Figura 3.1. Cilindros sólidos de PMMA dopados con DR1: a) vista de cortes t ransversales de las muest ras y b) vista de la sección longitudinal de las muest ras. La m edición de la distancia de penet ración se realizó visualizando en un m icroscopio ópt ico los cilindros de PMMA dopados y m idiendo la distancia pintada de rojo debido al DR1. Para determ inar la distancia de penet ración se tom aron fotografías de las zonas de interés y después fueron analizadas m ediante el software I m ageJ, el cual br inda la posibilidad de realizar análisis de im ágenes. Com o referencia se em pleó una escala que poseía el ocular del m icroscopio y se determ inó la equivalencia de cada división em pleando com o pat rón la foto de una fibra m onom odo de dióxido de silicio, la cual posee 125 µm de diám etro com o estándar de fabr icación ( figura 3.2) . La m edida resultante de cada división fue de 13 µm , dato con lo cual se pudo m edir cada una de las m uest ras en 4 puntos diferentes para determ inar las penet raciones m ínim a y m áxim a. Los resultados de las m ediciones realizadas se m uest ran en la tabla 3.1. BIRREFRINGENCIA FOTOINDUCIDA EN DISPOSITIVOS DE FIBRA ÓPTICA DE VIDRIO CALCÓGENO RECUBIERTOS CON AZOPOLÍMERO 44 Tabla 3.1. Mediciones de propagación de metanol-DR1 dent ro de PMMA. Tiem po [ horas] Longitud m ínim a dopada [ µm ] Longitud m áxim a dopada [ µm ] 1 11 14 2 24 28 4 44 45 8 96 101 24 300 315 48 570 607 Figura 3.2. Fotografía de fibra monomodal de sílice (SiO2 ) empleada como referencia. Una consecuencia del m étodo de dopaje ut ilizado es que las m uest ras presentaron un increm ento en sus dim ensiones. Es decir, se hinchan a causa de la penet ración de la solución m etanol-DR1. El diám etro original de las m uest ras era aproxim adam ente de 6.35 m m , pero debido a que el m aterial presentaba característ icas no uniform es, este hincham iento no pudo ser m edido de m anera precisa. En todos los casos, los cilindros de PMMA presentaban elipt icidad en su sección t ransversal; en algunos casos la diferencia de diám etros m edida alcanzaba hasta 125 µm aproxim adam ente dent ro de la m ism a m uest ra. De igual m anera, a lo largo de la m ism a m uest ra cilíndrica se podían encont rar dist intas m edidas en el diám et ro, variando hasta en 50 µm en una longitud de 1 cm . Sin em bargo, al com parar las m uest ras antes y después de dopar, se puede est im ar que del BIRREFRINGENCIA FOTOINDUCIDA EN DISPOSITIVOS DE FIBRA ÓPTICA DE VIDRIO CALCÓGENO RECUBIERTOS CON AZOPOLÍMERO 45 diám et ro dopado aproxim adam ente ent re el 20% y 25% correspondían a un increm ento de las dim ensiones de la m uest ra, dato que concuerda con lo reportado en t rabajos previos [ 58, 60] . Con las im ágenes adquir idas pudo com probarse que la difusión de la solución dent ro de las m uest ras se realiza de m anera constante. Las m ediciones realizadas de profundidad de penet ración de la solución en el caso de dist intos t iem pos de inm ersión, perm it ieron calcular una velocidad de difusión prom edio de 2.06 µm / s ( figura 3.3) . Esta velocidad fue constante para todas las m uest ras inm ersas durante dist intos t iem pos, concordando con caracterizaciones realizadas anteriorm ente para determ inar la propagación de m etanol en una m at r iz polim érica de PMMA [ 58] . En la figura 3.4 se pueden apreciar fotos para las m uest ras dopadas som et idas durante varias horas al proceso de dopaje. Figura 3.3. Velocidad de penet ración de metanol-DR1 dent ro del PMMA. BIRREFRINGENCIA FOTOINDUCIDA EN DISPOSITIVOS DE FIBRA ÓPTICA DE VIDRIO CALCÓGENO RECUBIERTOS CON AZOPOLÍMERO 46 a) b) c) d) Figura 3.4. Fotografías del dopaje de PMMA a dist intos t iempos: a) 1 hora, b) 4 horas, c) 24 horas y d) 48 horas. Mediante la visualización de las im ágenes obtenidas durante el proceso de dopaje, es posible tam bién establecer que la concent ración de la solución varía en función de la profundidad de penet ración. Aunque no fue posible cuant ificar la cant idad de azobenceno a lo largo del eje radial de las m uest ras, las im ágenes m uest ran que la parte exterior cont iene m ás m oléculas de azobenceno, m ient ras que la región cent ral del cilindro presenta una m enor concent ración. Esto no puede apreciarse de m anera clara en las fotografías de la figura 3.4, pero al visualizar una m uest ra con m enor longitud (esto es, una rebanada) se puede apreciar m ejor esta dist r ibución ( figura 3.5) . Esto concuerda con los resultados t ípicos de problem as de difusión y para lograr uniform idad del dopaje, se t iene que dejar el t iem po suficiente para lograr una penet ración dent ro de toda la m uest ra de PMMA. De esta m anera, los resultados de esta visualización m uest ran que la concent ración de azobenceno varía de m anera gradual en la dirección radial de las m uest ras cilíndr icas. BIRREFRINGENCIA FOTOINDUCIDA EN DISPOSITIVOS DE FIBRA ÓPTICA DE VIDRIO CALCÓGENO RECUBIERTOS CON AZOPOLÍMERO 47 Figura 3.5. Frente de propagación del dopaje de solución metanol-DR1. 3 .1 .3 Dopaje de fibras El dopaje de los m icroalam bres de AsSe/ PMMA se realizó sum ergiéndolos en soluciones de m etanol-DR1 y m etanol-DR13. El uso de esta técnica representó un reto debido a la fragilidad de los m icroalam bres, pues el sim ple hecho de rem overlos de la m áquina con la cual se fabrican involucra un r iesgo elevado de ruptura. En el laboratorio donde eran fabricados estos m icroalam bres, se em pleaba un soporte ajustable en t res dim ensiones (plat ina XYZ) para ret irar los m icrolalam bres de la m áquina; este soporte cuenta con dos brazos sobre los cuales reposa la fibra y se fij a m ediante presión ut ilizando unos im anes. Generalm ente el m icroalam bre es em pleado m ontado sobre este soporte, pero esto no presentaba una opción viable para int roducir la fibra en la solución y poder realizar el dopaje. Para resolver este problem a se fabricaron unos contenedores para las fibras, los cuales tuvieron doble función: servir de soportes y tam bién com o recipiente para sum ergir la fibra adelgazada en la solución de m etanol- azobenceno. Estos contenedores fueron fabricados con una placa de nylon negro de m edia pulgada de grueso. El m aquinado de esta pieza consist ió en rem over el m aterial para lograr una cavidad am plia y profunda donde se depositaría la BIRREFRINGENCIA FOTOINDUCIDA EN DISPOSITIVOS DE FIBRA ÓPTICA DE VIDRIO CALCÓGENO RECUBIERTOS CON AZOPOLÍMERO 48 solución dopante, dejando de igual m anera ranuras en los ext rem os para perm it ir el paso y fij ación de la fibra. Para sellar los ext rem os se ut ilizó un pegam ento epóxico depositándolo y rellenando las ranuras por donde pasaba la fibra. Finalm ente, se obtenía la fibra em paquetada en una cavidad en la cual podía se dopada, t ransportada y usada para experim entos con ot ro equipo ( figura 3.6) . Ot ra ventaja de estos contenedores es que la fibra quedaba com pletam ente fij a, tensa y sin deform arse después de fabricar la, lo cual es vital para m inim izar deform aciones m ecánicas y no alterar la polar ización de la señal t ransm it ida a t ravés de los disposit ivos. Los planos de los contenedores fabricados se encuent ran en el apéndice F. Figura 3.6. Contenedor para manejo y dopaje de m icroalambres de AsSe/ PMMA. Las cavidades de los contenedores contaban en una de sus paredes una pequeña cavidad adicional. La función de esta cavidad es brindar un fácil acceso para int roducir una pipeta y poder hacer tanto la inserción com o el ret iro de la solución dopante, esto sin acercarse m ucho a la fibra y reducir el r iesgo de ruptura. Una vez fij ada la fibra y que se int roducía la solución para doparla, la superficie era cubierta con vidr io y cinta adhesiva. Esta últ im a m edida fue tom ada para evitar la evaporación del m etanol, m antener constante la concent ración y procurar que la fibra siem pre estuviera sum ergida en la solución. Una vez t ranscurr ido el t iem po de dopaje se ret iraban los vidr ios y se procedía a ret irar la solución. BIRREFRINGENCIA FOTOINDUCIDA EN DISPOSITIVOS DE FIBRA ÓPTICA DE VIDRIO CALCÓGENO RECUBIERTOS CON AZOPOLÍMERO 49 Una consecuencia del proceso de dopaje al em plear soluciones saturadas, fue la creación de cúm ulos de azobenceno. Estos se m anifestaron com o form aciones cr istalinas sobre la superficie de la fibra; es decir, se form aron agregados de las part ículas de azobenceno ( figura 3.7) . Estos agregados form ados sobre las fibras ópt icas se producían aleatoriam ente y de m anera no uniform e, lo cual era un efecto no deseado. Para observar su com portam iento se realizó la ilum inación de estos cúm ulos con un el láser de escritura linealm ente polar izado, efecto que se describe en la siguiente sección. Para rem over los agregados se procedió a insertar de m anera rápida m etanol puro y así disolver los; este proceso se realizó de la m anera m ás rápida posible tardando de 5 a 10 segundos, para evitar disolver los azobencenos ya int roducidos en el PMMA. a) b) c) Figura 3.7. Formación de agregados azobenceicos sobre fibras ópt icas: a) sobre la sección de m icroalambre, b) sobre la sección de t ransición y c) después de remover los agregados sobre la sección de t ransición. BIRREFRINGENCIA FOTOINDUCIDA EN DISPOSITIVOS DE FIBRA ÓPTICA DE VIDRIO CALCÓGENO RECUBIERTOS CON AZOPOLÍMERO 50 Todo el proceso de dopaje se realizó sin m over o deform ar la fibra, de tal m anera que no se afectó la polar ización de la señal ópt ica. Esto perm it ió m onitorear la señal ópt ica t ransm it ida a t ravés de los disposit ivos antes, durante y después del dopaje. Los t iem pos de inm ersión que se ut ilizaron fueron de a 1.5 a 2 veces m ayores a los t iem pos de difusión obtenidos durante la caracter ización del proceso de dopaje (ver sección anterior) . La razón de em plear una m ayor cant idad de t iem po fue para asegurar un dopaje com pleto y uniform e del PMMA. 3 .2 . Análisis de la señal ópt ica, excitación y respuesta fotoinducida La señal ópt ica t ransm it ida a t ravés de los disposit ivos fue m onitoreada antes, durante y después, tanto del proceso de dopaje, com o del proceso de ilum inación. Los cam bios observados se regist raron en el espect ro de t ransm isión, ut ilizando tam bién un arreglo de polar izadores cruzados para observar los cam bios en birrefr ingencia. Para obtener una m ejor com paración de los cam bios en polar ización generados durante los procesos de dopaje e ilum inación, se analizaron en total ocho posiciones fij as para el cont rolador de polar ización. El m onitoreo de la señal ópt ica durante el proceso de dopaje perm it ió regist rar las pérdidas y cam bios en el espect ro de t ransm isión debidos a la inserción de m oléculas de azobenceno dent ro de la m at r iz de PMMA. Los cam bios observados durante el proceso de ilum inación m ediante el láser de escritura perm it ieron m onitorear los cam bios en birrefr ingencia (esto es, la birrefr ingencia fotoinducida) . Estos aspectos serán analizados a detalle en las siguientes secciones. 3 .2 .1 Cam bios en el espectro del proceso de dopaje El proceso de dopaje en las fibras de AsSe/ PMMA se realizó usando dos soluciones: m etanol-DR1 y m etanol-DR13. Am bas soluciones fueron em pleadas para dopar los disposit ivos de fibra de AsSe/ PMMA y de esta m anera com parar los efectos fotoinducidos de am bos t ipos de azobenceno. En la literatura se reporta una m ayor respuesta por parte de las m oléculas de DR13 [ 40] . En esta sección se BIRREFRINGENCIA FOTOINDUCIDA EN DISPOSITIVOS DE FIBRA ÓPTICA DE VIDRIO CALCÓGENO RECUBIERTOS CON AZOPOLÍMERO 51 analizarán los efectos en le espect ro de t ransm isión de los disposit ivos de fibra dopados con am bas soluciones. En el caso del dopaje realizado con am bas soluciones, se observó que al m om ento de realizar el dopaje, el líquido provocaba pérdidas por atenuación en el espect ro de t ransm isión debido al cam bio de índice de refracción. Previam ente a esto se obtuvieron los espect ros de t ransm isión para las posiciones fij as del cont rolador de polar ización, obteniendo dist intos estados de polar ización que representan el punto de part ida (esto es, los espect ros de referencia) para realizar com paraciones con los pasos subsecuentes. Al presentarse la form ación de agregados sobre las fibras, la presión generada por estos cúm ulos de azobenceno provocaba efectos de atenuación y birrefr ingencia en la fibra, tal com o se puede observar en la figura 3.8. Figura 3.8. Atenuación generada en el proceso de dopaje durante la inmersión de la fibra en la solución metanol-azobenceno en presencia de cúmulos de azobenceno sobre la superficie de las fibras. La birrefr ingencia es generada por los cúmulos de azobenceno (ver figura 3.7) . Al realizar el proceso de dopaje y no obtener cúm ulos de azobenceno en la superficie de las fibras, el espect ro de t ransm isión m ost ró cierta atenuación BIRREFRINGENCIA FOTOINDUCIDA EN DISPOSITIVOS DE FIBRA ÓPTICA DE VIDRIO CALCÓGENO RECUBIERTOS CON AZOPOLÍMERO 52 causada por el cam bio del índice de refracción del PMMA ( figura 3.9) . La com paración de los espect ros de t ransm isión obtenida para las diferentes posiciones del cont rolador de polar ización perm it ió determ inar que la atenuación generada por la inserción de m oléculas de azobenceno es dependiente de la polar ización. Las m agnitudes de la atenuación generada debido al dopaje alcanzaron hasta 20 dB, sin em bargo, para cada polarización este valor fue diferente. Los efectos de esta atenuación no fueron analizados fuera del arreglo exper im ental con polar izadores cruzados para no m over los disposit ivos, evitando de esta m anera alterar la polar ización de la señal y perder las referencias con todos los pasos experim entales realizados. De igual m anera se realizó un barr ido por m últ iples posiciones del cont rolador de polar ización buscando en el espect ro de t ransm isión la form ación de lóbulos que indicasen birrefr ingencia. El resultado obtenido al analizar varios estados de polar ización después del proceso dopaje fue que no se detectaron efectos de birrefr ingencia significat ivos adicionales a la birrefr ingencia propia del arreglo. Las respuestas y fenóm enos observados hasta este punto m ost raron el m ism o com portam iento em pleando soluciones con DR1 y DR13 para dopar el PMMA. BIRREFRINGENCIA FOTOINDUCIDA EN DISPOSITIVOS DE FIBRA ÓPTICA DE VIDRIO CALCÓGENO RECUBIERTOS CON AZOPOLÍMERO 53 Figura 3.9. Cambios en el espect ro de t ransm isión por dopaje con azobenceno para dist intas posiciones del cont rolador de polarización. Las figuras muest ran los espect ros regist rados antes y después del dopaje. 3 .2 .2 Cam bios en el espectro m ediante ilum inación externa Los efectos de la ilum inación sobre los disposit ivos de fibra ópt ica con el haz de escr itura se regist raron haciendo uso de un láser verde con una longitud de BIRREFRINGENCIA FOTOINDUCIDA EN DISPOSITIVOS DE FIBRA ÓPTICA DE VIDRIO CALCÓGENO RECUBIERTOS CON AZOPOLÍMERO 54 onda de λ= 532 nm , polar izado linealm ente. El láser ut ilizado en este experim ento fue el m ism o em pleado para la generación de la absorción fotoinducida, donde a diferencia del ot ro experim ento, se em plearon potencias m enores para evitar tanto el daño en el m aterial de la fibra (AsSe) com o la degradación de los azobencenos [ 57] . La ilum inación del m icroalam bre se inició con la m ínim a potencia de salida del láser de escritura, increm entándose hasta poder observar una respuesta en el espect ro de t ransm isión. Este haz láser ya poseía una polarización lineal, razón por lo cual no fue necesario em plear un polar izador lineal a la salida del m ism o. El haz de luz fue dir igido m ediante espejos hacia la m uest ra y posteriorm ente se expandió ut ilizando una lente cilíndrica para abarcar una m ayor región de la fibra. En prim er lugar, se probaron los disposit ivos dopados con DR1 debido que en t rabajos anter iores se ha dem ost rado su funcionam iento generando birrefr ingencia al ilum inar con un haz de luz linealm ente polar izado [ 36, 40] . La ilum inación con el láser de escritura se realizó al tener los cúm ulos de azobenceno sobre la fibra de AsSe/ PMMA. En este caso, la potencia con la cual se regist ró un cam bio fue de 115 m W. Adem ás, el haz láser fue enfocado sobre una sección longitudinal de 3 cm de la fibra justo en la sección del m icroalam bre. La respuesta generada se puede observar en la figura 3.10, donde se dist ingue claram ente el cam bio en la separación de los lóbulos regist rados en el espect ro. Com o puede verse, la separación ent re los picos (o equivalentem ente, ent re los lóbulos) del espect ro es m enor después de que el disposit ivo se ilum ina con el láser de escr itura. Este fenóm eno observado en el espect ro de t ransm isión es debido a la birrefr ingencia causada por la reorientación de las m oléculas de azobenceno. El t iem po de radiación fue de aproxim adam ente 5 m inutos, pero la aparición de los lóbulos se presentó en un t iem po de 2 m inutos aproxim adam ente. BIRREFRINGENCIA FOTOINDUCIDA EN DISPOSITIVOS DE FIBRA ÓPTICA DE VIDRIO CALCÓGENO RECUBIERTOS CON AZOPOLÍMERO 55 Figura 3.10. Birrefr ingencia generada en la fibra debido a la ilum inación de los cúmulos de azobenceno formados sobre la fibra. La birrefr ingencia fotoinducida regist rada con estos disposit ivos fue bastante evidente; sin em bargo, la form ación de los cúm ulos no era cont rolada. Por esta razón, fue necesar io buscar cuant ificar solam ente el efecto provocado por las m oléculas de DR1 insertadas dent ro de la m at r iz de PMMA. Aunque los efectos causados con los cúm ulos no fueron cont rolados, lo que se logró con estos exper im entos fue el observar que efect ivam ente había una respuesta de las m oléculas de azobenceno al ser radiadas con el láser de escritura. Adem ás, estos resultados perm it ieron determ inar una potencia base para em plear el láser de escr itura en los experim entos poster iores. Este efecto con los cúm ulos tam bién fue observado em pleando la solución con DR13. Para observar los efectos de la birrefr ingencia fotoinducida sin los cúm ulos de azobenceno, el proceso de ilum inación tuvo una duración de 10 m inutos. En el caso de las fibras dopadas con el azobenceno DR1 nunca se presentó una birrefr ingencia significat iva al ser radiadas; inclusive analizando var ios estados de polar ización de la señal de ent rada no se pudo apreciar algún cam bio significat ivo. Este resultado se adjudica a la baja m agnitud de la respuesta de este azobenceno, BIRREFRINGENCIA FOTOINDUCIDA EN DISPOSITIVOS DE FIBRA ÓPTICA DE VIDRIO CALCÓGENO RECUBIERTOS CON AZOPOLÍMERO 56 así com o a la baja concent ración usada con respecto a las altas concent raciones com únm ente em pleadas para obtener una respuesta significat iva con este t ipo de azopolím eros [ 8, 37] . Figura 3.11. Birrefr ingencia generada en la fibra dopada con DR1. Los espect ros muest ran la t ransm isión antes y después de la ilum inación del disposit ivo con el láser de escritura. Para las fibras dopadas con DR13 se procedió a ilum inar la sección del m icroalam bre de la m ism a m anera que con las fibras dopadas con DR1. El resultado en este caso fue la aparición de lóbulos en el espect ro de t ransm isión. El t iem po de ilum inación sobre la fibra fue igualm ente de 10 m inutos, adquir iendo los espect ros de t ransm isión a dist intos instantes de t iem po para regist rar la evolución de los cam bios fotoinducidos. La aparición de los valles se com enzó a ver a los 10 segundos de ilum inar la m uest ra, pero una definición m ejor se observó hasta los 30 segundos del proceso de ilum inación. Transcurr idos los 10 m inutos de ilum inación, los valles observados poseían una m ayor definición; estos cam bios se ilust ran en la figura 3.12. En la figura 3.12 se puede apreciar que la atenuación generada por la radiación del láser de escr itura afecta el espect ro de t ransm isión de form a m ás o m enos uniform e, de tal m anera que no pueden dist inguirse fácilm ente los lóbulos característ icos de la birrefr ingencia fotoinducida. BIRREFRINGENCIA FOTOINDUCIDA EN DISPOSITIVOS DE FIBRA ÓPTICA DE VIDRIO CALCÓGENO RECUBIERTOS CON AZOPOLÍMERO 57 Figura 3.12. Evolución en el t iempo de la birrefr ingencia fotoinducida en la fibra dopada con DR13 al ser radiada con el láser de escritura. Posteriorm ente, el láser de escr itura fue apagado y el espect ro de t ransm isión fue m onitoreado por 10 m inutos para observar su com portam iento después de haber radiado el disposit ivo. Lo prim ero que puede destacarse de estas observaciones es que el espect ro dejó de regist rar pérdidas debido a la absorción fotoinducida, obteniendo un espect ro de t ransm isión con am plitud sim ilar a la inicial, pero con una m ayor atenuación en ciertas regiones espect rales, m anifestándose en la form ación de lóbulos originados por la birrefr ingencia (Figura 3.13) . En el t ranscurso de los 10 m inutos posteriores a la ilum inación externa, no se regist ró ningún cam bio significat ivo en los lóbulos del espect ro. De acuerdo con la descripción de la fotoisom erización, un pequeño porcentaje de las m oléculas retornan a su estado original; sin em bargo, en estos experim entos no se regist raron cam bios significat ivos después de apagar el láser de escr itura. BIRREFRINGENCIA FOTOINDUCIDA EN DISPOSITIVOS DE FIBRA ÓPTICA DE VIDRIO CALCÓGENO RECUBIERTOS CON AZOPOLÍMERO 58 Figura 3.13. Birrefr ingencia fotoinducida en la fibra dopada con DR13. Para observar los cam bios en birrefr ingencia em pleando ot ra polar ización en el láser de escr itura, este se roto 90º . Poster iorm ente se volvió a ilum inar la zona del m icroalam bre bajo las m ism as condiciones y durante el m ism o t iem po de exposición. El resultado obtenido se m uest ra en la figura 3.14, en la cual pueden observarse los cam bios fotoinducidos en la birrefr ingencia regist rada en el espect ro de t ransm isión para diferentes orientaciones del láser de escritura y en t res posiciones dist intas del cont rolador de polar ización. BIRREFRINGENCIA FOTOINDUCIDA EN DISPOSITIVOS DE FIBRA ÓPTICA DE VIDRIO CALCÓGENO RECUBIERTOS CON AZOPOLÍMERO 59 -55 ,----------------------------------------, Iluminación 00, posición 2 --- Iluminación 90°, posición 2 1550 Longitud de onda (nm) 1560 1570 -55 ~----------------------------------------_, -60 ~ E [Q -65 "C u 5j -70 & I -75 -80 ~ I 1520 -- 1530 1540 Iluminación 00, posición 6 -- Iluminación 90°, posición 6 1550 1560 Longitud de onda (nm) 1570 ... ------ BIRREFRINGENCIA FOTOINDUCIDA EN DISPOSITIVOS DE FIBRA ÓPTICA DE VIDRIO CALCÓGENO RECUBIERTOS CON AZOPOLÍMERO 60 Figura 3.14. Birrefr ingencia fotoinducida en la fibra dopada con DR13 rotando el láser de escritura 90º en dist intas posiciones del cont rolador de polarización. Para cuant ificar los cam bios en birrefr ingencia, es necesario determ inar la separación ent re los lóbulos de los espect ros m ost rados en la figura 3.13. Con el fin de realizar un análisis con m ejor precisión, la periodicidad de los lóbulos se determ inó m ediante la t ransform ada rápida de Four ier (FFT) de los espect ros. Al igual que en el análisis de señales convencionales, el em pleó de la FFT proporciona la ubicación de las com ponentes espect rales de la señal, donde en este caso en part icular, da inform ación sobre la periodicidad de los lóbulos fotoinducidos en los espect ros de t ransm isión. Para los resultados obtenidos ( figura 3.13) la periodicidad de los lóbulos es práct icam ente constante, pero la birrefr ingencia varía de acuerdo a la posición del cont rolador de polar ización. La figura 3.15 m uest ra la FFT del espect ro regist rado para la posición 6 que es en la cual se apreció un m ayor cont raste. Com o puede verse la FFT indica un pico en la posición correspondiente a 1.3 nm , indicando la periodicidad de los lóbulos en el espect ro. BIRREFRINGENCIA FOTOINDUCIDA EN DISPOSITIVOS DE FIBRA ÓPTICA DE VIDRIO CALCÓGENO RECUBIERTOS CON AZOPOLÍMERO 61 Figura 3.15. Transformada de Fourier para la birrefr ingencia fotoinducida. Una vez obtenida la separación de los lóbulos en el espect ro, es posible calcular la m agnitud de la birrefr ingencia fotoinducida. Para esto se ut iliza la teoría de m edición de la dispersión de m odos de polar ización (PMD) em pleando el m étodo de polar izadores cruzados [ 61] . En part icular, se ut iliza el retardo diferencial de grupo (DGD, ∆τ) expresado por: [ ] [ ] [ ] [ ]s msm m c 12 98 29 0 2 101.5 )103.1)(/103( )101550(824.0824.0 − − − ×= ×× × = ∆ =∆ λ λτ 3.2-1 en donde λ es la longitud de onda cent ral y ∆λ es la separación ent re los lóbulos del espect ro de t ransm isión. Con este valor, se puede determ inar la birrefr ingencia por m edio de la expresión: [ ] [ ] [ ] 051.0 )1030( )/103)(101.5( 3 812 0 = × ×× = ⋅∆ = − − m sms L c B τ 3.2-2 BIRREFRINGENCIA FOTOINDUCIDA EN DISPOSITIVOS DE FIBRA ÓPTICA DE VIDRIO CALCÓGENO RECUBIERTOS CON AZOPOLÍMERO 62 siendo L la longitud de fibra birrefr ingente, que en este caso es la sección ilum inada. Finalm ente el resultado de la birrefr ingencia generada es de 0.051. La fabricación de disposit ivos de fibra ópt ica de vidr io calcógeno con recubr im ientos de azopolím ero fue lograda fácilm ente em pleando la técnica de difusión, esta últ im a con el fin de incorporar las m oléculas de azobenceno dent ro del PMMA. La respuesta de los disposit ivos al ser irradiados m ediante un láser externo, presentó una birrefr ingencia fotoinducida de un valor m áxim o de 0.051. Este valor obtenido concuerda con los valores reportados siendo de órdenes de m agnitud de 1X10 -2 [ 62] . La birrefr ingencia obtenida puede cam biar variando la concent ración de de azobenceno dent ro de la m at r iz polim érica, cam biando la m at r iz polim érica, o bien, cam biando el espesor de la capa de azopolím ero. De igual m anera al var iar el espesor del recubrim iento azopolim érico, se alteran las propiedades de t ransm isión de los disposit ivos de fibra ópt ica. En el siguiente capítulo se discut irá una técnica para realizar recubr im ientos polim éricos de m anera cont rolada. DEPOSITO DE CAPAS DELGADAS DE POLÍMERO SOBRE FIBRAS DE SÍLICE 63 4 . DEPOSI TO DE CAPAS DELGADAS DE POLÍMERO SOBRE FI BRAS DE SÍ LI CE Las fibras de vidr io de sílice actualm ente son ut ilizadas en una gran variedad de aplicaciones debido a sus pérdidas m ínim as y bajo costo. Por estas razones se han desarrollado un gran núm ero de disposit ivos út iles para una am plia gam a de aplicaciones com pat ibles con esta tecnología. Algunos de los disposit ivos de fibra ópt ica que se han desarrollado basan su funcionam iento en la interacción de la onda evanescente con el m edio externo, efecto que les da capacidad de detectar cam bios en el m edio externo a la fibra. La creación de películas polim éricas para su uso en ópt ica se enfoca principalm ente en la realización de capas delgadas sobre sust ratos planos que t ípicam ente son de vidr io. Estas capas delgadas son com únm ente ut ilizadas para la const rucción de guías de onda planas, donde de esta m anera la onda guiada interactúa directam ente con el m edio de interés [ 63] . Para el depósito de estas capas se em plean m étodos com o el spin coat ing o el dip coat ing, aunque ninguno de estos es com pletam ente com pat ible con las fibras ópt icas. En algunos aplicaciones los recubrim ientos para fibras ópt icas requieren ser realizados únicam ente sobre las puntas de la fibra; para estos casos existen dist intos m étodos que están am pliam ente caracter izados ya que se ajustan bien a esta necesidad. En el caso de la incorporación de capas polim éricas en fibras ópt icas, generalm ente se em plean m oldes para recubrir la zona de interés en una sección interm edia, resultando en capas m uy gruesas. Para algunas aplicaciones se requiere de capas delgadas y este es el caso con los azopolím eros, pues los efectos generados en estos m ateriales dependen del espesor de la capa polim érica DEPOSITO DE CAPAS DELGADAS DE POLÍMERO SOBRE FIBRAS DE SÍLICE 64 ( la birrefr ingencia fotoinducida, por ejem plo, es inversam ente proporcional al espesor de la película) [ 33, 35] . En este capítulo se desarrolla una técnica para realizar recubrim ientos polim éricos delgados y uniform es en secciones adelgazadas de fibras ópt icas de sílice, con el fin de lograr disposit ivos de fibra ópt ica recubiertos con azopolím ero. Este t rabajo se realizó en el "Laborator io de fibras láser y sensores de fibra ópt ica" ubicado en el I nst ituto de I nvest igaciones en Materiales ( I I M) de la UNAM, a cargo del Dr. Juan Hernández Cordero. 4 .1 Fabricación de fibras adelgazadas de sílice y m icroalam bres Los disposit ivos de fibra ópt ica de sílice que actúan por exposición de la onda evanescente incluyen a las fibras adelgazadas, los acopladores fusionados y los m icroalam bres. La fabricación de estos disposit ivos se realiza m ediante una estación de t rabajo Dowson 2010, la cual está diseñada para fabricar acopladores fusionados de 2 canales (2 fibras ópt icas) . Esta estación de t rabajo tam bién brinda la posibilidad de adelgazar fibras y fabricar m icroalam bres. La fabr icación de las fibras adelgazadas se realiza calentando la fibra ópt ica m ediante una antorcha de hidrógeno y est irándola sim ultáneam ente. Los parám et ros ópt im os de fabr icación se determ inaron de m anera experim ental basándose en t rabajos realizados anteriorm ente [ 64] . Los parám et ros m ás relevantes para la fibra ópt ica usada en este t rabajo, SMF-28e (apéndice B) , son los siguientes: • Velocidad de barr ido de la antorcha: 1.052 m m / s • Altura de la antorcha: 2.75 m m • Distancia de barr ido de la antorcha: 6 m m • Flujo de hidrógeno: 250 scc • Velocidad de jalado de la fibra: 0.02 m m / s • Longitud de elongación total: 4 cm DEPOSITO DE CAPAS DELGADAS DE POLÍMERO SOBRE FIBRAS DE SÍLICE 65 Com o resultado del proceso de elongación se obt ienen fibras adelgazadas con una sección de cintura de 4 µm aproxim adam ente. En estas fibras adelgazadas la sección de la cintura se m ant iene constante a lo largo de 1.5 cm , donde en una longitud de 3.5 cm se regist raron variaciones únicam ente de 1.2 µm . Las pérdidas regist radas durante el proceso de fabr icación son de hasta 1.4 dB. La repet it ibilidad lograda en la fabricación de estos disposit ivos fue buena, regist rándose variaciones de 0.3 µm en la región m ás adelgazada. Las variaciones en las característ icas de los disposit ivos dependen de las condiciones del m edio externo com o la tem peratura am biente y ráfagas de aire, parám et ros que no fueron cont rolados de m anera específica. En la figura 4.1 se m uest ra la im agen de la sección de la cintura de una fibra adelgazada tom ada m ediante m icroscopía elect rónica de barr ido (SEM, por sus siglas en inglés: Scanning Elect ron Microscope) . Figura 4.1. Fibra adelgazada en la sección de m icroalambre tomada mediante SEM. 4 .2 . Técnica de recubrim iento El recubrim iento de secciones longitudinales de fibra ópt ica usualm ente se realiza int roduciendo esta m ism a en recipientes que cont ienen el m aterial para que este se adhiera a la fibra y jalando la fibra a una velocidad cont rolada. En algunos casos se ut ilizan boquillas por las cuales se pasa la fibra recubierta, con el fin de lim itar el espesor de la capa de m aterial adher ido. Sin em bargo, al m anejar fibras adelgazadas o m icroalam bres, la tensión que se puede aplicar a estos disposit ivos es m uy lim itada a causa de su fragilidad y poca r igidez. De igual m anera, la región donde se ubican estos disposit ivos suele ser a la m itad de la DEPOSITO DE CAPAS DELGADAS DE POLÍMERO SOBRE FIBRAS DE SÍLICE 66 longitud de una sección de fibra ópt ica, siendo una lim itante m ás para realizar el recubr im iento. Por estas razones, es necesario explorar alternat ivas que perm itan recubr ir disposit ivos basados en fibras ópt icas adelgazadas. En la técnica de dip coat ing, el disposit ivo a recubrir es sum ergido en la solución con que servirá de recubrim iento, donde m ediante las propiedades de la esta solución y la velocidad a la cual se realiza el proceso, se cont rola el espesor de la capa depositada. Este proceso es com pat ible en ciertos aspectos para realizar el recubr im iento de secciones adelgazadas de fibra; sin em bargo, la lim itante para su aplicación se encuent ra en la m anera de int roducir la fibra a la solución, ya que por la fragilidad de los disposit ivos se puede generar ruptura debido a la tensión superficial de la solución. Adicionalm ente, algunos disposit ivos basados en fibras adelgazadas requieren tam bién deform ación m ínim a y que adem ás se m antengan siem pre en una posición y tensión ópt im a. Com o solución a estos problem as se m odificó el m étodo de dip coat ing, buscando m antener estát ica la fibra adelgazada y desplazar a lo largo de esta la solución ut ilizada com o recubrim iento. Con esta consideración, el depósito de la solución se realiza m ediante un barr ido horizontal de esta sobre las fibras, proceso durante el cual la velocidad es cont rolada para lograr una capa uniform e y con un espesor determ inado. Bajo estos cr iter ios se diseñó y fabr icó una m áquina que realizara estas funciones, cuyo m ecanism o básico de funcionam iento se m uest ran la figura 4.2. La est ructura básica de la m áquina se com pone de dos soportes laterales donde la fibra a recubrir es sujetada y tensada; una plat ina para alojar al polím ero a depositar y un m ecanism o de engranes accionado m ediante un m otor eléct r ico que se encarga de desplazar el polím ero a una velocidad y longitud determ inadas. El diseño y consideraciones de la m áquina fabr icada se t ratan en la siguiente sección. Las pruebas prelim inares del m ecanism o básico para recubrir fibras ópt icas se llevaron a cabo ut ilizando PDMS com o m aterial de recubrim iento. Los resultados obtenidos m ost raron que el m ecanism o perm ite la form ación de una DEPOSITO DE CAPAS DELGADAS DE POLÍMERO SOBRE FIBRAS DE SÍLICE 67 capa m uy delgada sobre la fibra. La elección del PDMS para realizar las pruebas se basó en que es un polím ero con un índice de refracción m enor que el sílice. Por ot ro lado, el PDMS tam bién ha sido em pleado anter iorm ente com o m at r iz polim érica para la fabricación de azopolím eros [ 36] . Para propósitos de visualización se em pleó un colorante vegetal en la m ezcla de PDMS, de tal m anera que la capa depositada sobre la fibra pudiera ser observada en form a sim ple. En la figura 4.3 se m uest ran los resultados de una prueba de recubrim iento realizada a una velocidad de 1 m m / s. Figura 4.2. Esquema del mecanismo de máquina para recubrir disposit ivos de fibra ópt ica. a) b) Figura 4.3. Prueba prelim inar del recubrim iento de fibras ópt icas usando la adaptación del proceso de dip coat ing: a) fibra ópt ica normal sin recubrim iento y b) fibra ópt ica recubierta con PDMS combinado con un colorante vegetal azul (puntos obscuros sobre la fibra) . Con las diversas pruebas que se realizaron ut ilizando el m ecanism o diseñado, se determ inaron los lím ites de velocidad de desplazam iento del proceso derecubrim iento. En part icular, se estableció que el uso de una velocidad m ayor a 3 m m / s generaba la form ación de aglom eraciones de PDMS sobre la fibra ( figura 4.4) . Com o se verá m ás adelante, estas aglom eraciones se deben al exceso de DEPOSITO DE CAPAS DELGADAS DE POLÍMERO SOBRE FIBRAS DE SÍLICE 68 m aterial depositado a esta velocidad, de tal m anera que las característ icas de la fibra y del polím ero lim itan la velocidad de desplazam iento. Figura 4.4. I magen de una aglomeración de PDMS sobre la fibra ópt ica, debida al uso de velocidades altas del proceso de recubrim iento. 4 .2 .1 Diseño de la m áquina La m áquina fabricada para recubrir fibras ópt icas se basó en el esquem a m ost rado en la figura 4.2; tanto la est ructura com o el m ecanism o de m ovim iento fueron diseñados y fabricados específicam ente para este t rabajo. La m ot ivación para desarrollar esta m áquina fue crear una estación independiente de los dem ás equipos em pleados en el laboratorio, con la sola función de aplicar los recubr im ientos requeridos para los diversos disposit ivos fabricados dent ro del laboratorio. De igual m anera se pretendía que tuviera las característ icas de ser com pacta, portát il y que fuera cont rolada por com putadora. La sujeción de las fibras se realiza m ediante un par de placas con diez ranuras, situadas en la parte superior de ot ras dos placas que actúan com o soportes, una frente a la ot ra. Las ranuras sirven de guías para los disposit ivos de fibra ópt ica, siendo fij ados firm em ente m ediante grapas m agnét icas; estas grapas poseen una guía adicional para perm it ir que cada una de ellas em bone en una posición única, de tal m anera que las fibras perm anezcan alineadas en todo m om ento ( figura 4.5) . Para dar versat ilidad a la distancia de t rabajo, una de las placas ranuradas se encuent ra fij a sobre su soporte, m ient ras la ot ra t iene un m ecanism o de corredera que le perm ite m odificar la distancia de t rabajo para la aplicación del recubr im iento. Con el uso de estas placas para sujetar las fibras se DEPOSITO DE CAPAS DELGADAS DE POLÍMERO SOBRE FIBRAS DE SÍLICE 69 logra la m eta de poder recubrir disposit ivos de dist intas longitudes y adicionalm ente, se brinda la opción de recubrir hasta diez disposit ivos sim ultáneam ente. Figura 4.5. Placa ranurada y grapas para fijar los disposit ivos de fibra ópt ica. En cuanto al m ecanism o de m ovim iento, este se cent ra en el desplazam iento de una plataform a en la cual se deposita la solución para recubrir las fibras. La plataform a se desplaza sobre un husillo m ovido por un sistem a de engranes act ivado m ediante un m otor eléct r ico. En el aspecto de la est ructura m ecánica, el requisito era la creación de soportes rígidos tanto para las fibras com o para el m ecanism o de m ovim iento; en la parte super ior de estos soportes se fij ar ían los disposit ivos de fibra ópt ica, quedando en m edio la región a recubr ir . Esta región queda determ inada por la longitud de interés a recubrir , que a su vez depende del t ipo de disposit ivo de fibra ópt ica fabricado: fibras adelgazadas, m icroalam bres o acopladores fusionados. Esta m ism a distancia es la que debe poder recorrer la plataform a m óvil. Para act ivar el m ovim iento m ecánico se eligió ut ilizar un m otor a pasos, con el cual se puede cont rolar la velocidad de avance de m anera sencilla al regular el t iem po de act ivación de cada fase del m otor. Este t ipo de m otor genera un m ovim iento discreto, pero al hacer uso de un sistem a de engranes, los increm entos son m uy pequeños (se est im an del orden de nanóm etros) y para propósitos práct icos se puede considerar que se obt ienen un m ovim iento cont inuo. Una lim itante para la velocidad de avance de la plataform a es el t iem po de respuesta del m otor a pasos, pues a m enor t iem po ent re cada paso, m enor es el DEPOSITO DE CAPAS DELGADAS DE POLÍMERO SOBRE FIBRAS DE SÍLICE 70 torque. Típicam ente se ut iliza un intervalo m ínim o de t iem po ent re paso de 10 m s. El m otor a pasos posee en su eje o flecha un engrane que se acopla a un segundo engrane, el cual al m overse hace girar el husillo y así lograr el avance de la plataform a con la solución para recubrir . Con el fin de tener un rango de velocidades am plio, se decidió usar dos m otores con dist intos acoplam ientos m ecánicos; uno con un engrane norm al y ot ro con un engrane sin fin. La diferencia ent re estos es que al em plear un sistem a engrane-engrane, la relación de giro depende directam ente de la cant idad de dientes de cada engrane; en el caso del sistem a engrane-sin fin, por cada vuelta del sin fin sólo se avanza un diente del engrane norm al, pudiendo generar desplazam ientos m uy pequeños. Los m otores ut ilizados son bipolares, de cuat ro fases con cinco term inales y avanzan 7.5º por paso; adem ás, el avance puede ser reducido a la m itad o a una cuarta parte usando dist intas secuencias de act ivación [ 65] . En la figura 4.6 se m uest ran las fotografías de am bos m otores y sus especificaciones pueden consultarse en el apéndice D. El diseño del engrane y husillo se realizó en base a los resultados de la velocidad obtenida en las pruebas preelim inares, buscando siem pre que el avance por paso fuera el m enor posible para lograr un avance lo m ás cercano posible a un m ovim iento cont inuo. Por esta razón se eligió fabr icar un husillo con 22 hilos por pulgada y un engrane de 96 dientes. a) b) Figura 4.6. imágenes de los motores empleados para accionar la máquina para recubrir disposit ivos de fibra ópt ica. a) Motor con engrane de 16 dientes y b) motor con engrane sin fin. DEPOSITO DE CAPAS DELGADAS DE POLÍMERO SOBRE FIBRAS DE SÍLICE 71 Una vez elegidos los elem entos m ecánicos, el cálculo del desplazam iento (d) usando cada uno de los m otores depende de los factores de m ult iplicación logrados con los engranes, denom inado k EN. A su vez, tam bién intervienen el núm ero de pasos por vuelta que realiza el m otor (PV) y los parám etros del husillo. El desplazam iento puede determ inarse entonces de acuerdo a: [ ] ENV kP vueltammd 1 154154.1= 4.2-1 donde el factor de 1.154154 m m / vuelta es la distancia recorr ida por cada hilo del husillo, es decir, por cada vuelta realizada por el husillo. Para el caso del m otor con el engrane de 16 dientes k EN= 6 y en el caso del engrane con el engrane sin fin k EN= 96. El núm ero de pasos por vuelta del m otor se lim itó a dos opciones: 48 y 96 pasos, correspondiendo a desplazam ientos largo y corto respect ivam ente. La velocidad de recubr im iento se determ ina por el retardo ent re pasos del m otor (∆t P) , el cual es del orden de m ilisegundos, determ inada por la expresión 4.2-2. Las velocidades bajas de t rabajo consideradas para el diseño dependen de la viscosidad del polím ero usado, en este caso PDMS [ 66] . Los desplazam ientos logrados con el m ecanism o y las velocidades m áxim as alcanzadas usando un t iem po de 10 m s ent re paso se listan en la tabla 4.1. [ ] [ ] ][ min000,60 mst mmd smV P∆ = 4.2-2 Tabla 4.1. Desplazam ientos de avance de la máquina para recubrir fibras. Engrane de 1 6 dientes Engrane sin fin Desplazam iento corto [ µm ] 2.00442 0.12527 Desplazam iento largo [ µm ] 4.00884 0.25055 Velocidad m áxim a [ m m / m in] ( desplazam iento corto) 12.02652 0.75162 Velocidad m áxim a [ m m / m in] ( desplazam iento largo) 24.05304 1.50324 DEPOSITO DE CAPAS DELGADAS DE POLÍMERO SOBRE FIBRAS DE SÍLICE 72 La plataform a m óvil que cont iene la solución a depositar cont iene una t ira de teflón con ranuras para depositar la solución. Estas ranuras están alineadas con las placas donde son fij adas las fibras, logrando que la solución quede en las ranuras y el disposit ivo de fibra pase por en m edio de ella. La razón de ut ilizar teflón fue para evitar alguna reacción quím ica con la solución y para una fácil lim pieza ( figura 4.7) . La t ira de teflón se encuent ra sujeta en un ext rem o por un perno sobre el cual gira, de tal m anera que puede bajarse y perm it ir ret irar la solución a depositar para evitar el contacto con las fibras. Figura 4.7. Tira de teflón ranurada sobre plataforma móvil para recubrir . En la figura 4.8 se m uest ra una im agen de la m áquina fabricada y los planos de esta pueden encont rarse en el apéndice F. El cont rol de la m áquina se realizó con LabVI EW, perm it iendo crear una interfaz sencilla que brinda la posibilidad de seleccionar desplazam ientos largos o cortos, la velocidad de recubr im iento y la distancia a recubr ir ( figura 4.9) . La com unicación con la com putadora y los m otores a pasos se realizó m ediante una tar jeta de adquisición de datos m odelo PMD-1680FS, de la m arca Measurem ent Com put ing (apéndice E) . Esta tar jeta de adquisición cuenta con com unicación m ediante el puerto USB y puede ser m anipulada m ediante LabVI EW enviando la secuencia de act ivación para las fases del m otor a pasos. Esta señal de secuencia es una señal digital que se alim enta a un circuito integrado que incluye un arreglo de t ransistores darlington (ULN2803A) para sum inist rar la corr iente adecuada al m otor y aislar este sum inist ro de energía de la tar jeta de adquisición de datos. DEPOSITO DE CAPAS DELGADAS DE POLÍMERO SOBRE FIBRAS DE SÍLICE 73 Figura 4.8. Máquina diseñada y const ruida para realizar recubrim ientos poliméricos sobre disposit ivos de fibra ópt ica. Figura 4.9. I nterfaz de LABView creada para cont rolar la secuencia de act ivación de los motores a pasos y cont rolar la velocidad de los recubrim ientos realizados en disposit ivos de fibra ópt ica. DEPOSITO DE CAPAS DELGADAS DE POLÍMERO SOBRE FIBRAS DE SÍLICE 74 2 .3 Recubrim iento de disposit ivos de fibra ópt ica Debido a que los disposit ivos recubiertos con azopolím eros basan su funcionam iento en la interacción de la onda evanescente, el índice de refracción del polím ero debe poseer un índice de refracción m enor al del m aterial de la fibra ópt ica (este caso SiO2 , n= 1.458) . Ot ro aspecto a considerar al recubrir los disposit ivos de fibra ópt ica, son las im perfecciones en la interfaz de la fibra ópt ica y el recubr im iento, las cuales causan degradación de la señal t ransm it ida a t ravés de la guía de onda. De esta m anera, el espesor de las capas depositadas sobre secciones adelgazadas de fibra ópt ica es relevante debido a la distancia de interacción de la onda evanescente con el m edio externo. Al ut ilizar m ateriales con m oléculas de azobenceno se pretende cam biar la or ientación de dichas m oléculas m ediante ilum inación externa en una longitud de onda específica. Para asegurar la excitación de las m oléculas m ás cercanas de la interfaz ent re el azopolím ero y la fibra, el espesor de los recubr im ientos debe ser delgado para perm it ir el paso de la luz externa hasta estas m oléculas. Por ot ro lado, el recubrim iento debe poseer un espesor ópt im o para una interacción con la onda evanescente y generar cam bios en la polar ización de la señal t ransm it ida en la guía de onda. En t rabajos previos con recubrim ientos azopolim éricos el espesor de este m aterial se ha reportado ser un factor determ inante para obtener una respuesta ópt im a [ 26, 36, 67] . 4 .3 .1 Caracter ización de recubrim ientos realizados con la m áquina El m étodo escogido para recubrir las fibras ópt icas ut iliza el m ism o principio que la técnica de dip coat ing, que consiste en sum ergir un sust rato en una solución de interés. La diferencia ent re la técnica de dip coat ing y el m étodo em pleado en este t rabajo es que en nuest ro caso el proceso se realiza de m anera horizontal. Trabajos realizados anteriorm ente por Goucher y Ward describen los principios de este m étodo para obtener recubrim ientos en fibras y discos [ 68] ; posteriorm ente, Landau y Levich m odelaron con m ás detalle el caso del DEPOSITO DE CAPAS DELGADAS DE POLÍMERO SOBRE FIBRAS DE SÍLICE 75 recubr im iento de fibras al hacerlas pasar de m anera vert ical dent ro de un contenedor con una solución deseada, tal com o se ilust ra en la figura 4.10 [ 69, 70] . Figura 4.10. Esquema de recubrim iento de fibras delgadas [ 70] . De acuerdo a los reportes previos, el espesor del recubrim iento (e) depende de las propiedades del líquido, la velocidad de jalado de la fibra (V) y el radio de la fibra (b) . Para el cálculo del espesor en este t ipo de fenóm eno se desprecian los efectos generados por la gravedad, con lo cual se obt iene la expresión [ 70] : 4.3-1 γ ηV Ca = 4.3-2 donde Ca es el núm ero de capilar idad, η es la viscosidad y γ es la tensión superficial del líquido o solución a depositar. Para la caracterización de los recubrim ientos obtenidos con la m áquina const ruida, se realizaron recubrim ientos de PDMS sobre fibras ópt icas de sílice sin DEPOSITO DE CAPAS DELGADAS DE POLÍMERO SOBRE FIBRAS DE SÍLICE 76 adelgazar a dist intas velocidades. El PDMS em pleado para estas pruebas fue el Sylgard 184 de Dow Corning (apéndice C) , el cual se polim eriza con un agente curante y m ediante calentam iento. La relación de m onóm ero y agente curante ut ilizada fue 8: 1 en peso; esta relación proporciona una m ayor r igidez al polim erizar y br inda una m ayor resistencia m ecánica a los disposit ivos. Los recubr im ientos se realizaron ut ilizando el m otor con el engrane sin fin y en la m odalidad de avance largo para las velocidades de 1.5, 1.25, 1 y 0.75 m m / m in. En la figura 4.11 se puede observar que el grosor de los recubrim ientos obtenidos depende de la velocidad con la que se realiza el proceso, obteniéndose un espesor m ayor a velocidades m ayores. Los espesores de los recubr im ientos se m idieron usando im ágenes tom adas m ediante SEM, obteniendo la diferencia en el diám etro de las fibras en secciones con y sin recubr im iento de PDMS. Los resultados de los espesores m edidos se m uest ran en la tabla 4.2; estos se obtuvieron prom ediando las m ediciones de varias m uest ras. Figura 4.11. Dependencia del grosor de PDMS obtenido en función de la velocidad del proceso de recubrim iento de fibras ópt icas. DEPOSITO DE CAPAS DELGADAS DE POLÍMERO SOBRE FIBRAS DE SÍLICE 77 Tabla 4.2. Datos obtenidos de la medición de los recubrim ientos realizados experimentalmente. Velocidad de recubrim iento [ m m / m in] Prom edio de espesor [ µm ] Desviación estándar[ µm ] 0 .7 5 1.4578 0.27632 1 2.21145 1.82045 1 .2 5 2.19687 0.95968 1 .5 2.38835 0.02722 Para com parar los resultados de las m ediciones con los m odelos reportados en t rabajos previos, se obtuvieron curvas característ icas ut ilizando la expresión 4.3-1 em pleando los siguientes parám et ros para el PDMS [ 71, 72] : • Radio de la fibra ópt ica (b) : 62.5 µm • Viscosidad (η) : 3.9 Pa/ s • Tensión superficial (γ) : 0.0198 N/ m De la figura 4.11 y la tabla 4.2 se puede observar que hay t res puntos exper im entales que presentan m uy buena correlación con las predicciones teóricas. Por ot ro lado, el punto correspondiente a una velocidad de 1 m m / m in se aparta del valor teórico, m ost rando una desviación estándar considerable. El resultado para esta m uest ra en part icular se adjudica a que el PDMS ut ilizado había sido m ezclado con anterior idad y había sido tam bién alm acenado en el refr igerador, esta últ im a m edida fue tom ada para evitar la polim erización debido al agente curante. Sin em bargo, el t iem po t ranscurr ido fue suficiente para generar un aum ento im portante en la viscosidad del PDMS. El increm ento en este parám et ro puede generar que las m uest ras recubiertas a esta velocidad (1 m m / m in) se ubiquen en una curva característ ica diferente. Esto se ilust ra en la figura 4.12, en donde se m uest ran una fam ilia de curvas generada para dist intos valores de viscosidad. Nótese que el punto correspondiente a la velocidad de 1 m m / s ajusta m ejor a la curva con viscosidad de 5 Pa/ s. Ot ro factor que tam bién DEPOSITO DE CAPAS DELGADAS DE POLÍMERO SOBRE FIBRAS DE SÍLICE 78 pudo haber afectado es la contam inación del PDMS con hum edad, ocasionando de igual m anera una desviación estándar grande y un recubrim iento no uniform e. Figura 4.12. Dependencia del grosor de PDMS obtenido en función de la velocidad del proceso de recubrim iento de fibras ópt icas para dist intas viscosidades de la solución empleada. Ot ro parám etro a tom ar en consideración es el radio de las fibras ópt icas a recubr ir . En la ecuación 4.3-1 se aprecia que el espesor de las capas de recubr im iento en secciones de m icroalam bre puede ser m uy delgado. Esto se ilust ra en la figura 4.13, obtenida para una velocidad de 1.5 m m / m in y em pleando una viscosidad de 3.9 Pa/ s. Nótese, por ejem plo, que para una fibra adelgazada con un radio de 5 µm el recubrim iento tendrá un espesor m enor a 0.25 µm . Estos espesores deben ser tom ados en cuenta para la fabricación de disposit ivos de fibra ópt ica recubiertos con polím eros funcionales, pues const ituyen un aspecto im portante para obtener un ópt im o desem peño. DEPOSITO DE CAPAS DELGADAS DE POLÍMERO SOBRE FIBRAS DE SÍLICE 79 Figura 4.13. Dependencia del grosor de PDMS obtenido en función del radio de la fibra ópt ica recubierta. Para observar los recubrim ientos realizados con PDMS se em pleó tanto m icroscopia ópt ica com o m icroscopia elect rónica de barr ido (SEM) . Ut ilizando las im ágenes adquir idas se com probó que el recubrim iento depositado sobre las fibras ópt icas era de carácter uniform e en toda la sección recubierta ( figura 4.14) . Haciendo uso de las im ágenes adquir idas m ediante SEM fue que se pudo determ inar el espesor del depósito de PDMS. Mediante la m ism a técnica se analizaron secciones adelgazadas de fibra ópt ica DEPOSITO DE CAPAS DELGADAS DE POLÍMERO SOBRE FIBRAS DE SÍLICE 80 a) b) Figura 4.14. Fotografías de recubrim ientos homogéneos de PDMS realizados sobre fibras ópt icas: a) mediante m icroscopia ópt ica y b) mediante SEM. Dent ro de los aspectos im portantes observados durante el proceso de recubr im iento de fibras ópt icas, cabe m encionar que el correcto posicionam iento de las fibras en la m áquina es crucial para lograr una alineam iento e inm ersión correctos en la solución de interés. Al no realizarse de form a correcta, la m ala alineación origina recubrim ientos no uniform es en los disposit ivos de fibra ópt ica. Com o ejem plo de esto, en la figura 4.15 se m uest ra la im agen de una fibra adelgazada que no fue colocada de m anera adecuada en las ranuras de las placas de fij ación de la m áquina. Com o consecuencia, el recubr im iento de PDMS no se realizó de m anera uniform e en la fibra, generando a su vez perturbaciones en la t ransm isión de señales (estas se analizarán en la siguiente sección) . DEPOSITO DE CAPAS DELGADAS DE POLÍMERO SOBRE FIBRAS DE SÍLICE 81 Figura 4.15. Fotografía del recubrim iento de PDMS no homogéneo realizado sobre una fibra ópt ica adelgazada causado por un mal alineam iento de la fibra. 4 .3 .2 Cam bios espectrales causados por recubrim ientos de PDMS Al recubrir fibras ópt icas adelgazadas con un nuevo m aterial se m odifica el índice de refracción del m edio externo. Este cam bio en el índice de refracción m odifica los parám etros de la interfaz de la guía de onda con el m edio, ocasionando un cam bio en el confinam iento de la onda guiada [ 12] . El cam bio en la señal t ransm it ida se observó de m anera exper im ental m onitoreando el proceso de recubr im iento con PDMS de una fibra adelgazada, em pleando una velocidad de 1.25 m m / m in. La fibra adelgazada se realizó bajo los parám etros indicados en la sección 4.1, obteniendo un diám etro de la sección de m icroalam bre de 4 µm . La figura 4.16 m uest ra el cam bio regist rado en el espect ro de t ransm isión de la señal, pudiéndose apreciar que en algunas longitudes de onda se genera atenuación, m ient ras que en ot ras se logra un increm ento en la t ransm isión de la señal. En este últ im o caso, es claro que el confinam iento de la onda guiada m ejora con el nuevo revest im iento. El ruido presentado en la señal se at r ibuye a im purezas at rapadas al m om ento de realizar el proceso de recubrim iento. Nótese que los cam bios espect rales perm iten obtener las pérdidas que se generan al recubr ir la fibra adelgazada. En este caso, las pérdidas m áxim as son de 1.5 dB. DEPOSITO DE CAPAS DELGADAS DE POLÍMERO SOBRE FIBRAS DE SÍLICE 82 a) b) Figura 4.16. Cambio en la t ransm isión de una fibra adelgazada recubierta con PDMS. a)Espect ro de t ransm isión y b)espect ro normalizado. Cuando se realiza un recubrim iento no hom ogéneo com o el expuesto en la figura 4.14, se genera una ser ie de cam bios periódicos de índice de refracción a lo DEPOSITO DE CAPAS DELGADAS DE POLÍMERO SOBRE FIBRAS DE SÍLICE 83 largo del disposit ivo de fibra ópt ica. Estos cam bios en el índice de refracción causan perturbaciones en el espect ro de t ransm isión del disposit ivo, generando bandas de atenuación a ciertas longitudes de onda ( figura 4.17) . Figura 4.17. Cambio en la t ransm isión de una fibra adelgazada recubierta de manera no uniforme con PDMS. 4 .3 .3 Recubrim ientos de PDMS- azobenceno sobre fibras adelgazadas En este t rabajo se realizó el recubrim iento de disposit ivos de fibra ópt ica ut ilizando un azopolím ero. Anteriorm ente, en la fabricación de disposit ivos de fibra ópt ica de sílice con recubr im iento de azopolím ero, se ha em pleado la m ezcla de PDMS con azobenceno [ 36] . Sin em bargo, el espesor de estos recubrim ientos es m uy grueso, de varios cientos de m icróm etros. Para evaluar la posibilidad de opt im izar estos recubrim ientos, se ut ilizó una m ezcla de PDMS con azobenceno para recubrir las fibras adelgazadas. DEPOSITO DE CAPAS DELGADAS DE POLÍMERO SOBRE FIBRAS DE SÍLICE 84 La m ezcla de PDMS con azobenceno se realizó ut ilizando una relación de peso de 92% / 8% , respect ivam ente. Los azobencenos usados para estos exper im entos fueron el DR1 y el DR13. Posteriorm ente se procedió a recubrir los disposit ivos de fibra ópt ica con el azopolím ero em pleando el m ism o procedim iento con la m áquina fabr icada. Los recubr im ientos realizados presentaron m uchas irregularidades debido a la propia m ezcla de PDMS-azobenceno, la cual no es una m ezcla hom ogénea. Esta falta de hom ogeneidad se debe a que el azobenceno no es soluble en la solución de PDMS con el curante, razón que origina que las m oléculas de azobenceno no queden dist r ibuidas uniform em ente en toda la m ezcla ( figura 4.18) . a) b) Figura 4.18. Depósitos de azopolím ero (PDMS-azobenceno) sobre disposit ivos de fibras ópt icas: a) imagen tomada mediante m icroscopia ópt ica y b) imagen tomada mediante SEM. Com o se ilust ra en las im ágenes anteriores, la m ezcla de azopolím ero creada no es uniform e y por lo tanto, en secciones adelgazadas de fibra ópt ica se DEPOSITO DE CAPAS DELGADAS DE POLÍMERO SOBRE FIBRAS DE SÍLICE 85 deposita una m enor cant idad de m oléculas de azobenceno. Los disposit ivos creados fueron situados dent ro del arreglo exper im ental de polar izadores cruzados y som et idos a ilum inación externa haciendo uso del láser de escritura, pero no se detectó ningún cam bio en el espect ro de t ransm isión o en el estado de polar ización. Este resultado se at r ibuye a la poca eficiencia del azopolím ero, sobre todo por la poca cant idad de azobenceno depositado en la región adelgazada. Una alternat iva para esto es ut ilizar el m étodo de difusión de las m oléculas de azobenceno dent ro de la m at r iz de PDMS, haciendo uso de algún solvente. El ut ilizar esta técnica representa un t rabajo a futuro, para lo cual habrá que estudiar los efectos de dist intos solventes en este polím ero, tem a en el cual no hay m ucha inform ación disponible [ 73] . A pesar de no haber obtenido efectos de birrefr ingencia fotoinducida en los disposit ivos recubiertos con azopolím ero, se dem ost ró el recubrim iento de fibras adelgazadas con polím ero de m anera uniform e y hom ogénea. Esto da paso a una m ejora en la creación de disposit ivos con recubrim ientos azopolim éricos ut ilizando el com puesto adecuado. De igual m anera, la creación de esta m áquina brinda la opción de realizar recubrim ientos delgados sobre diversos disposit ivos de fibra ópt ica em pleando dist intos m ateriales polim éricos. CONCLUSIONES 86 5 . CONCLUSI ONES En este t rabajo se desarrollaron disposit ivos de fibra ópt ica con diferentes recubr im ientos de azopolím ero. Las técnicas y procesos para la creación de los disposit ivos son de carácter novedoso, los cuales se enfocan a la creación de nuevas aplicaciones en fotónica. Se desarrollaron técnicas específicas para la creación de los disposit ivos deseados, adaptándose a procesos ya establecidos dent ro de los laboratorios que se t rabajó. La fabr icación de los disposit ivos se buscó realizar de m anera sim plificada y de bajo costo. En part icular, se realizaron pruebas de birrefr ingencia fotoinducida en m icroalam bres de fibra ópt ica. Para estos disposit ivos se ut ilizaron dos t ipos fibra ópt ica de dist intos m ateriales: vidr io calcógeno (As2Se3 ) y dióxido de silicio o sílice (SiO2 ) . Para am bos casos, los m icroalam bres se recubr ieron con azopolím eros, m ateriales que están com puestos por una m at r iz polim érica y azobenceno. Posteriorm ente, con el fin de inducir birrefr ingencia por fotoisom erización, los m icroalam bres recubiertos con azopolím ero fueron radiados con un láser externo linealm ente polar izado. En el caso de las fibras ópt icas de vidr io calcógeno se aprendió la técnica de fabricación de los m icroalam bres, que involucra un proceso m uy especial y m etódico debido a las característ icas del m aterial. Dado que el vidr io calcógeno es en ext rem o frágil, se ideó una m anera para em paquetar los m icroalam bres y poder m anipular los durante diversas etapas de post -procesam iento. El em paquetado de estos disposit ivos requir ió de fabricar contenedores para lograr que el m icroalam bre quedara fij o y dent ro de una cavidad, de tal form a que esta tam bién resultara út il para incorpora los com puestos azobenceicos. En el caso de las fibras de sílice, se caracter izó y m ejoró el proceso de fabr icación de CONCLUSIONES 87 m icroalam bres, obteniendo disposit ivos con bajas pérdidas y altam ente reproducibles. Los m icroalam bres de vidr io calcógeno fabricados para este t rabajo incluyen en su recubrim iento un polím ero (PMMA) y debido a las altas tem peraturas ut ilizadas en el proceso de fabricación, fue necesario desarrollar una técnica alternat iva para incorporar el azobenceno a la m at r iz polim érica. Este objet ivo se logró m ediante un proceso de difusión, usando com o m óvil una solución de azobenceno-m etanol. El proceso de dopaje del PMMA con azobenceno fue caracterizado para determ inar los t iem pos necesarios de inm ersión de los disposit ivos de fibra dent ro de la solución. El uso de esta técnica para incorporar m oléculas de azobenceno a los recubrim ientos polim éricos que ya poseían los disposit ivos de fibra ópt ica, representó una m anera fácil y sencilla de fabricar disposit ivos ópt icos con azopolím ero. La respuesta de estos disposit ivos al ser som et idos a la luz proveniente de un láser externo originaron birrefr ingencia debido al alineam iento de las m oléculas. Una vez inducido el alineam iento, la birrefr ingencia perm anece incluso después de ret irar el láser externo. La birrefr ingencia inducida depende de la polar ización del láser de escritura, efecto que se com probó al rotar esta fuente de luz. Para una posición ópt im a de la polar ización del láser de escritura, la birrefr ingencia generada fue de una m agnitud considerable. Este resultado indica que los disposit ivos dopados con azobencenos podrían resultar út iles para ser incorporados en dist intos sistem as de fibra para generar efectos tales com o birrefr ingencia o no linealidades m ediante la ilum inación externa de estos m icroalam bres. Un efecto observado en las fibras de vidr io calcógeno al radiar las con el láser de escr itura fue el de la absorción fotoinducida. Este efecto ya se había reportado antes, pero al caracterizar lo con detalle se encont ró que es posible crear atenuadores de fibra ópt ica cont rolados con luz. La atenuación inducida en los disposit ivos em pleados depende de la potencia de radiación y la longitud de onda, CONCLUSIONES 88 donde el rango espect ral de la atenuación es m uy ancho. Por ot ro lado, los t iem pos de respuesta son rápidos, del orden de m icrosegundos, característ ica que indica que pueden ser ut ilizados com o switches en sistem as de sensado. Estas velocidades de respuesta resultarían m uy lentas para aplicaciones en sistem as de com unicaciones. Con el fin de opt im izar el proceso de recubrim iento de fibras ópt icas de sílice se diseñó y fabricó una m áquina para recubrir fibras adelgazadas de m anera hom ogénea y cont rolada. Esta m áquina fue desarrollada para recubrir sim ultáneam ente var ios disposit ivos de fibra ópt ica realizando un barr ido con la solución a depositar a lo largo de la fibra. Los resultados m ost raron que con la m áquina es posible obtener recubrim ientos uniform es y con espesores delgados, de tal m anera que se cum plió el objet ivo que se perseguía al const ruir la m áquina. El proceso de recubrim iento y las capas depositadas sobre las fibras fueron caracterizados por técnicas de visualización y por m icroscopía elect rónica. Se logró determ inar que las pérdidas ocasionadas por este m étodo para recubrir fibras adelgazadas son m ínim as. De igual m anera se hizo una com paración ent re la teoría y los resultados obtenidos en la m edición de los espesores de los recubr im ientos, donde fue posible verificar que la m etodología propuesta funciona de acuerdo a los m odelados reportados en la literatura. Se hizo un intento por recubrir m icroalam bres ópt icos de sílice con azopolím ero haciendo uso de la m áquina const ruida. Sin em bargo, los resultados obtenidos no fueron sat isfactorios, pues no se logró generar birrefr ingencia fotoinducida. Esto se at r ibuye a los problem as de uniform idad de las capas de azopolím ero, en part icular, la m ezcla de PDMS y azobenceno genera depósitos no uniform es a lo largo de las regiones adelgazadas. Esto indica que el proceso la creación del azopolím ero t iene que opt im izarse. Algunas opciones que se explorarán en el futuro incluyen m ejoras en el com puesto azopolim érico y evaluar la técnica de difusión de azobenceno en el PDMS ut ilizando varios solventes. De igual m anera se deben estudiar los efectos de la aplicación de var ias capas de CONCLUSIONES 89 polím ero y estudiar los efectos que esta est ructura tendría en el desem peño de los disposit ivos. Aunque los recubr im ientos de azopolím ero realizados m ediante la m áquina fabricada no presentaron respuesta a los est ím ulos ópt icos, el proceso de recubr im iento de las fibras em pleando solam ente PDMS fue exitoso. Por lo tanto, se logró realizar recubrim ientos polim éricos con las característ icas deseadas sobre los disposit ivos de fibras ópt ica. Este proceso puede adem ás ut ilizarse con dist intos polím eros funcionalizados para diversas finalidades. Adicionalm ente, la m áquina brinda versat ilidad en los aspectos de velocidad de operación, longitud de los disposit ivos a recubrir y cont rol com putarizado, característ icas que son tam bién im portantes para dist intos m ateriales út iles para la creación de disposit ivos de fibra ópt ica. En resum en, en este t rabajo se logró la fabricación de disposit ivos de fibra ópt ica con recubrim ientos de azopolím ero. Se abarcaron los procesos de fabricación de los disposit ivos de fibra ópt ica, el proceso de recubrim iento de los disposit ivos con polím ero, incorporación de las m oléculas de azobenceno y excitación de los disposit ivos creados. Se realizó tam bién la caracter ización detallada de todas estas etapas y la m etodología de fabricación se estableció de tal m anera que se obtuvieron procesos sencillos, repet ibles y con posibilidad de ser ut ilizados para la fabricación de ot ros disposit ivos. Existen diversas líneas de invest igación que se podrán explorar en el futuro tom ando com o punto de part ida los resultados obtenidos. Por ejem plo, en este t rabajo se ut ilizaron los azobencenos que han sido reportados m ás com únm ente en diversas aplicaciones. Sin em bargo, hay una gran variedad de azopolím eros con dist intos efectos fotoinducidos, los cuales pueden ser incorporados a los disposit ivos propuestos en este t rabajo haciendo uso de las m etodologías descritas en los capítulos anteriores. Tam bién se debe m ejorar el cont rol de la m áquina diseñada, el cual pueda brindar una m ayor versat ilidad en las velocidades de CONCLUSIONES 90 operación, así com o poder realizar un proceso de recubrim iento con velocidades variables para lograr espesores dist intos a lo largo de la fibra. '"-- '...-"~~ ~~ ================================================================================~ -~----- ~ "---"" REFERENCIAS 91 REFERENCIAS 1. Sandra Pascual Vázquez y Juan Hernández Cordero; “Fibras ópt icas láser: cóm o cocinar vidr io para generar luz; ” Materiales Avanzados; 2007; Núm. 9; 5-14. 2. Thomas G. Giallorenzi, Joseph A. Bucaro, Anthony Dandridge, G. H. Sigel, JR., James H. Cole, Scot t C. Rashleigh y Richard G. 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TRANSMISSION SPECTRA SPECIFICATIONS Optical IRT-SU IRT-SE Transmission Range (µm) 2 to 6 2 to 9 Typical Core Refractive Index 2.4 2.7 Typical Attenuation (dB/m) 0.15 @ 2.7μm 0.35 @ 7μm Geometrical&Mechanical Core Non-Circularity (%) < 1 < 1 Core/Clad Concentricity Error (µm) < 5 < 5 Protective Coating Material Single Coat Acrylate Single Coat Acrylate Tensile Proof Test (kpsi) > 15 > 15 Environmental Chemical Resistance Insoluble in water, concentrated hydrochloric acid, non-oxidizing acids, gasoline, toluol, alcohol and acetone IRT-SU (As2S3) IRT-SE (As2Se3) Infrared Fiber Products PRODUCT DESCRIPTION CorActive delivers a full range of Infrared Transmission ( IRT) opt ical f iber s to address beam del ivery requirements in the mid- IR region. CorActive’s IRT series of infrared fiber solutions have been specifically designed to provide ultra low loss optical transmission while offering excellent mechanical properties. CorAct i ve ’ s mid - I R f ibe r s enab le s ign i f i cant performance improvements in many applications that have relied on free space optics, low quality fiber or other beam delivery methods. CorActive mid-IR transmission fiber is manufactured under an exclusive license agreement with the U.S. Naval Research Laboratory (NRL). NRL holds several key patent s on in f ra red f iber manufactu r ing technologies and processes. Two chalcogenide glass compositions are offered: IRT-SU: Sulphide glass (As2S3) series offer the lowest absorption in the 2-6µm region. IRT-SE: Selenide glass (As2Se3) series features the broadest transmission range from 2µm up to 9µm. ADVANTAGES - Lowest optical losses on the market - High power handling - Wide operating range (up to 9µm) - Outstanding flexibility and strength - Proof tested for increased long-term reliability - Highly reliable and consistent manufacturing process allowing production runs in the km range APPLICATIONS - IR Countermeasures - FT-IR Spectroscopy - Mid-IR Laser Beam Delivery - Sensing and Environmental - Non-Linear Applications All above specifications are subject to change without notice. BR0001r04 - 09/11 Copyright © 2010-2011 CorActive High-Tech Inc., All Rights Reserved. AVAILABLE MODELS Other core/clad dimensions are available upon request. FIBER CABLE ASSEMBLIES Cable assemblies are offered in different configurations. FIBER CABLE ORDERING INFORMATION FCA - - / - - - - Other cable models are available upon request. Important Notice: CorActive rstongly recommends to use free-space coupling and does not recommend butt coupling to another optical fiber since it may damage the IRT fiber facet. Model Number Glass Composition Core Diameter (µm) Clad Diameter (µm) IRT-SE-6/170 As2Se3 6 170 IRT-SE-100/170 As2Se3 100 170 IRT-SU-7/170 As2S3 7 170 IRT-SU-70/170 As2S3 70 170 IRT-SU-100/170 As2S3 100 170 Glass Type SE = Selenide SU = Sulphide IRT Fiber Core Diameter in microns IRT Fiber Clad Diameter in microns IRT Fiber Length in meters Protective Jacket Type B = Polyurethane C = Stainless Steel Input Connector Type FC = FC/PC APC = FC/APC Output Connector Type FC = FC/PC APC = FC/APC CorActive High-Tech, Inc. 2700 Jean-Perrin, Suite 121 Quebec City, QC Canada G2C 1S9 Phone : 1-866-845-2466 E-mail : sales@coractive.com www.coractive.com A proprietary optical fiber manufacturing method ensures that fiber impurities and optical defects are removed prior to fiber drawing. This ensures the lowest loss and highest quality optical transmission of mid-IR wavelengths in the 2 to 9 µm range. APÉNDICE B 100 A P É N D I C E B: Especificaciones de las fibras de vidr io de dióxido de silicio (SiO2) Optical Fiber Corning® SMF-28e® Optical Fiber Product Information Evolving Networks Now At Corning Optical Fiber, we are continually pushing single-mode fiber to new performance levels. Building on our leadership position in the optical fiber industry, Corning is evolving our already formidable products to meet customer requirements like never before. As the first manufacturer to upgrade standard single-mode fiber worldwide, we’re providing our customers with greater value today and in the future. Corning® SMF-28e® optical fiber is: * Corning’s standard single-mode fiber offering, delivering optimized capability, network design flexibility and confidence in long-term performance * The world’s most widely demanded full-spectrum fiber * In compliance with or exceeding the industry’s most stringent requirements, including: • ITU-T G.652 (Categories A, B, C & D) • IEC Specifications 60793-2-50 Type B1.3 • TIA/EIA 492-CAAB • Telcordia’s GR-20 • ISO 11801 OS2 * The industry leader in comprehensive standard single-mode fiber specifications As Corning’s premier standard single-mode fiber, SMF-28e fiber is one in a long line of optical innovations. Corning SMF-28e, an ITU-T G.652.D-compliant optical fiber, is expanding the capability of the world’s most dynamic metropolitan and access networks. Corning invents first low-loss optical fiber Corning invents vapor deposition for fiber manufacturing First to adopt DMD measurements for quality Corning sets world record for low attenuation in laboratory tests Corning introduces first single-mode fiber for original band operations First to be fully compliant with global standards for fiber-optic test procedures Corning introduces SMF-28 fiber, a dual-window single-mode fiber Introduces single-mode fiber featuring low water peak attenuation (SMF-28e fiber) SMF-28e fiber awarded Fiberoptic Product News Annual Technology Award Global conversion to full-spectrum standard single-mode fiber 30+ evolutions/product improvements to standard single-mode fiber in less than 20 years Corning introduces industry’s first specification sheets for commercially available transmission fiber Issued: December 2007 Supersedes: May 2007 ISO 9001 Registered PI1344 S M F- 2 8 eBuilding on a Solid Foundation Corning SMF-28e fiber has the same reliability, splicing performance and easily strippable coating that customers have trusted in Corning® SMF-28® fiber, the long-standing industry benchmark for quality and performance. SMF-28e fiber offers enhanced capabilities and specifications, while providing full compati- bility and interoperability with legacy standard single-mode networks. Our 30 years of experience are reflected in this evolution of standard single-mode fiber, which not only meets and exceeds the highest industry standards, but also provides an excellent combination of optical, environmental, dimensional and mechanical specifications. Confidence for Today and the Future SMF-28e fiber is optimized for metropolitan and access networks that support all broadband applica- tions. SMF-28e fiber has been a qualified product offering since 2001 and has been successfully deployed in communications networks worldwide, proving its performance capabilities in diverse applications. As the ideal fiber choice for rapidly growing and dynamically changing metropolitan and access networks, SMF-28e fiber provides immediate value to the customer. It is one of the easiest fibers to handle and install because of its world-class geometry, CPC® coating technology and bending speci- fications. Additionally, its full-spectrum capability enables flexible network designs, increases fiber capacity and prepares network infrastructures for emerging technologies and architectures. Corning’s Service Advantage Corning Optical Fiber delivers the world’s most comprehensive package of innovative products and services, including: * Worldwide sales support and door-to-door customer service * Full range of fibers and special order capabilities * Specialized support from technical experts * Extensive fiber delivery capabilities with proven success rates * Real-time, Web-based customer information * Dedicated account support for our long-term supply customers * Fiber support services and technical information for end-customers At Corning Optical Fiber, we strive to provide the best possible customer service and technical support – before, during and after the sale. As a customer, you’ll benefit from our established and extensive support infrastructure that’s ready to meet your specific needs. Corning’s Product Advantage Our enhanced, dual acrylate CPC® coatings provide excellent protection. Designed to be mechanically stripped, with an outside diameter of 245 µm, they are optimized for many single- and multi-fiber cable designs, including loose tube, ribbon, slotted core and tight buffer cables. Corning is committed to product excellence and meeting the evolving needs of our customers. As updates to fiber characteristics or performance specifications become available, they will be posted on the Corning Optical Fiber website at www.corning.com/opticalfiber Corning® Optical Fiber – The Measure of Trust Optical Specifications Dimensional Specifications Glass Geometry Fiber Curl ≥ 4.0 m radius of curvature Cladding Diameter 125.0 ± 0.7 µm Core-Clad Concentricity ≤ 0.5 µm Cladding Non-Circularity ≤ 0.7% Coating Geometry Coating Diameter 245 ± 5 µm Coating-Cladding Concentricity <12 µm Environmental Specifications Induced Attenuation Environmental Test Test Condition 1310 nm, 1550 nm & 1625 nm (dB/km) Temperature Dependence -60°C to +85°C* ≤0.05 Temperature Humidity Cycling -10ºC to +85ºC* up to 98% RH ≤0.05 Water Immersion 23º± 2ºC ≤0.05 Heat Aging 85º± 2ºC* ≤0.05 Damp Heat 85°C at 85% RH ≤0.05 *Reference temperature = +23ºC Operating Temperature Range: -60ºC to +85ºC Fiber Attenuation Maximum Attenuation Wavelength Maximum Value* (nm) (dB/km) 1310 0.33 – 0.35 1383** 0.31 – 0.35 1550 0.19 – 0.20 1625 0.20 – 0.23 *Maximum specified attenuation value available within the stated ranges. **Attenuation values at this wavelength represent post-hydrogen aging performance. Alternate attenuation offerings available upon request. Attenuation vs. Wavelength Range Ref. λ Max. α Difference (nm) (nm) (dB/km) 1285 – 1330 1310 0.03 1525 – 1575 1550 0.02 The attenuation in a given wavelength range does not exceed the attenuation of the reference wavelength (λ) by more than the value α. Macrobend Loss Mandrel Number Wavelength Induced Diameter of (nm) Attenuation* (mm) Turns (dB) 32 1 1550 ≤0.05 50 100 1310 ≤0.05 50 100 1550 ≤0.05 60 100 1625 ≤0.05 *The induced attenuation due to fiber wrapped around a mandrel of a specified diameter. Point Discontinuity Wavelength Point Discontinuity (nm) (dB) 1310 ≤0.05 1550 ≤0.05 Cable Cutoff Wavelength ( λccf ) λccf ≤ 1260 nm Mode-Field Diameter Wavelength MFD (nm) (µm) 1310 9.2 ± 0.4 1550 10.4 ± 0.5 Dispersion Wavelength Dispersion Value (nm) [ps/(nm•km)] 1550 ≤18.0 1625 ≤22.0 Zero Dispersion Wavelength (λ0): 1302 nm ≤ λ0 ≤ 1322 nm Zero Dispersion Slope (S0): ≤ 0.089 ps/(nm2•km) Polarization Mode Dispersion (PMD) Value (ps/√km) PMD Link Design Value ≤0.06* Maximum Individual Fiber ≤0.2 *Complies with IEC 60794-3: 2001, Section 5.5, Method 1, (m = 20, Q = 0.01%), September 2001. The PMD link design value is a term used to describe the PMD of concatenated lengths of fiber (also known as PMDQ). This value repre- sents a statistical upper limit for total link PMD. Individual PMD val- ues may change when fiber is cabled. Corning’s fiber specification sup- ports network design requirements for a 0.20 ps/√km maximum PMD. Characterized parameters are typical values. Core Diameter 8.2 µm Numerical Aperture 0.14 NA is measured at the one percent power level of a one-dimensional far-field scan at 1310 nm. Zero Dispersion Wavelength (λ0 ) 1313 nm Zero Dispersion Slope (S0 ) 0.086 ps/(nm2•km) Refractive Index Difference 0.36% Effective Group Index of Refraction (Neff ) 1310 nm: 1.4677 1550 nm: 1.4682 Fatigue Resistance Parameter (Nd ) 20 Coating Strip Force Dry: 0.6 lbs. (3N) Wet, 14-day room temperature: 0.6 lbs. (3N) Rayleigh Backscatter Coefficient 1310 nm: -77 dB (for 1 ns Pulse Width) 1550 nm: -82 dB Individual Fiber Polarization Mode Dispersion 0.02 ps/√km Formulas Corning Incorporated www.corning.com/opticalfiber One Riverfront Plaza Corning, NY 14831 U.S.A. Ph: 607-248-2000 Email: cofic@corning.com Corning, SMF-28, SMF-28e and CPC are registered trademarks of Corning Incorporated, Corning, N.Y. Any warranty of any nature relating to any Corning optical fiber is only contained in the written agreement between Corning Incorporated and the direct purchaser of such fiber. ©2007, Corning Incorporated Performance Characterizations Mechanical Specifications Proof Test The entire fiber length is subjected to a tensile stress ≥100 kpsi (0.7 GPa)*. *Higher proof test levels available. Length Fiber lengths available up to 50.4* km/spool. *Longer spliced lengths available. How to Order Contact your sales representative, or call the Optical Fiber Customer Service Department: Ph: 607-248-2000 (U.S. and Canada) +44-1244-287-437 (Europe) Email: opticalfibcs@corning.com Please specify the fiber type, attenuation and quantity when ordering. Dispersion Cladding Non-Circularity APÉNDICE C 105 A P É N D I C E C: Especificaciones del PDMS Sylgard 184, Dow Corning I N F O R M A C I Ó N D E P R O D U C T O Información sobre los Encapsulantes de Silicona Dow Corning® Las Siliconas y la Electrónica La protección segura y a largo plazo de circuitos y componentes electrónicos sensibles se ha vuelto muy importante en muchas de las aplicaciones electrónicas delicadas y especializadas de hoy en día. Las siliconas funcionan como aislantes dieléctricos duraderos, barreras contra contaminantes ambientales y como protección contra el impacto y la absorción de la vibración en un amplio rango de temperaturas y humedad. Además de mantener sus propiedades físicas y eléctricas sobre un amplio rango de condiciones, las siliconas son resistentes a la degradación con ozono y radiación ultravioleta, poseen buena estabilidad química y están disponibles en una gran variedad de formas útiles como recubrimientos conformables, encapsulantes y adhesivos. Con su amplio rango de productos de uso general y especializados, Dow Corning le ofrece una selección de materiales para todas sus necesidades. DESCRIPCIÓN Los encapsulantes de silicona Dow Corning® se presentan en kits de dos componentes líquidos compuestos de:  Proporción de la mezcla Componentes  (en peso o volumen) (presentación)  1:1  Parte A/Parte B 10:1 Base/Agente de curado Cuando los componentes líquidos se mezclan completamente, la mezcla se cura a un elastómero flexible adecuado para su uso en la protección de elementos electrónicos y eléctricos. Los encapsulantes de silicona Dow Corning se curan sin reacción exotérmica a una velocidad constante independiente del grosor de la sección o del grado de confinamiento. Los elastómeros de silicona Dow Corning no necesitan proceso de pos-curado y pueden ser utilizados inmediatamente después de la terminación del programa de curado en un rango de temperatura -45 a 200°C (-49 a 392°F). Algunos materiales han sido clasificados por Underwriters Laboratories y cumplen con especificaciones militares. Los encapsulantes de silicona estándares requieren un tratamiento de la superficie con imprimación además de una limpieza a fondo para adherirse, mientras que los encapsulantes de silicona sin imprimación sólo necesitan una limpieza de la superficie. Encapsulantes de silicona Tipo Elastómero de silicona bicomponente Estado físico Líquido fluido que cura a un elastómero flexible Propriedades especiales Velocidad de curado constante, independiente del grosor de la sección o del grado de confinamiento; el rango de uso es de -45 a 200°C (-49 a 392°F) y no requiere proceso de pos-curado. Usos principales Protección de dispositivos electrónicos y eléctricos Producto Descripción Características Encapsulantes de silicona Sylgard® 160 Elastómero de silicona Bajo costo; buena conductividad trmica Sylgard® 165 Elastómero de silicona Curado rpido; bajo costo; buena conductividad trmica Sylgard® 170 Elastómero de silicona Baja viscosidad Sylgard® 170 Elastómero de silicona de curado rápido Curado rpido; baja viscosidad Dow Corning® 96-082 A y B Encapsulante Muy baja viscosidad; de combustin lenta; no se funde; autoextinguible; vida prolongada de la mezcla; til en amplio rango de temperaturas Dos componentes; proporción de mezcla 1:1, curado a temperatura ambiente o curado rápido por calor; encogimiento mínimo; curado no exotérmico; sin solventes o subproductos de curado; reparable; buenas propiedades dieléctricas; curado en profundidad; elastómero flexible. Sylgard® 182 Elastómero de silicona Transparente; vida prolongada de la mezcla; curado por calor Sylgard® 184 Elastómero de silicona Transparente; curado a temperatura ambiente o curado rpido por calor Sylgard® 186 Elastómero de silicona Transparente; curado a temperatura ambiente o curado rpido por calor; alta resistencia al desgarre Dow Corning® 3-6121 Elastómero encapsulante Desempeo a temperaturas por debajo de -65C (-85F); transparente; alta resistencia al desgarre y a la traccin; curado a temperatura ambiente y curado rpido por calor; alto ndice de refraccin Dos componentes; proporción de mezcla 10:1; encogimiento mínimo; curado no exotérmico; sin solventes o subproductos de curado; curado en profundidad; reparable; buenas propiedades dieléctricas; elastómero flexible. Encapsulantes de silicona sin imprimación Sylgard® 275 Elastómero de silicona Excelente adhesin sin imprimacin; curado por calor; elastomrico Dow Corning® 3-6642 Adhesivo termoconductivo Excelente conductividad trmica; autoimprimado; lquido de baja viscosidad; elastomrico Dow Corning® 3-8264 Adhesivo de silicona sin imprimación Excelente adhesin sin imprimacin; curado por calor; elastomrico Dow Corning® 567 Encapsulante de silicona sin imprimación Curado por calor; adhesin sin imprimacin; elastomrico Dos componentes; proporción de mezcla 1:1, encogimiento mínimo; curado no exotérmico; sin solventes o subproductos de curado; reparable; buenas propiedades dieléctricas. Producto Usos Principales Métodos de aplicación Curado1,2 Encapsulantes de silicona Sylgard® 160 Elastómero de silicona Se presenta en kits de dos componentes lquidos compuestos de Parte A/ Parte B para ser mezclados en una proporcin 1:1 en peso o volumen; mezcla y aplicacin automatizada; mezclado manual. 24 horas a 25C (77F) 10 minutos a 100C (212F) 5 minutos a 150C (302F) Sylgard® 165 Elastómero de silicona Se presenta en kits de dos componentes lquidos compuestos de Parte A/ Parte B para ser mezclados en una proporcin 1:1 en peso o volumen; mezcla y aplicacin automatizada. 5 minutos a 25C (77F) Sylgard® 170 Elastómero de silicona Se presenta en kits de dos componentes lquidos compuestos de Parte A/ Parte B para ser mezclados en una proporcin 1:1 en peso o volumen; mezcla y aplicacin automatizada; mezclado manual. 24 horas a 25C (77F) 20 minutos a 70C (158F) 15 minutos a 85C (185F) 10 minutos a 100C (212F) Sylgard® 170 Elastómero de silicona de curado rápido Aplicaciones aislantes generales: generadores, conexiones, sensores, controles industriales, transformadores, amplificadores resistencias de alto voltaje, interruptores Se presenta en kits de dos componentes lquidos compuestos de Parte A/ Parte B para ser mezclados en una proporcin 1:1 en peso o volumen; mezcla y aplicacin automatizada. 10 minutos a 25C (77F) Dow Corning® 96-082 A y B Encapsulante Aplicaciones que requieren una impregnacin a fondo que slo es posible con una resina de muy baja viscosidad. Se presenta en kits de dos componentes lquidos compuestos de Parte A/ Parte B para ser mezclados en una proporcin 1:1 en peso o volumen; mezcla y aplicacin automatizada; mezclado manual. 30 minutos a 150C (302F) Sylgard® 182 Elastómero de silicona 45 minutos a 100C (212F) 20 minutos a 125C (257F) 10 minutos a 150C (302F) Sylgard® 184 Elastómero de silicona ~48 horas a temperatura ambiente 45 minutos a 100C (212F) 20 minutos a 125C (257F) 10 minutos a 150C (302F) Sylgard® 186 Elastómero de silicona Aplicaciones generales de aislantes: generadores, conexiones, sensores, controles industriales, transformadores, amplificadores resistencias elctricas de alto voltaje, interruptores; adhesivos y encapsulantes para clulas solares; adhesivos para el proceso de circuitos integrados guiado por rayos. ~48 horas a temperatura ambiente 30 minutos a 100C (212F) 15 minutos a 150C (302F) Dow Corning® 3-6121 Elastómero encapsulante Aplicaciones de encapsulantes con resistencia a bajas temperaturas; aplicaciones pticas que requieren un alto ndice de refraccin. Se presenta en kits de dos componentes lquidos compuestos de Parte A/ Parte B para ser mezclados en una proporcin 10:1 en peso o volumen; mezcla y aplicacin automatizada; mezclado manual. ~48 horas a temperatura ambiente 20 minutos a 100C (212F) 10 minutos a 150C (302F) Encapsulantes de silicona sin imprimación Sylgard® 275 Elastómero de silicona Para aplicaciones que requieren encapsulantes con buena adhesin sin imprimacin y bajas temperaturas de curado. Se presenta en kits de dos componentes lquidos compuestos de Parte A/ Parte B para ser mezclados en una proporcin 1:1 en peso o volumen; se puede usar mezcla y aplicacin automatizada o manual. 45 minutos a temperatura ambiente <5 minutos a 80C (176F) Dow Corning® 3-6642 Adhesivo termoconductivo Para aplicaciones que requieren encapsulantes de alta conductividad trmica y buena adhesin sin imprimacin. Se presenta en kits de dos componentes lquidos compuestos de Parte A/ Parte B para ser mezclados en una proporcin 1:1 en peso o volumen; se puede usar mezcla y aplicacin automatizada o manual. Nota: Refrigere este producto para garantizar su vida til. 20 minutos a 100C (212F) 5 minutos a 150C (302F) Dow Corning® 3-8264 Adhesivo de silicona sin imprimación Para aplicaciones que requieren encapsulantes con buena adhesin sin imprimacin y bajas temperaturas de curado. Se presenta en kits de dos componentes lquidos compuestos de Parte A/ Parte B para ser mezclados en una proporcin 1:1 en peso o volumen; se puede usar mezcla y aplicacin automatizada o manual. 150 minutos a 70C (158F) 30 minutos a 115C (239F) Dow Corning® 567 Encapsulante de silicona sin imprimación Para aplicaciones de encapsulacin con adhesin sin imprimacin de bajo costo. Se presenta en kits de dos componentes lquidos compuestos de Parte A/ Parte B para ser mezclados en una proporcin 1:1 en peso o volumen; se puede usar mezcla y aplicacin automatizada o manual. 90 minutos a 100C (212F) 60 minutos a 125C (257F) 15 minutos a 150C (302F) 1 Estos datos fueron obtenidos con muestras de 50-100 gramos de un lote típico y pueden ser usados para la estimación inicial de los tiempos de curado. El tiempo de curado puede variar levemente entre lotes y puede variar según la masa térmica de sus componentes y de su curva de calentamiento. Se recomienda efectuar una prueba preliminar para confirmar el curado adecuado para su aplicación. 2 Para los productos de adhesión sin imprimación, el tiempo de curado está basado en el tiempo necesario para alcanzar la dureza. Para alcanzar la adhesión completa puede ser necesario mantener la temperatura de curado por un período más prolongado. PROPIEDADES TÍPICAS Estos valores no sirven para preparar especificaciones Adhesión sin imprimación, cizallamiento Conductividad térmica Producto P ro po rc ió n de la m ez cl a C ol or V is co si da d en ce nt ip oi se o m P a• s D ur ez a Sh or e A P es o E sp ec if ic o T ie m po de tr ab aj o a te m pe ra tu ra am bi en te ps i M P a kg f/ cm 2 V at io - m et ro -° K ca l/ cm • se gu nd o °C C oe fi ci en te lin ea ld e ex pa ns ió n té rm ic a, µ m / m - °C o pp m V id a út il a pa rt ir de la fe ch a de fa br ic ac ió n a te m pe ra tu ra am bi en te , en m es es Encapsulantes de silicona Sylgard 160 Elastómero de silicona 1:1 Gris 8775 60 1,57 30 min NA NA NA 0,58 1,4x10-3 240 18 Sylgard 165 Elastómero de silicona 1:1 Gris 5000 52 1,57 <2 min NA NA NA 0,58 1,4x10-3 230 18 Sylgard 170 Elastómero de silicona 1:1 Gris oscuro a negro 2900 40 1,37 15 min NA NA NA 0,40 9,6x10-4 270 24 Sylgard 170 Elastómero de silicona de rápido curado 1:1 Gris oscuro a negro 2850 42 1,37 <5 min NA NA NA 0,40 9,6x10-4 - 18 Dow Corning® 96-082 A y B Encapsulante 1:1 Negro 1100 31 1,21 14 días NA NA NA 0,30 7,2x10-4 285 12 Sylgard 182 Elastómero de silicona 10:1 Trans- parente 3900 50 1,03 >8 horas NA NA NA 0,18 4,3x10-4 310 24 Sylgard 184 Elastómero de silicona 10:1 Trans- parente 3900 50 1,03 >2 horas NA NA NA 0,18 4,3x10-4 310 24 Sylgard 186 Elastómero de silicona 10:1 Traslúcido 65.000 24 1,12 2 horas NA NA NA 0,2 4,8x10-4 330 12 Dow Corning® 3-6121 Elastómero encapsulante 10:1 Traslúcido 25.000 30 1,13 2 horas NA NA NA 0,18 4,3x10-4 290 18 Encapsulantes de silicona sin imprimación Sylgard 275 Elastómero de silicona 1:1 Gris 2100 40 1,37 <15 min 230 1,6 16,2 0,45 1,1x10-3 NA 6 Dow Corning® 3-6642 Adhesivo termoconductivo 1:1 Gris 5100 82 2,21 0,5 horas 470 3,2 33,0 1,00 2,4x10-3 180 8 a <5°C (41°F) Dow Corning® 3-8264 Adhesivo de silicona sin imprimación 1:1 Negro 2900 45 1,32 5 horas 385 2,6 27,0 0,35 8,4x10-4 290 9 Dow Corning® 567 Encapsulante de silicona sin imprimación 1:1 Negro 1500 45 1,24 >3 días 140 1,0 9,8 0,30 7,2x10-4 300 24 Para los autores de especificaciones: obtenga copias de las Especificaciones de Ventas de Dow Corning para estos productos y utilícelas como base de sus especificaciones. Las especificaciones de ventas se pueden obtener en las Oficinas de Ventas o de Servicio al Cliente de Dow Corning. Certificación UL Especificación militar Rigidez dieléctrica Producto C la si fi ca ci ón po r in fl am ab ili da d Ín di ce de te m pe ra tu ra U L , E lé ct ri ca / m ec án ic a, °C E sp ec if ic ac ió n T ip o, C la se , G ru po vo lt io /m il kV /m m C on st an te di el éc tr ic a a 10 0 H z C on st an te di el éc tr ic a a 10 0 kH z R es is ti vi da d vo lu m ét ri ca , oh m - cm F ac to r de di si pa ci ón a 10 0 H z F ac to r de di si pa ci ón a 10 0 kH z Sylgard 160 Elastómero de silicona 94 V-0 105/105 NA NA 530 20,9 3,30 3,20 1,0x10 15 0,01 0,002 Sylgard 165 Elastómero de silicona 94 V-0 105/105 NA NA 530 20,9 3,30 3,20 1,0x10 15 0,01 0,002 Sylgard 170 Elastómero de silicona 94 V-0 170/170 MIL-PRF- 23586F (Grado B2) Tipo I, Clase II, QPL 480 18,9 3,17 3,16 3,1x10 13 0,003 <0,001 Sylgard 170 Elastómero de silicona de curado rápido 94 V-0 170/170 NA NA 530 20,9 2,97 2,90 1,4x10 15 0,005 <0,001 Dow Corning® 96-082 A y B Encapsulantes 94 V-0 170/170 NA NA 500 19,7 3,14 3,12 9,5x10 14 0,0055 <0,001 Sylgard 182 Elastómero de silicona 94 V-1 130/130 MIL-I- 81550C Tipo II, QPL 540 21,2 2,65 2,65 1,2x10 14 0,0005 <0,001 Sylgard 184 Elastómero de silicona 94 V-1 130/130 MIL-I- 81550C Tipo I, QPL 540 21,2 2,65 2,65 1,2x10 14 0,0005 <0,001 Sylgard 186 Elastómero de silicona 94 HB 140/140 NA NA 450 17,7 2,93 2,87 1,1x10 14 0,0012 <0,001 Dow Corning® 3-6121 Elastómero encapsulante NA NA NA NA 415 16,3 2,92 2,92 1,4x10 14 0,01 <0,001 Sylgard 275 Elastómero de silicona 94 V-0 105/105 NA NA 480 18,9 3,31 3,00 6,4x10 14 0,087 0,006 Dow Corning® 3-6642 Adhesivo termoconductivo 94 V-0 105/105 NA NA 440 17,3 - 4,20 1,1x10 13 - 0,0013 Dow Corning® 3-8264 Adhesivo de silicona sin imprimación NA NA NA NA 545 21,4 3,11 3,05 3,5x10 14 0,007 <0,001 Dow Corning® 567 Encapsulante de silicona sin imprimación 94 V-0 105/105 MIL-PRF- 23586F (Grado B2) Tipo I, Clase IV, QPL 520 20,5 2,85 2,79 1,0x10 14 0,008 0,002 MODO DE EMPLEO Mezcla – 1:1 / Parte A:Parte B Los encapsulantes de silicona 1:1 Dow Corning se presentan en dos componentes que no requieren que sean del mismo lote. La proporción de la mezcla 1:1 en peso o volumen simplifica el proceso. Para asegurarse de que la distribución del filler es uniforme, los componentes A y B deben ser homogenizados completamente antes de ser combinados en una mezcla 1:1. Cuando están completamente mezclados, la mezcla de los líquidos de parte A y B debe tener una apariencia uniforme. La presencia de estrías de color más claro o de marmolado indica una mezcla incompleta que puede resultar en un curado incompleto. Debido a las características de curado rápido de algunos encapsulantes incluidos en esta hoja de datos, se debe usar equipo automatizado para mezcla y aplicación. En aplicaciones sensibles al atrapado de aire, se debe efectuar la extracción de aire al vacío a una presión de 710 a 760mm Hg. Mezcla –10:1/Base:Agente de curado Los encapsulantes de siliconas 10:1 Dow Corning se presentan en dos componentes, la base y el agente de curado de lotes iguales, que son mezclados en una proporción en peso de 10 partes de base a una parte de agente de curado. Luego de mezclar completamente la base y el agente de curado, se agita ligeramente la mezcla para disminuir la introducción de aire. Se deja asentar la mezcla durante 30 minutos antes de verterla para eliminar el aire que se pueda haber incorporado durante el mezclado. Si aún se encuentran burbujas de aire presente, se recomienda la extracción de aire al vacío. Desgasifique en un envase que sea por lo menos cuatro veces el volumen de liquido para permitir la expansión del material. El aire atrapado en la mezcla se puede extraer al vacío a una presión de 710 a 760mm Hg. Continue la aplicación de presión hasta que el líquido se expanda, se asiente a su volumen original y deje de burbujear. Esto puede llevar de 15 minutos a dos horas dependiendo de la cantidad de aire introducido durante el mezclado. Para obtener los mejores resultados en el curado, se debe usar equipo de vidrio o metal durante el mezclado. Durante la mezcla, la agitación debe ser suave para evitar la introducción de aire en exceso. Vida de la mezcla/ Tiempo de trabajo La reacción de curado comienza con el proceso de mezclado. Inicialmente, el curado es evidente por el incremento gradual de la viscosidad, seguido por la gelificación y la conversión a un elastómero sólido. La vida de la mezcla se define como el tiempo necesario para que la viscosidad se duplique después de que las partes A y B (la base y el agente de curado) se mezclan. Refiérase a la vida útil de la mezcla para cada encapsulante de silicona. Proceso y curado Los encapsulantes de silicona Dow Corning que están bien mezclados se puede verter o aplicar directamente al recipiente donde van a ser curados. Se debe tomar precauciones para minimizar la incorporación de aire. Cuando sea práctico se debe verter o aplicar el encapsulante al vacío, especialmente si los componentes siendo encapsulados poseen espacios. Si no se puede usar esta técnica, la unidad debe ser extraída al vació después de que el encapsulante de silicona es vertido o aplicado. Los encapsulantes de silicona Dow Corning pueden ser curados a temperatura ambiente (25°C/77°F) o por calor. El curado de los encapsulantes que se curan a temperatura ambiente se puede acelerar con calor para obtener un curado rápido. Las condiciones ideales de curación para cada producto se encuentran en la Tabla de Selección de Productos. GUÍA DE SELECCIÓN DE LA IMPRIMACIÓN Estos valores no se deben utilizar en la preparación de especificaciones. Imprimación o Promotor de adhesión de Dow Corning® Punto de inflamación, °C (°F) Contenido de volátiles orgánicos (VOC) gramos/litro4 Propiedades especiales Para ser usado sobre Para ser usado con Ejemplos de productos de silicona P5200 Transparente1 32 (90) 110/705 1200 Transparente 17 (63) 748 1200 Rojo 17 (63) 774 P5200 Rojo 2 32 (90) 110/705 Coloreado para fácil identificación Mayoría de los metales, vidrio, cerámicas y algunos plásticos Curado por adición de dos componentes pigmentados 160, 165, 170 1204 15 (59) 774 P52043 18 (64) 205/591 Mayoría de los metales, vidrio y cerámicas Todos los de un solo componente con curados en alcohol 1205 5 (41) 861 Forma película Mayoría de los plásticos Todos 3140, 3145, 838, 3-1753 3-6060 37 (99) 780 Mayoría de los plásticos y metales 92-023 -4 (25) 678 Mejora la resistencia a la inhibición Sylgard® Prime Coat Recubrimiento de imprimación -3 (27) 687 Mayoría de los metales, vidrio y cerámicas Todos los de dos componentes, curados por adición 182, 184, 186 1 P5200 Transparente es una alternativa de bajo VOC al 1200 Transparente. 2 P5200 Rojo es una alternativa de bajo VOC al 1200 Rojo. 3 P5204 es una alternativa de bajo VOC a 1204. 4 El valor más bajo de VOC es para estados y distritos donde la administración de la calidad del aire ha reconocido la ausencia de VOC en metilsiloxanos volátiles. PREPARACIÓN DE SUPERFICIES En aplicaciones donde se requiere adhesión, es necesario el uso de imprimación para los encapsulantes de silicona. Vea la Guía de selección de imprimación para elegir la imprimación adecuada para cada producto. Para obtener los mejores resultados, la imprimación debe ser aplicada en una capa muy fina y uniforme y seguida de una limpieza. Después de la aplicación debe dejarse secar bien al aire antes de aplicar el elastómero de silicona. Instrucciones adicionales para el uso de la imprimación se puede encontrar en la literatura de Dow Corning “Como usar las Imprimaciones y Promotores de adhesión de Dow Corning” (“How To Use Dow Corning Primers and Adhesion Promotors”) (Forma No. 10- 366) y en las hojas de información específicas de cada imprimador. RANGO ÚTIL DE TEMPERATURAS Para la mayoría de las aplicaciones, los elastómeros de siliconas se pueden utilizar en el rango de temperaturas de -45 a 200°C (-49 a 392°F) por períodos prolongados de tiempo. Sin embargo, a ambos extremos del espectro de temperaturas, el comportamiento de los materiales y su desempeño en algunas aplicaciones puede tornarse compleja y requerir otras consideraciones. Para el desempeño a bajas temperaturas, el ciclo térmico a condiciones como -55°C (-67°F) puede ser posible pero el desempeño debe ser verificado para todas sus piezas y el armado. Los factores que pueden tener influencia en el desempeño son la configuración y la sensitividad de los componentes, la velocidad de enfriamiento y los períodos de detención y la historia de temperaturas previa. Existen productos especializados que incluyen Dow Corning® 3-6121 Elastómero encapsulante que puede desempeñarse a temperaturas por debajo de -65°C (-85°F). En el extremo de temperaturas altas, la durabilidad del elastómero de silicona curado es dependiente del tiempo y la temperatura. Como es de esperarse, a medida que sube la temperatura, se acorta la vida útil que le queda al material. COMPATIBILIDAD Ciertos materiales, productos químicos, agentes de curado y plastificantes pueden inhibir el curado de los encapsulantes de silicona Dow Corning. Los más comunes son: • Organoestaño y otros compuestos organometálicos • Caucho de silicona con catalizador de organoestaño • Azufre, polisulfuros, polisulfonas u otros materiales con azufre • Aminas, uretanos u otros materiales con aminas • Plastificantes de hidrocarburos no saturados • Algunos residuos de flujo de soldadura Si existe una duda con respecto a que un sustrato o material pueda causar la inhibición del curado, se recomienda efectuar una prueba de compatibilidad a menor escala para verificar si es apropiado para el uso deseado. La presencia de un líquido o de producto sin curar en la interfase entre el material en cuestión y el gel curado indica la incompatibilidad y la inhibición del curado. FACILIDAD DE REPARACIÓN Durante la fabricación de elementos electrónicos y eléctricos es frecuente el deseo de rescatar o reclamar unidades dañadas o defectuosas. Para la mayoría de los materiales aislantes y encapsulantes rígidos que no son de silicona, el retiro o el acceso es difícil o imposible sin causar un daño excesivo a los circuitos internos. Los encapsulantes de silicona Dow Corning pueden ser removidos selectivamente con relativa facilidad, sin necesidad de reparos o cambios y el área reparada es encapsulada de nuevo con más producto. Para remover los elastómeros de silicona simplemente recórtelos con una cuchilla afilada y remueva el material no deseado del área a ser reparada. Es mejor quitar los pedazos de elastómero que se encuentran adheridos a substratos y circuitos raspando mecánicamente y este proceso puede ser facilitado con la aplicación de Fluidos OS Dow Corning®. Antes de aplicar más material encapsulante a un elemento en reparación, raspe la superficie del encapsulante curado con papel abrasivo y enjuague con un solvente adecuado. Esto mejorará la adherencia y le permite al material reparado integrarse a la matriz del encapsulante existente. No se recomienda el uso de la imprimación de silicona Prime Coat para la adherencia entre productos de silicona. ALMACENAMIENTO Y VIDA ÚTIL La vida útil está indicada en la etiqueta del producto como la fecha de vencimiento (“Use By”). Para obtener los mejores resultados, los encapsulantes de silicona Dow Corning deben ser almacenados a temperaturas por debajo de 25°C (77°F). Se deben tomar precauciones especiales para evitar que estos productos entren en contacto con la humedad. Los envases deben mantenerse cerrados herméticamente con un mínimo de aire. Los envases que estén parcialmente llenos deben ser purgados con aire seco u otros gases inertes como el nitrógeno. Información adicional sobre almacenamiento especial o instrucciones de manipulación estarán impresas en los envases del producto. LIMITACIONES Estos productos no se prueban ni se califican como adecuados para uso médico o farmacéutico. ENVASES En general, los encapsulantes de silicona en mezclas de proporción 1:1 de Dow Corning se presentan en envases de peso neto de 0,45 kg, 3,6 kg, 18 kg y 200 kg (1, 8, 40 y 440 libras). Los encapsulantes de silicona en mezclas de proporción 10:1 de Dow Corning se presentan en envases de peso neto de 0,5 kg, 5 kg, 25 kg y 225 kg (1,1, 11, 55 y 495 libras). Las opciones de envases pueden variar con el producto. Por más detalles sobre opciones en los envases, usted puede consultar el Servicio a Clientes de Dow Corning. APÉNDICE D 113 A P É N D I C E D: Especificaciones de m otores a pasos MITSUMI Stepping Motors M55SP-1 OUTLINE A high-precision stepping motor "M55SP-1", 55mm in outer diameter. Despite such compact body size as 23mm in thickness, it has acquired high output characteristic, excellent running quietness and stability. Stepping Motors FEATURES 1.High output torque. 2.Superior running quietness and stability. 3.Step angle : 7.5˚. 4.Excellent responsiveness acquired. USES Printers, multifunction machines, copy machines, FAX, and such. Items M55SP-1 Rated Voltage DC 12V DC 24V Working Voltage DC 10.8~13.2V DC 21.6~26.4V Rated Current/Phase 259mA 216mA No. of Phase 4 Phase 4 Phase Coil DC Resistance 50Ω/phase±7% 120Ω/phase±7% Step Angle 7.5˚/step 7.5˚/step Excitation Method 2-2 Phase excitation (Unipolar driving) Insulation Class Class E insulation Class E insulation Holding Torque 107.8mN·m 127.4mN·m Pull-out Torque 24.5mN·m/200pps 48.0mN·m/200pps Pull-in Torque 16.7mN·m/200pps 43.6mN·m/200pps Max. Pull-out Pulse Rate 270pps 330pps Max. Pull-in Pulse Rate 265pps 315pps MITSUMI SPECIFICATIONS Stepping Motors CHARACTERISTICS 0 19.60 39.20 58.80 78.40 0 100 200 300 M55SP-1 (50Ω, 12V DC) Pulse Rate (pps) T o rq u e ( m N ·m ) Pull-inTorque Pull-out Torque 0 19.60 39.20 58.80 78.40 98.00 0 100 200 300 M55SP-1 (120Ω, 24V DC) Pulse Rate (pps) T o rq u e ( m N ·m ) Pull-inTorque Pull-out Torque DIMENSIONS Unit : mm, General tolerance : ±0.5 Product: T25 Series T2515R T2512R Specification Model No. Diameter (mm) Height (mm) Step angel (deg) Drive voltage (V) Rated Current/ Phase (mA) Winding resistance (Ohm) Drive mode Holding torque (g-cm) Max.pull-out purse rate (pps) Pitch (mm) Complete thread (mm) T2515R 25 15 7.5 24 200 29 2-2 bipolar 190 1700 1.5 48 T2515J 25 15 15 24 250 20 2-2 bipolar 170 2100 1.5 48 Characteristics Dimensions Specification Model No. Diameter (mm) Height (mm) Step angel (deg) Drive voltage (V) Rated Current/ Phase (mA) Winding resistance (Ohm) Drive mode Holding torque (g-cm) Max.pull-out purse rate (pps) T2512F 25 12 3.75 12 300 16.5 2-2 bipolar 60 2500 T2512R 25 12 7.5 12 240 49 2-2 unipolar 90 2000 T2512J 25 12 15 12 300 16.5 2-2bipolar 70 2000 Characteristics Dimensions Untitled Document http://www.epoch-electronics.com.tw/e-stepping_T25 Series.htm 1 of 2 20/05/2012 6:43 PM APÉNDICE E 117 A P É N D I C E E: Especificaciones de la tar jeta de adquisición Measurem ent Com put ing, PMD-1608FS 1-1 Chapter 1 Introducing the PMD-1608FS This user's guide contains all of the information you need to connect the PMD-1608FS to your computer and to the signals you want to measure. The PMD-1608FS is part of the Personal Measurement Device™ brand of USB-based data acquisition products. The PMD-1608FS is a USB 2.0 full-speed device supported under Microsoft® Windows® 98 (2nd edition), Windows ME, Windows 2000, and Window XP. The PMD-1608FS offers true simultaneous sampling of up to 8 channels of 16-bit single-ended analog input. This is accomplished through the use of one A/D converter per channel. The range of each channel is independently configurable via software. Eight digital IO lines are independently selectable as input or output. A 32-bit counter is capable of counting TTL pulses. The PMD-1608FS is powered by the +5 volt USB supply from your computer. No external power is required. A SYNC (synchronization) control line allows you to synchronize two PMD-1608FS modules together to acquire data synchronously from 16 analog inputs. The PMD-1608FS is shown in Figure 1-1. I/O connections are made to the screw terminals located along each side of the PMD-1608FS. Figure 1-1. PMD-1608FS PMD-1608FS User's Guide Introducing the PMD-1608FS 1-2 PMD-1608FS block diagram PMD-1608FS functions are illustrated in the block diagram shown here. S c re w t e rm in a l I/ O c o n n e c to r SPI 8DIO G= 1, 2, 5, 10 A/D 0 A/D 1 A/D 2 A/D 3 A/D 4 A/D 5 A/D 6 A/D 7 32-bit Event Counter 1 channel USB MicrocontrollerSYNC 16 32k x 16 SRAM USB Full-speed USB 2.0 Compliant Interface 1616 S c re w t e rm in a l I/ O c o n n e c to r CAL TRIG_IN CAL Figure 1-2. PMD-1608FS Functional Block Diagram Software features The following software ships with the PMD-1608FS free of charge. ! InstaCal installation, calibration, and test utility ! TracerDAQ™ suite of virtual instruments ! SoftWIRE® for Visual Studio® .NET graphical programming ! MCC DAQ Components for VS .NET (installed with SoftWIRE® for VS .NET) For information on the features of InstaCal, TracerDAQ, and SoftWIRE, refer to the DAQ Software Quick Start booklet that shipped with the PMD-1608FS. PMD-1608FS User's Guide Introducing the PMD-1608FS 1-3 Connecting a PMD-1608FS to your computer is easy Installing a data acquisition device has never been easier. ! The PMD-1608FS relies upon the Microsoft Human Interface Device (HID) class drivers. The HID class drivers ship with every copy of Windows that is designed to work with USB ports. We use the Microsoft HID because it is a standard, and its performance delivers full control and maximizes data transfer rates for your PMD- 1608FS. No third-party device driver is required. ! The PMD-1608FS is plug-and-play. There are no jumpers to position, DIP switches to set, or interrupts to configure. ! You can connect the PMD-1608FS before or after you install the software, and without powering down your computer first. When you connect an HID to your system, your computer automatically detects it and configures the necessary software. You can connect and power multiple HID peripherals to your system using a USB hub. ! You can connect your system to various devices using a standard four-wire cable. The USB connector replaces the serial and parallel port connectors with one standardized plug and port combination. ! You do not need a separate power supply module. The USB automatically delivers the electrical power required by each peripheral connected to your system. ! Data can flow two ways between a computer and peripheral over USB connections. Make sure that you have the latest Windows Updates installed for your USB driver, particularly "XP Hotfix KB822603." Refer to the DAQ Software Quick Start for more information (available in PDF at www.mccdaq.com/PDFmanuals/DAQ-Software- Quick-Start.pdf). 4-1 Chapter 4 Specifications Typical for 25 °C unless otherwise specified. Specifications in italic text are guaranteed by design. Analog input section Table 4-3. Analog input specifications Parameter Conditions Specification A/D converter type 16-bit successive Approximation type Number of channels 8 single-ended Input configuration Individual A/D per channel Sampling method Simultaneous Absolute maximum input voltage CHx IN to GND. ±15 V max Input impedance 100 MOhm, min Input ranges Software selectable ±10 V, ±5 V, ±2 V, ±1 V Scan to PC memory 0.6 S/s to 50 kS/s, software programmable Sampling rate Burst scan to 32 k sample FIFO 20 S/s to 50 kS/s, software programmable Software paced 500 S/s all channels Scan to PC memory (Note 1) = (100 kS/s) / (# of channels), max of 50 kS/s for any channel Throughput Burst scan to 32 k sample FIFO = (200 kS/s) / (# of channels), max of 50 kS/s for any channel Gain queue Software configurable. Eight elements, one gain element per channel. Resolution 16 bits No missing codes 15 bits Crosstalk Signal DC-25 KHz -80 dB CAL output User calibration source 0.625 V, 1.25 V, 2.5 V, 5.0 V, software selectable CAL output accuracy (Note 2) ±0.5% typ, ±1.0% max CAL current ±5 mA max Trigger source Software selectable External digital: TRIG_IN PMD-1608FS User's Guide Specifications 4-2 Note 1: Maximum throughput scanning to PC memory is machine dependent. While the majority of XP equipped PC’s we tested allowed acquisition at the maximum rates, a few would not. The lowest maximum rate we observed on an XP equipped PC during multi-channel testing was 95 kS/s, aggregate. The rates specified are for Windows XP only. Maximum rates on operating systems that predate XP may be less and must be determined through testing on your machine. Note 2: Actual values used for calibration are measured and stored in EEPROM. Table 4-4. Calibrated absolute accuracy Range Accuracy (mV) ±10 V 5.66 ±5 V 2.98 ±2 V 1.31 ±1 V 0.68 Table 4-5. Accuracy components - All values are (±) Range % of Reading Gain error at FS (mV) Offset (mV) ±10 V 0.04 4.00 1.66 ±5 V 0.04 2.00 0.98 ±2 V 0.04 0.80 0.51 ±1 V 0.04 0.40 0.28 Table 4-6 summarizes the noise performance for the PMD-1608FS. Noise distribution is determined by gathering 50 K samples with inputs tied to ground at the user connector. Samples are gathered at the maximum specified sampling rate of 50 kS/s. Table 4-6. Noise performance Range Typical counts LSBrms ±10 V 10 1.52 ±5 V 10 1.52 ±2 V 11 1.67 ±1 V 14 2.12 PMD-1608FS User's Guide Specifications 4-3 Digital input/output Table 4-7. Digital I/O specifications Digital type CMOS Number of I/O 8 (DIO0 through DIO7) Configuration Independently configured for input or output Pull-up/pull-down configuration All pins pulled up to Vs via 47 K resistors (default). Positions available for pull down to ground. Hardware selectable via zero ohm resistors as a factory option. Input high voltage 2.0 V min, 5.5 V absolute max Input low voltage 0.8 V max, –0.5 V absolute min Output high voltage (IOH = –2.5 mA) 3.8 V min Output low voltage (IOL = 2.5 mA) 0.7 V max Power on and reset state Input External trigger Table 4-8. External trigger specifications Parameter Conditions Specification Trigger source (Note 3) External digital TRIG_IN Trigger mode Software selectable Edge sensitive: user configurable for CMOS compatible rising or falling edge. Trigger latency 10 µs max Trigger pulse width 1µs min Input high voltage 4.0 V min, 5.5 V absolute max Input low voltage 1.0 V max, –0.5 V absolute min Input leakage current ±1.0µA Note 3: TRIG_IN is a Schmitt trigger input protected with a 1.5K Ohm series resistor. PMD-1608FS User's Guide Specifications 4-4 External clock input/output Table 4-9. External clock I/O specifications Parameter Conditions Specification Pin name SYNC Pin type Bidirectional Output Outputs internal A/D pacer clock. Software selectable direction Input Receives A/D pacer clock from external source. Input clock rate 50 kHz, maximum Input 1µs min Clock pulse width Output 5µs min Input leakage current ±1.0µA Input high voltage 4.0 V min, 5.5 V absolute max Input low voltage 1.0 V max, –0.5 V absolute min IOH = –2.5 mA 3.3 V min Output high voltage (Note 4) No load 3.8 V min IOL = 2.5 mA 1.1 V max Output low voltage (Note 4) No Load 0.6 V max Note 4: SYNC is a Schmitt trigger input and is over-current protected with a 200 Ohm series resistor. Counter section Table 4-10. Counter specifications Pin name (Note 5) CTR Counter type Event counter Number of channels 1 Input source CTR screw terminal Resolution 32 bits Schmidt trigger hysteresis 20 mV to 100 mV Input leakage current ±1µA Maximum input frequency 1 MHz High pulse width 500 ns min Low pulse width 500 ns min Input high voltage 4.0 V min, 5.5 V absolute max Input low voltage 1.0 V max, –0.5 V absolute min Note 5: CTR is a Schmitt trigger input protected with a 1.5K Ohm series resistor. PMD-1608FS User's Guide Specifications 4-5 Memory Table 4-11. Memory specifications Data FIFO 32,768 samples, 65,536 bytes EEPROM 1,024 bytes Address range Access Description 0x000-0x07F Reserved 128 bytes system data 0x080-0x1FF Read/write 384 bytes cal data EEPROM configuration 0x200-0x3FF Read/write 512 bytes user area Microcontroller Table 4-12. Microcontroller specifications Type High performance 8-bit RISC microcontroller Program memory 16,384 words Data memory 2,048 bytes Power Parameter Conditions Specification Supply current USB enumeration < 100 mA Supply current (Note 6) Continuous mode 150 mA +5 V USB power available (Note 7) ! Connected to self-powered hub ! Connected to externally-powered root port hub 4.5 V min, 5.25 V max Output current (Note 8) 350 mA max Note 6: This is the total current requirement for the PMD-1608FS which includes up to 10 mA for the status LED. Note 7: "Self-powered hub" refers to a USB hub with an external power supply. Self- powered hubs allow a connected USB device to draw up to 500 mA. "Root port hubs" reside in the PC’s USB host Controller. The USB port(s) on your PC are root port hubs. All externally-powered root port hubs (desktop PC’s) provide up to 500 mA of current for a USB device. Battery-powered root port hubs provide 100 mA or 500 mA, depending upon the manufacturer. A laptop PC that is not connected to an external power adapter is an example of a battery- powered root port hub. If your laptop PC is constrained to the 100 mA maximum, you need to purchase a self-powered hub. Note 8: This refers to the total amount of current that can be sourced from the USB +5 V and digital outputs. PMD-1608FS User's Guide Specifications 4-6 General Device type USB 2.0 (full-speed) Device compatibility USB 1.1, USB 2.0 Environmental Operating temperature range 0 to 70 °C Storage temperature range -40 to 85 °C Humidity 0 to 90% non-condensing Mechanical Dimensions 79 mm (L) x 82 mm (W) x 25 mm (H) USB cable length 3 meters max User connection length 3 meters max Main connector and pin out Connector type Screw terminal Wire gauge range 16 AWG to 30 AWG Pin Signal Name Pin Signal Name 1 CH0 IN 21 DIO0 2 AGND 22 GND 3 CH1 IN 23 DIO1 4 AGND 24 GND 5 CH2 IN 25 DIO2 6 AGND 26 GND 7 CH3 IN 27 DIO3 8 AGND 28 GND 9 CH4 IN 29 DIO4 10 AGND 30 GND 11 CH5 IN 31 DIO5 12 AGND 32 GND 13 CH6 IN 33 DIO6 14 AGND 34 GND 15 CH7 IN 35 DIO7 16 AGND 36 SYNC 17 CAL 37 TRIG_IN 18 AGND 38 CTR 19 AGND 39 PC +5V 20 AGND 40 GND PÉNDICE F 127 A P É N D I C E F: Planos PÉNDICE F 128 Tabla F1 . Lista de piezas com pradas. PI EZA CANTI DAD I m án de noedim io con recubrim iento de níquel, diám etro de 3 m m y altura de 2 m m . 20 Balero 608-2RS, con d ext = 22 m m y d int = 8 m m 2 Tornillo allen de cabeza plana # 10-24 X 0.5 UNC 12 Tornillo allen de cabeza plana # 5-40 X 0.5 UNC 4 Tornillo cabeza de estufa # 5-40 X 0.5 UNC 1 Tornillo allen de cabeza plana # 10-32 X 0.5 UNF 2 Tornillo allen de cabeza plana # 5-40 X 0.4375 UNC 2 Tornillo cabeza de estufa # 10-24 X 0.5 UNC 2 PÉNDICE F 129 Tabla F2 . Lista de partes y planos. PARTE PLANO Contenedor para dopaje de fibras A Base de plataform a m óvil B1 Soporte 1 para t ira de teflón B2 Soporte 2 para t ira de teflón B3 Tira de teflón ranurada B4 Tuerca B5 Bloque guía de plataform a m óvil B6 Pivote B7 Base de m áquina C1 Soporte lateral 1 C2 Soporte lateral 2 C3 Barra guía y buje C4 Husillo C5 Engrane y sinfín C6 Barra para levantam iento D1 Manivela D2 Soporte corredera E1 Corredera E2 Placas ranuradas para fibras E3 Grapa de sujeción E4 Pernos y cuña F1 Soporte para m otor G1 Ensam ble de plataform a m óvil H1 Ensam ble de arm azón principal H2 Ensam ble de m áquina com pleta H3 PÉNDICE F 130 Tabla F3 . Partes de plano H3 . Núm ero Parte Cant idad 1 Base de m áquina 1 2 Soporte lateral 2 1 3 Soporte lateral 1 1 4 Rodam iento # 608 22,8,7 2 5 Perno para barra de levantam iento 2 6 Barra para levantam iento 1 7 Manivela 1 8 Husillo 1 9 Soporte 1 para teflón 1 10 Base de plataform a m óvil 1 11 Soporte 2 para teflón 1 12 Perno para teflón 1 13 Bloque guía de plataform a m óvil 1 14 Tuerca 1 15 Tira de teflón ranurada 1 16 Tornillo allen # 10-24 X 0.5 UNC 12 17 Pivote 1 18 Buje 2 19 Tornillo allen # 5-40 X 0.5 UNC 4 20 Tornillo c. estufa # 5-40 X 0.5 UNC 1 21 Engrane 96D 1 22 Tornillo allen # 10-32 X 0.5 UNF 2 PÉNDICE F 131 23 Barra guía 1 24 Soporte corredera 1 25 Corredera 1 26 Placa ranurada para fibra (m óvil) 1 27 Cuña 1 28 Tornillo c. estufa # 10-24 X 0.5 UNC 2 29 Perno para ensam blar placa ranurada para fibra 2 30 Placa ranurada para fibra ( fij a) 1 31 Motor 1 32 Sinfín 1 33 Soporte para m otor 1 34 Grapa 6 35 I m án 6 36 Tornillo allen # 5-40 X 0.4375 UNC 2 35 12.7 2 11 .5 14 .3 4 138.65 9 16.5 2 11 5 10 R5.5 107.6515.5 13 .7 Amado Manuel Velázquez Benítez Material: Acot.: 1:1in JHC Dibujó: 1 Contenedor para dopaje de fibras PLANO A Carta Tamaño: Junio 2012 Cant.: Revisó: Fecha Escala: Contenedor mm Acot. Aux.: Nylon 1. 25 0 .188 .7 50 .2 50 R.193 X 100° 4 X .201 PASADO 2.129 54.07 .875 .813 .225 X 100° 4 X .129 PASADO 5.551 141 .1 88 Amado Manuel Velázquez Benítez Material: Acot.: 1:1in JHC Dibujó: 1 Máquina para recubrir dispositivos de fibra óptica PLANO B1 Carta Tamaño: Junio 2012 Cant.: Revisó: Fecha Escala: Base de plataforma móvil mm Acot. Aux.: Aluminio 6063-T5 1. 03 3 .500 .0 982. 5 #5-40 UNC-2B PASADO .125 .3 158 1.250 .3 75 .1 88 .750.250 2 X .150 .505 #10-24 UNC-2B .250 .1 25 Amado Manuel Velázquez Benítez Material: Acot.: 2:1in JHC Dibujó: 1 Máquina para recubrir dispositivos de fibra óptica PLANO B2 Carta Tamaño: Junio 2012 Cant.: Revisó: Fecha Escala: Soporte 1 para tira de teflón mm Acot. Aux.: Aluminio 6063-T5 .9 37 23 .8 1.250 .250 1.250 .3 75 .1 88 .750.250 2 X .150 .505 #10-24 UNC-2B .5 9115 .188 .2 50 .125 1 Amado Manuel Velázquez Benítez Material: Acot.: 2:1in JHC Dibujó: 1 Máquina para recubrir dispositivos de fibra óptica PLANO B3 Carta Tamaño: Junio 2012 Cant.: Revisó: Fecha Escala: Soporte 2 para tira de teflón mm Acot. Aux.: Aluminio 6063-T5 2 11 .4 3 .4 50 134.15 4.76 .188 5. 72 3.18 .125 26.75 10 X 1.5 6. 35 .2 50 10 Amado Manuel Velázquez Benítez Material: Acot.: 1:1in JHC Dibujó: 1 Máquina para recubrir dispositivos de fibra óptica PLANO B4 Carta Tamaño: Junio 2012 Cant.: Revisó: Fecha Escala: Tira de teflón ranurada mm Acot. Aux.: PTFE 1.250 1. 18 1 30 .625 .8 75 .1 53 2 X .102 .388 #5-40 UNC-2B .516 .5 9115 .532 13.5 R.265 ROSCA TRIANGULAR PERFIL A 60ª 22 HILOS POR PULGADA 0.030 DE PROFUNDIDAD .0 30 Amado Manuel Velázquez Benítez Material: Acot.: 2:1in JHC Dibujó: 1 Máquina para recubrir dispositivos de fibra óptica PLANO B5 Carta Tamaño: Junio 2012 Cant.: Revisó: Fecha Escala: Tuerca mm Acot. Aux.: Latón .9 25 .325 .338 .5 32 2 X #5-40 UNC-2B .250 .9 25 1.250 .675 .7 50 .2 50 .250 .125 Amado Manuel Velázquez Benítez Material: Acot.: 2:1in JHC Dibujó: 1 Máquina para recubrir dispositivos de fibra óptica PLANO B6 Carta Tamaño: Junio 2012 Cant.: Revisó: Fecha Escala: Bloque guía de plataforma móvil mm Acot. Aux.: Aluminio 6063-T5 .156 .125 R.094 .250 .2 50 Amado Manuel Velázquez Benítez Material: Acot.: 4:1in JHC Dibujó: 1 Máquina para recubrir dispositivos de fibra óptica PLANO B7 Carta Tamaño: Junio 2012 Cant.: Revisó: Fecha Escala: Pivote mm Acot. Aux.: Acero 1018 15 3 51 88.3 4. 5 52 .6 5 198.05 61 .1 3 31 .7 5 1. 25 0 63.5 2.500175.53 9.78 X 100° 4 X 5.11 THRU 47.73 35.12 10 7. 77 95 .0 8 2 X #10-24 UNC-2B 21.45 350 9. 53 .3 75 Amado Manuel Velázquez Benítez Material: Acot.: 1:2in JHC Dibujó: 1 Máquina para recubrir dispositivos de fibra óptica PLANO C1 Carta Tamaño: Junio 2012 Cant.: Revisó: Fecha Escala: Base de Máquina mm Acot. Aux.: Aluminio 6063-T5 .7 50 1. 75 0 .7 50 1. 93 8 1.250.875 .250 .866 .276 [7]22 .315 [8] PASADO .385 X 100° .196 PASADO 2 X .150 PASADO #10-24 UNC-2B 3.000 2 X .150 .505 #10-24 UNC-2B 1.250 .875 3. 00 0 .375 .125 .1 88 Amado Manuel Velázquez Benítez Material: Acot.: 1:2in JHC Dibujó: 1 Máquina para recubrir dispositivos de fibra óptica PLANO C2 Carta Tamaño: Junio 2012 Cant.: Revisó: Fecha Escala: Soporte lateral 1 mm Acot. Aux.: Aluminio 6063-T5 1.250.875 1. 93 8 .7 50 .250 .385 X 100° .196 PASADO .866 .276 .315 PASADO 3.000 .1 882 X .150 .375 #10-24 UNC-2B 3. 25 0 .375 .1 88 1.500 .750 2 X .125 .125 Amado Manuel Velázquez Benítez Material: Acot.: 1:2in JHC Dibujó: 1 Máquina para recubrir dispositivos de fibra óptica PLANO C3 Carta Tamaño: Junio 2012 Cant.: Revisó: Fecha Escala: Soporte lateral 2 mm Acot. Aux.: Aluminio 6063-T5 2 X .159 .256 #10-32 UNF-1B.354 9 6.535 166 .354 9 .472- .000 +.001 12 0 +0.03 .394 10 Barra guía Buje para la barra guía Amado Manuel Velázquez Benítez Material: Acot.: 2:1in JHC Dibujó: 1 Máquina para recubrir dispositivos de fibra óptica PLANO C4 Carta Tamaño: Junio 2012 Cant.: Revisó: Fecha Escala: Barra guía y buje mm Acot. Aux.: Acero 1018 Bronce .4 37 6.299 160 6.535 166 .359 .118 3 .4 37 .630 16 .118 3 .315- .000 +.001 .5 90 .315- .000 +.001 Diámetro exterior 0.590 Perfìl a 60º 22 hilos por pulgada 0.030 de profundidad Amado Manuel Velázquez Benítez Material: Acot.: 2:1in JHC Dibujó: 1 Máquina para recubrir dispositivos de fibra óptica PLANO C5 Carta Tamaño: Junio 2012 Cant.: Revisó: Fecha Escala: Husillo mm Acot. Aux.: Acero 12L14 1.946 2.044 2.000 1.88° .313- .000 +.002 A .238 .380.118 32.00° .040 .0 63 DETALLE A ESCALA 2:1 96 DIENTES 1 pza Perfíl de rosca cuadrado 22 hilos por pulgada 0.63 de profundidad 1 pza Amado Manuel Velázquez Benítez Material: Acot.: 1:1in JHC Dibujó: 2 Máquina para recubrir dispositivos de fibra óptica PLANO C6 Carta Tamaño: Junio 2012 Cant.: Revisó: Fecha Escala: Engrane y sinfín mm Acot. Aux.: Acero 1020 Bronce 3.266 .3 75 .188 .7 50 .1 88 .188 .094 .188 .1 88 2 X .250 .250 6.516.3 75 Amado Manuel Velázquez Benítez Material: Acot.: 1:1in JHC Dibujó: 1 Máquina para recubrir dispositivos de fibra óptica PLANO D1 Carta Tamaño: Junio 2012 Cant.: Revisó: Fecha Escala: Barra para levantamiento mm Acot. Aux.: Bronce .390 1.100 .375 R.094 2.000 .1 88 .168 Amado Manuel Velázquez Benítez Material: Acot.: 2:1in JHC Dibujó: 1 Máquina para recubrir dispositivos de fibra óptica PLANO D2 Carta Tamaño: Junio 2012 Cant.: Revisó: Fecha Escala: Manivela mm Acot. Aux.: Acero 1018 .6 88 .363 2 X #10-24 UNC-2B 1.000 .125 .0 63 .375 1. 06 3 .2 50 .7 50 .188 PASADO .385 X 100° 2 X .201 PASADO 1. 50 0 1.500 .1 88 .188 1. 06 3 Amado Manuel Velázquez Benítez Material: Acot.: 1:1in JHC Dibujó: 1 Máquina para recubrir dispositivos de fibra óptica PLANO E1 Carta Tamaño: Junio 2012 Cant.: Revisó: Fecha Escala: Soporte corredera mm Acot. Aux.: Aluminio 6063-T5 107.95 9. 21 8.7372.6426.58 8.5 7 36 .8 R2.38 5.72 X 100° 2 X 3.26 PASADO 50 .8 2. 00 0 6.35 .250 3. 18 1.59 Amado Manuel Velázquez Benítez Material: Acot.: 1:1in JHC Dibujó: 1 Máquina para recubrir dispositivos de fibra óptica PLANO E2 Carta Tamaño: Junio 2012 Cant.: Revisó: Fecha Escala: Corredera mm Acot. Aux.: Aluminio 6063-T5 17 100 10 8. 26 .3 25 A B 1.52.5 3 0.2 2.8 2 0. 1 DETALLE A ESCALA 4:1 0.5 2.5 0. 1 3 DETALLE B ESCALA 4:1 38.1 4. 76 .1 88 19.05 2 X 3.18 3.18 8. 5 18.4 36.8 2 X 2.58 4.76[.187].102 #5-40 UNC-1B Ensamble con soporte lateral 2 Ensamble con soporte lateral 1 NOTA: Cuidar que al ensamblar las placas, las ranuras pequeñas en donde se colocan las fibras queden alineadas Amado Manuel Velázquez Benítez Material: Acot.: 1:1in JHC Dibujó: 2 Máquina para recubrir dispositivos de fibra óptica PLANO E3 Carta Tamaño: Junio 2012 Cant.: Revisó: Fecha Escala: Placas ranuradas para fibras mm Acot. Aux.: Acero 1018 9.6 4. 7 1.5 0.9 6. 7 17 8. 5 3.6 3 2 Amado Manuel Velázquez Benítez Material: Acot.: 4:1in JHC Dibujó: 20 Máquina para recubrir dispositivos de fibra óptica PLANO E4 Carta Tamaño: Junio 2012 Cant.: Revisó: Fecha Escala: Grapa de sujeción mm Acot. Aux.: PTFE .1 25 1.250 .250 .625 .125 1.000 .125- .000 +.002 .250 Cuña guía para la corredera 1 pza. Perno para fijar la barra de levantamiento 2 pzas. Perno para sujetar la barra de teflón 1 pza. Perno para ensamblar la placa ranurada para fibras con el soporte lateral 2 2 pzas. Amado Manuel Velázquez Benítez Material: Acot.: 2:1in JHC Dibujó: varios Máquina para recubrir dispositivos de fibra óptica PLANO F1 Carta Tamaño: Junio 2012 Cant.: Revisó: Fecha Escala: Pernos y cuña mm Acot. Aux.: Acero 1018 1.250 .8 50 .385 X 100° 2 X .201 PASADO 2. 08 7 53 .3 13 .8 13 .250 .750 .750 1. 04 3 26 .5 .8 2721 .8 2721 .391 2 X .125 1. 50 0 1.500 .1 88 .188 Amado Manuel Velázquez Benítez Material: Acot.: 1:1in JHC Dibujó: 1 Máquina para recubrir dispositivos de fibra óptica PLANO G1 Carta Tamaño: Junio 2012 Cant.: Revisó: Fecha Escala: Soporte para motor mm Acot. Aux.: Aluminio 6063-T5 12 11 3 7 2 29 10 5 6 1 8 4 No. Parte Cant. 1 Soporte 1 para teflón 1 2 Base de plataforma móvil 1 3 Soporte 2 para teflón 1 4 Perno para teflón 1 5 Bloque guía de plataforma móvil 1 6 Tuerca 1 7 Tira de teflón ranurada 1 8 Tornillo allen #10-24 X 0.5 UNC 4 9 Pivote 1 10 Buje 2 11 Tornillo allen #5-40 X 0.5 UNC 4 12 Tornillo c. estufa #5-40 X 0.5 UNC 1 Amado Manuel Velázquez Benítez Material: 1:2 JHC Dibujó: 1 Máquina para recubrir dispositivos de fibra óptica PLANO H1 Carta Tamaño: Junio 2012 Cant.: Revisó: Fecha Escala: Plataforma móvil Varios Isométrico 3 4 12 9 10 8 6 7 1 2 5 No. Parte Cant. 1 Base de Máquina 1 2 Soporte lateral 2 1 3 Soporte lateral 1 1 4 Rodamiento #608 22,8,7 2 5 Perno para barra de levantamiento 2 6 Barra para levantamiento 1 7 Manivela 1 8 Husillo 1 9 Engrane 96D 1 10 Tornillo allen #10-32 X 0.5 UNF 2 11 Toenillo allen #10-24 X 0.5 UNC 4 12 Barra guía 1 Amado Manuel Velázquez Benítez Material: 1:2 JHC Dibujó: 1 Máquina para recubrir dispositivos de fibra óptica PLANO H2 Carta Tamaño: Junio 2012 Cant.: Revisó: Fecha Escala: Armazón principal Varios Isométrico 25 28 319 34 14 9 2010 23 8 2 31 33 21 32 22516 3018137 11 16 12 15 26 24 4 NOTA: Ver tabla F3 para identificación de partes Amado Manuel Velázquez Benítez Material: 1:3 JHC Dibujó: 1 Máquina para recubrir dispositivos de fibra óptica PLANO H3 Carta Tamaño: Junio 2012 Cant.: Revisó: Fecha Escala: Máquina completa Varios Isométrico