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Reporte
Técnico:
Láseres de
fibra
óptica
Universidad Politécnica de Chiapas
Dafne Aguirre Tovar
Dr. Gilberto Anzueto Sánchez
6 de enero de 2010
Contenido Introducción .................................................................................................................................. 3
Láseres de fibra óptica ................................................................................................................... 3
Estructura de láser de fibra ........................................................................................................ 4
Conceptos básicos...................................................................................................................... 6
Láseres de onda continua....................................................................................................... 8
Ventajas de los láseres de fibra .............................................................................................. 9
Principales aplicaciones........................................................................................................ 10
Empalmes de fibra óptica............................................................................................................. 12
Estancia en el INAOE.................................................................................................................... 23
Conclusiones................................................................................................................................ 26
Referencias .............................................................................................................................. 27
Anexos......................................................................................................................................... 28
Anexo A ................................................................................................................................... 28
Anexo B.................................................................................................................................. 30
Anexo C ................................................................................................................................. 30
Anexo D ................................................................................................................................. 31
Introducción
El proyecto tiene como objetivo realizar nuevos sistemas de láseres de fibra óptica, por lo que se
analizaron los sistemas de fibra óptica y se tomaron en cuenta estos esquemas para la realización
de nuevos prototipos que se realizaran para aplicaciones de láseres de fibra óptica, una de estas
principales aplicaciones es la creación de sensores que puedan ser utilizados para sensado de
nuevos parámetros o parámetros existentes, los cuales se desean mejorar o tener lecturas de
mayor fiabilidad.
En este reporte se describe brevemente el concepto de láseres de fibra óptica, después se
mencionarán los esquemas y avances en láseres de fibra óptica y al finalizar se señalarán las
aplicaciones y propuestas de creación e implementación de estos.
Posteriormente se detalla una parte muy importante del proyecto, el empalme de fibras ópticas
en el cual se mencionan los pasos para realizar un empalme de calidad, con bajos niveles de
pérdidas y sobre todo, utilizando uno de los métodos más revolucionarios en estos días, el cual es
el empalme por medio de fusión.
A raíz de esta experiencia en el proyecto, decidí realizar una estancia de investigación en el INAOE
a cargo del Dr. Evgeny A. Kuzin, miembro nacional del Sistema Nacional de Investigadores, nivel 3,
con el cual estuve trabajando en el área de fibras ópticas.
Láseres de fibra óptica
Los láseres de fibra han sido objeto de una gran investigación en los últimos 20 años desde su
primera demostración. En todas partes del mundo se ha explotado su potencial o las propiedades
de su emisión y su habilidad para generar luz a diferentes longitudes de onda, para su aplicación
en áreas tales como telecomunicaciones, procesamiento de materiales, procesamiento de señales
y medicina, se usan diferentes medios de ganancia, esquemas de bombeo y diseños de cavidades.
Las fibras láser ofrecen grandes ventajas sobre otros medios láseres, son del tamaño de un
cabello, tienen un umbral de daño muy alto, ofrece una excelente disipación del calor. No tienen
límites de ancho de banda lo cual permite mayor eficiencia en el uso de la luz de bombeo,
presentan una excelente calidad de haz, así como una muy buena estabilidad de la temperatura y
la longitud de onda de emisión. En este trabajo se presenta un primer diseño de una cavidad para
un láser de fibra óptica el cual se utilizará en aplicaciones médicas.
Los amplificadores de fibra han sido dispositivos muy útiles en todos los esquemas de las redes de
comunicaciones ópticas al reemplazar a los repetidores electrónicos en las líneas de transmisión
ópticas. Cuando un amplificador se complementa con un resonador y una fuente de bombeo, se
puede obtener emisión láser.
Diferentes iones de tierras raras como erbio, neodimio e iterbio, se pueden utilizar
para que los láseres de fibra sean capaces de operar en una amplia gama de longitudes de onda
que se extiende de 0.4 a 4 µm.
El primer láser de fibra óptica, presentado en 1961, utilizó fibra dopada con neodimio, con
diámetro de núcleo de 300 micras. Se usaron fibras de silicio con bajas pérdidas para hacer un
diodo láser en 1973 mucho antes de que estos fueran adquiribles. Aunque se realizó investigación
en este tiempo, no fue hasta 1980 que los láseres de fibra fueron totalmente desarrollados. Se
empezó a trabajar con fibras dopadas con neodimio y erbio, pero también con dopantes como
holmio, tulio etc.
A partir de 1989, el láser de fibra dopada con erbio (EDFLs) se convirtió en el
objeto de una intensa atención. Estos láseres son capaces de producir pulsos ópticos cortos en la
región espectral de 1.55 µm y son útiles para una variedad de aplicaciones. Los láseres de fibra
dopada con iterbio han atraído una atención renovada a partir de 2000 debido a su potencial para
producir altos niveles de energía.
Figura 1 Esquema de bombeo para una conversión láser. Niveles de energía para Tm
Estructura de láser de fibra
En la Figura 2 se muestran los componentes básicos de un láser. Estos son el medio de ganancia,
que es capaz de producir luz cuando la energía de excitación es aplicada en él. El espejo frontal y
trasero son parte del resonador que asegura que la luz se refleje de ida y vuelta por medio de la
ganancia del medio, de esta manera se aumenta la intensidad y se reduce la dispersión angular. La
fracción de luz que pasa por el espejo frontal es lo que se convierte en el láser.
Figura 2 Componentes básicos de un láser de fibra
Para un láser de CO2 el medio de ganancia es una mezcla de gases (principalmente de helio,
nitrógeno y dióxido de carbono) y la energía de excitación proviene de la descarga eléctrica a
través del gas. La longitud de onda del láser es de 10.6μm. Para un láser de estado sólido, el
medio de ganancia será típicamente una barra de YAG (itrio-aluminio granate) dopado con
aproximadamente el 1% de Nd (Neodimio) los átomos y la energía de excitación será dada por la
luz del ancho de banda de una fuente de arco continuo. La longitud de onda del láser es 1.064μm.
Para un láser de fibra el medio de ganancia es la fibra por ejemplo una fibra de vidrio dopada con
iterbio, con la energía de excitación proporcionada por diodos láser, que funcionan alrededor de
950 nm, junto con diversos sistemas en el núcleo de la fibra dopada. El rayo láser de longitud de
onda es típicamente en el rango de 1.07μm a 1.09μm. Obviamente, las dimensiones físicas del
medio de ganancia para el láser de fibra son muy diferentes de otros tipos de láser. A Nd: YAG
varilla puede ser de 200mm, una descarga de CO2 cerca de 2 metros, pero el aumento de fibra en
un láser de fibra será de 10 metros de largo.
Los reflectores utilizados en un láser de fibra son físicamente muy diferentes de los láseres
tradicionales. Normalmente, el espejo se forma a partir de un recubrimiento sobre el sustrato
dieléctrico, que se transmite en la longitud de onda del láser para el acoplador de salida. Para un
láser de fibra, una rejilla de bragg se usa en el núcleo de la fibra. Estas rejillas de Bragg en fibra
(FBGs) consistirán en una variación periódica de los índices de refracción. El período longitudinal
de la reja determina la longitud de onda de la luz reflejada, y la magnitud de la variación de los
controles, el porcentaje reflejado. La Figura 3 es un esquema de una construcción típica de un
láser de fibra.
Figura 3 Esquema de láser de fibra
Conceptos básicos
Los conceptos importantes en los láseres de fibra óptica son la ganancia óptica, el diseño de
cavidad, umbral láser y potencia de salida. A continuación se explican estos detalladamente.
Ganancia óptica: Los esquemas de bombeo pueden ser clasificados en tres o cuatro niveles de
esquemas. También es posible es posible en láseres conocidos como láseres de conversión, un
ejemplo de esto es la figura 1 que muestra el bombeo de un láser dopado con Tm. En este
esquema de bombeo, dos o más fotones de la misma fuente láser (o de diferentes láseres) son
absorbidos por el dopante así como es elevado a un estado excitado donde la transmisión de
energía excede la energía individual de cada fotón bombeado. Como resultado, el láser opera en
una frecuencia mayor que la del láser bombeado, un fenómeno conocido como alta conversión en
óptica no lineal. Esta clase de bombeo ha atraído la atención desde que se pudo usar para hacer
láseres de fibra “azules” que son bombeados con láseres semiconductores operando en la región
infrarroja.
Diseño de cavidad: Los láseres de fibra pueden ser diseñados con una variedad de cavidades. La
cavidad láser más común es conocida como cavidad Fabry-perot, la cual está hecha mediante el
posicionamiento de una ganancia media entre dos espejos de alta reflexión.
Las cavidades de anillo son usualmente utilizadas para realizar una operación unidireccional del
láser. Una ventaja adicional es que el anillo puede estar hecho sin espejos. En este diseño simple,
dos puertos del WDM son conectados juntos para formar una cavidad de anillo como la mostrada
en la Figura 4.
Figura 4 Esquema de cavidad unidireccional de anillo usada para láseres de fibra.
La primera vez que se usó la cavidad de anillo fue en 1985 hecha para un láser de fibra dopada con
Nd. Desde ese entonces, nuevos diseños se han realizado como el de la Figura 5, que especifica un
diseño usado para un modo cerrado. Esta configuración se refiere a la cavidad de figura 8 que le
debe el nombre a su apariencia.
Figura 5 Esquema cavidad figura 8.
Umbral del láser y potencia de salida
Los dos parámetros característicos de un láser son el umbral de potencia de bombeo y la eficiencia
con la que el láser convierte la potencia de bombeo en la potencia del láser una vez que ha llegado
al umbral. El umbral del láser es determinado por el requerimiento de ganancia para compensar
las pérdidas de la cavidad durante el procedimiento [30]. Considerando una cavidad Fabry-Perot,
formada por dos espejos las condiciones del umbral están dadas por:
Dónde:
G=factor de amplificación de un solo paso
= perdidas internas dentro de la cavidad
La fórmula del factor del factor de amplificación está dado por:
Láseres de onda continua
Los láseres de fibra pueden ser usados para generar ondas continuas de radiación al igual como
pulsos ópticos ultracortos. Los efectos no lineales asociados con la fibra usada tienen un rol
relativamente bajo para algunos láseres hasta que la potencia excede una gran cantidad de watts.
Esto se vuelve importante para láseres de fibra dopada con iterbio que son capaces de alcanzar
niveles de potencia mayores a 1kW.
Láseres de fibra dopada con Neodimio
Los láseres de fibra dopada con Neodimio fueron los primeros en llamar la atención debido a que
podían ser bombeados con un semiconductor operando cerca de 800 nm. En 1993 se
pudieron obtener 5W de potencia de un láser de fibra dopada con Neodimio.
Láseres de fibra dopada con Iterbio
El neodimio y el iterbio pueden emitir luz cerca de los 1060 nm cuando las fibras dopadas son
bombeadas a una longitud de onda adecuada. El uso del iterbio tiene ventajas varias ventajas
como la ausencia como estado excitado de absorción, la amplia ganancia, el espectro de absorción
y la posibilidad de obtener altos niveles de potencia.
En años recientes, la búsqueda para altas potencias ha hecho un rápido desarrollo en láseres de
fibra dopada con iterbio y amplificadores.
Una respuesta es ofrecida mediante la técnica de enrollado de fibra. Si una fibra multimodal es
enrollada con un radio adecuado, el continuo doblado de la fibra mejora dramáticamente las
pérdidas para modos de alto orden.
Figura 6 Diferencia de pérdidas para dos modos de bajo orden en función del diámetro de sus núcleos para una
longitud de 10m de fibra enrollada.
Láseres de fibra dopada con erbio
Los láseres de fibra dopada con erbio (EDFLs) pueden operar en varias regiones de longitud de
onda, que van desde el visible hasta el infrarrojo lejano. La región de 1.55 µm ha atraído mucha
atención debido a que coincide con la región de bajas pérdidas de silicio usada para
comunicaciones ópticas.
El comportamiento de los EDFLs mejora considerablemente cuando son bombeados a una
longitud de onda cerca de 0.98 o 1.48 µm debido a la usencia de estado excitado de absorción, los
láseres semiconductores fueron desarrollados para operar a estas longitudes de onda
inicialmente.
Ventajas de los láseres de fibra
Los láseres de fibra tienen grandes ventajas principalmente en el ámbito industrial debido a su
diseño único.
1. Flexibilidad de procesamiento
2. Costo reducido de funcionamiento
La alta eficiencia de la fuente de bombeo y de la extracción del medio de ganancia produce una
muy alta eficiencia de conexión del láser, por lo general alrededor del 25-30%. Esto conduce a una
reducción de los requisitos de suministro eléctrico, reducir los costos de operación, una cabeza
láser compacto y de diseño PSU y la reducción de los requisitos de ventilación con aire refrigerado
posible hasta 300W.
3. Alto nivel tecnológico
Los diodos láser de bombeo de las fuentes utilizadas para muchos servicios comerciales de láseres
de fibra usan desarrollos tecnológicos de la industria de fibra óptica de telecomunicaciones y
tienen una fiabilidad altamente probada. Esto ha hecho que los productos de láseres de fibra que
se ofrecen actualmente en el mercado puedan llegar a durar hasta 100,000 horas MTBf para sus
fuentes de bombeo. Esto es equivalente a 11 años de operación. Debido al tiempo de operación y
al costo de remplazar un diodo láser hace que la industria tenga gran aceptación para este tipo de
láseres.
4. Facilidad de entrega y adaptación
5. Buena fiabilidad y vida útil
6. Alta estabilidad
7. Tamaño pequeño
En general esas son las ventajas de los láseres de fibra en la industria en relación con láseres de
bulto, pero en los últimos años la industria ha encontrado las siguientes ventajas:
1. Diagnóstico de errores
2. Precio inferior a un láser de potencia equivalente
3. Posibilidad de funcionamiento con software existente
4. Posibilidad de aumentar el rendimiento mediante mejoras periódicas
Principales aplicaciones
Los láseres de fibra son ideales para los tipos de ambientes médicos, equipo de cómputo, y las
industrias de la electrónica. El pequeño tamaño del láser hace posible la eliminación de los
complejos sistemas de refrigeración, y a su vez tiene excelentes propiedades de bombeo
constante y un rápido calentamiento que los hacen ideales para aplicaciones en fabricación. Corte
de los stents (Figura 7), los cuales son usados en aplicaciones médicas para sostener áreas abiertas
de las arterias reducidas debido a la arterosclerosis, marcapasos costura de soldadura y baterías.
La soldadura por puntos de flexiones y conjuntos de suspensión, tales como lectura y escritura de
la cabeza en la fabricación de computadoras, se está considerando, como transductores de
presión de soldadura.
Figura 7 Sistema de suministro stent
Figura 8 Espesor de un material contra el tiempo de corte
Los láseres de fibra son buenas herramientas para corte, como la de una máquina de placas para
soldar (Figura 9).
Dependiendo del tipo de material y espesor será la velocidad y la potencia que el láser de fibra
óptica tendrá para realizar su trabajo (Figura 8).
Figura 9 Cortes de placas para soldar
Empalmes de fibra óptica El primer paso en la implementación de cualquier sistema basado en fibras ópticas es la alineación
o conexión de las mismas. Existen en el mercado una serie componentes que se pueden emplear
como uniones temporales o permanentes. Para realizar una unión permanente de fibra se utiliza
una empalmadora, dispositivo que sirve para unir una fibra y otra mediante una descarga
eléctrica; esta técnica es la más usada y recomendada (Figura 10 y Figura 11). Uno de los
problemas a resolver es seleccionar los sistemas que en forma temporal puedan ayudarnos a
conectar sistemas de fibras ópticas y de esta forma generar los nuevos conocimientos, es decir
que de esta manera el tener la oportunidad de que con la experimentación de nuestros
dispositivos uno pueda inmigrar a los sistemas que finalmente requerirán de sistemas
permanentes y darán conclusión a un prototipo final.
Figura 10 Fotografía de la pantalla de una empalmadora que realiza una unión permanente mediante descarga
eléctrica.
Figura 11 Alineación física de dos fibras ópticas
La calidad de un empalme de fibra óptica puede ser medida por dos parámetros, por el nivel de
pérdidas en la fibra y su resistencia, estos dos parámetros serán explicados posteriormente.
El proceso de empalmar una fibra óptica por medio de fusión puede ser separado en varias etapas.
En la Figura 12 se presenta un diagrama de la secuencia y los pasos para realizar un empalme
exitoso(1). A continuación describiremos el procedimiento para realizar un empalme adecuado de
fibra óptica.
Primeramente se retira la protección en la que se encuentra la fibra óptica. El recubrimiento debe
ser quitado, cuidando no dañar a la fibra óptica en esta parte del proceso. A continuación se
deben identificar las terminaciones o las puntas de las fibras ópticas que se desean empalmar, las
caras de las fibras deben estar completamente planas esto se obtiene realizando un buen corte.
Después de haber alineado las fibras se procede a poner en a las fibras en la empalmadora por
fusión que realizará el empalme y posteriormente se verifica el nivel de pérdidas del empalme
cuidando que este sea lo más pequeño posible.
Posteriormente se realizarán pruebas del funcionamiento de la fibra colocándolo en un arreglo
óptico y si la función lo requiere se le pondrá una protección del ambiente empacándolo en una
protección para empalme.
Las fibras deben ser alineadas lateralmente cada una hasta que las caras estén paralelas. Debido a
que los empalmes que se realizan son para pruebas de laboratorio no es necesario que tenga una
resistencia mecánica ni que el empalme tenga algún recubrimiento o protección en el lugar donde
se realizó el empalme ya la fibra óptica no estará sometida a fuerzas exteriores y se encontrará en
un lugar establecido libre de agente externos que puedan llegar a dañar.
Figura 12 Diagrama del proceso de empalme por fusión
Debido a que los empalmes por fusión son frecuentemente usados, para el proceso de empalme
de fibras hay varios tipos de empalmadoras por fusión.
Un diagrama general de los componentes que utiliza una empalmadora se muestra en la Figura 13.
Una empalmadora por fusión mínimamente necesita una fuente de calor (véase Anexo A) y
también una base para los sujetadores (Anexo B); estas bases estarán en ambos lados de los
electrodos y darán el movimiento para la alineación.
Las empalmadoras también incluyen otros aditamentos como microscópicos y cámaras CCD,
microprocesadores que pueden determinar si una fibra óptica está alineada (1), además de una
pantalla LCD (Anexo A) donde se podrá ver las operaciones realizadas en el microprocesador para
que el usuario pueda corregir el empalme.
Figura 13 Componentes de empalmadora por fusión
El primer paso para el proceso de empalme por fusión es quitar la cubierta exterior (Anexo D); al
haber realizado esto, se procederá a la extracción del recubrimiento de polímero de la fibra óptica
por medio de un pelador (Anexo B). Es importante que este paso, al quitar el recubrimiento se
haga con extremo cuidado, ya que aplicarle demasiada fuerza puede provocar que la fibra óptica
pueda llegar a quebrarse y afecte su resistencia mecánica y se vuelva vulnerable. Es primordial
usar el material adecuado para realizar el paso de remover la fibra debido a que puede
comprometer el estado de la fibra y si se usa algún otro instrumento también podría causar daños
al usuario. Al terminar el paso de pelado, se procede a realizar el segundo proceso que es el de
cortado, es importante que se realice de manera correcta pues con esto se evitarán problemas
posteriores en deformación de fibras e incompatibilidad de núcleos debido a deformaciones.
Previo al proceso de corte es necesario que la fibra óptica se limpie de impurezas que esta pueda
contener debido al recubrimiento por lo que se hace una limpieza con toallas secas que se
humedecen con alcohol isopropílico para eliminar cual rastro de suciedad que pueda evitar que el
empalme se realice. (Figura 14).
Figura 14 Materiales necesarios para limpieza de fibra óptica
Para realizar el proceso de cortado de manera exitosa es necesario posicionar a la fibra óptica en
un sujetador (Figura 15), este paso debe ejecutarse con gran precisión ya que el sujetador (Anexo
C) servirá en el proceso de corte y de fusión. Este será el que contendrá la fibra óptica para
colocarla en la base de la empalmadora.
Figura 15 Fibra óptica en sujetador
Al tener la fibra óptica en el sujetador se dispondrá a colocar el sujetador en dentro de la
cortadora (Figura 16), se debe verificar que la fibra este en la posición correcta, que la fibra rebase
la posición del disco de corte para que el corte que se realice sea de calidad.
Figura 16 Fibra óptica en sujetador en proceso de cortado
Para realizar el corte es necesario posicionar al disco de corte en la posición inicial antes de colocar
el sujetador en la ranura especificada y posteriormente cerrar el cortador para que el disco se
desplace y corte la fibra óptica.
Figura 17 Proceso de corte
Debido que la empalmadora por fusión (Anexo A) ejecuta el empalme basado en la imagen de las
dos fibras ópticas que se desean empalmar, es de vital importancia que las fibras tenga un corte
preciso y que las fibras estén libres de polvo u agente. Al tener las dos fibras preparadas, esto se
refiere al proceso de pelado, remover el polímero, limpieza y cortado, se procede a pasar al paso
de alineación y fusión.
El calentamiento es el proceso principal del proceso de empalme de fibra óptica por fusión,
porque de este se soldaran las dos fibras.
Como se mencionó anteriormente, las máquinas empalmadoras utilizan diferentes fuentes de
calor para la formación de la unión, pero en los principios de este paso son principalmente los
mismos para las empalmadoras que utilizan electrodos a las que utilizan otro tipo de fuente de
calor. (1).
En la Figura 18 se presenta un esquema de los puntos importantes que ocurren en la descarga de
calor en el proceso de fusión.
Figura 18 Proceso de calentamiento
La primera etapa del proceso se denomina pre-fusión, esta etapa es la que se mencionaba
anteriormente que sirve para la limpieza de la fibra óptica. Los contaminantes que se eliminen
ayudarán a tener un buen empalme y que el proceso se realice de manera correcta. La segunda
etapa es donde se colocan los sujetadores con las fibras ópticas dentro de la empalmadora, (Figura
12) es importante que no haya una sobre posición de fibras ya que si no existe un espacio entre
fibras el alineamiento de estás será imposible.
Figura 19 Etapa 2 del proceso de fusión
Teniendo las fibras ópticas en las bases de la empalmadora, las cuales harán el proceso de
alineación, comprobando el corte correcto de la fibra y un teniendo un espacio para realizar la
fusión, se pasa a la tercera etapa donde se verifica que exista una coincidencia entre núcleos de las
fibras, todo esto por medio de la cámara que verifica todos estos aspectos.
Figura 20 Fibra óptica previa a la etapa 3
Dada las condiciones anteriores, la fibra se encuentra prepara para ser fusionada (Figura 20), por
lo cual se desprende la descarga por medio de los electrodos que hacen la fusión de la fibra.
Cuando se realiza el proceso de fusión las fibras son presionadas a estar juntas donde se solapan
para por una longitud entre 2 a 20 μm, esto debido a la tensión superficial, la viscosidad y la
difusión dopante de las fibras y de esta manera evitar que el empalme no se pueda efectuar.
Al efectuar la descarga de calor, la fibra se enfriará rápidamente dejando así una fibra empalmada
con un índice de pérdidas debida a la descarga de calor. (Figura 21).
Figura 21 Fibra óptica después del proceso de fusión
Después de haber realizado esto se podrá decir que el proceso de empalme con una pérdida de
0.01 dB, el cual es el nivel de atenuación resultante o las pérdidas debidas a la fusión. (Figura 23).
En la Figura 22 se representan las etapas más importantes de este proceso en la parte 1 se puede
ver la alineación de la fibra monomodal, posteriormente en la parte 2 se puede aprecia de manera
esquemática se aprecia la descarga eléctrica que provienen de los electrodos. Y por último en la
parte 3 se aprecia el empalme y se especifica el lugar donde se encuentra empalmada la fibra.
Figura 22 Diferentes pasos en el proceso de empalme por fusión
El valor de las pérdidas por acoplamiento es la característica más importante para evaluar la
calidad de un empalme. Estas pérdidas se realizan en el momento en que los electrodos realizan el
arco eléctrico entre las dos fibras, si el proceso que se detalló anteriormente se llevó
adecuadamente las pérdidas serán bajas. El nivel de pérdidas está dado en dB, que representa las
pérdidas de potencia de señal que sería la luz que se transmite por medio de la fibra óptica.
Empalme
Núcleo
Fusión
(1)
(2)
(3)
Figura 23 Empalme resultante
Para poder ver el nivel de pérdidas que en realidad se tiene, se realizó una serie de empalmes, en
los cuales después de haber realizado el método que se ha explicado, se pudo encontrar que el
nivel de pérdidas de los empalmes que se han realizado va desde los 0.2 dB 0.4 dB, lo cual es una
escala bastante aceptable para un empalme de fibra óptica, teniendo en cuenta que los 0 dB es
casi un empalme realizado de manera muy precisa desde la preparación de la fibra, que incluye la
etapa de limpiar y acondicionar la fibra, hasta su colocación dentro de cada sujetador de los
extremos que se deseen empalmar (Figura 24).
Figura 24 Nivel de pérdidas en 5 empalmes de fibras ópticas.
Estancia en el INAOE Derivado de la investigación que había estado realizando en la universidad politécnica de Chiapas
con el Dr. Gilberto Anzueto Sánchez, realicé una estancia de investigación en el Instituto Nacional
de Astrofísica, Óptica y Electrónica, con el Dr. Evgeny A. Kuzin y el C. a Dr. Ariel Rosas, esta
estancia tuvo una duración de dos semanas en la cual pude participar en el proyecto
“Optimización de la doble etapa de un bombeo simple a una fibra dopada amplificada con erbio
con alta amplificación por pulsos de frecuencia a nano escala ”, donde aplique conocimientos que
adquirí durante los años de estudio dentro de la universidad como son métodos numéricos,
circuitos eléctricos entre otros, pero fueron de gran ayuda las nuevas herramientas que se
adquirieron durante el trabajo en el proyecto, como fue el de empalme de fibras ópticas y
programación en Matlab, aparte de las nuevos nociones de óptica que tenía.
El proyecto en el cual colaboré tiene grandes aplicaciones en el área de medicina y
comunicaciones, esto de forma que la investigación básica logré tener un impacto dentro de las
tecnologías existentes y ofrezca nuevas soluciones a los problemas actuales.
El circuito con el que el Dr. Evgeny estaba trabajando era el que se muestra en la Figura 25, el cual
se encuentra compuesto de bombeos con diferente longitud de onda, una rejilla de bragg, un
acromador para poder elegir la longitud de onda de bombeo.
Figura 25 Arreglo experimental
Para poder generar el efecto Raman se necesitan cantidades grandes de fibra óptica, se utilizaron
dos tipos de fibras, una fibra monomodal ls y una true wave, de esta manera se buscaba tener los
efectos de la dispersión de Raman en la salida como se puede ver en la Figura 29.
Figura 26 Fibra SMF-LS y True wave
El arreglo experimental fuer realizado en mesas ópticas especiales para este tipo de
procedimientos en donde se colocaron todas las monturas y se realizaron los empalmes
necesarios para este proyecto.
Figura 27 Laboratorio de fibras ópticas INAOE
Por medio del osciloscopio se podía ver la salida mediante un convertidor de luz a un parámetro
que podía ser leído por el osciloscopio, el cual mostraba el pulso de Stokes y la intensidad y las
variaciones del experimento.
Mediante el acromador se podía elegir la longitud de onda, este aparato se manejaba por medio
de una PC que también controla motores a pasos como principio de funcionamiento del mismo.
Figura 28 Arreglo experimental físico
Figura 29 Osciloscopio para visualizar salida de arreglo experimental
Las dos semanas que participé en el centro de investigación, me di cuenta de lo valioso que fue
tener experiencia realizando empalmes en fibra óptica, ya que estos pueden determinar
parámetros de gran importancia, como es la potencia de salida del arreglo óptico, es importante
tener las habilidades necesarias para determinar los valores de algunas variables de gran
relevancia como es el largo de las fibras que se utilizaran, la dispersión de las mismas y
primordialmente saber el análisis de los resultados, ya que esto ayudará a saber qué impacto
tendrá nuestro proyecto una vez que este se termine.
Estas habilidades son las que he podido desarrollar al estar participando en este proyecto y son de
gran utilidad no solo en el área de investigación, sino en el desarrollo y participación con los
demás investigadores.
Conclusiones
Participar en el proyecto PROMEP como becaria del Dr. Gilberto Anzueto Sánchez ha representado
para mi grandes oportunidades, ya que he puesto en práctica los conocimientos de ingeniería
mecatrónica que tengo hasta el momento en diferentes aspectos como programación, electrónica,
además de la implementación de herramientas que he tenido que poner en práctica como la
elaboración de reportes y búsqueda y síntesis de información, lo anterior ha sido de gran
provecho, pero lo más importante es la oportunidad de adquirir nuevos conocimientos en el área
de óptica, esto debido a que muchos conceptos como efecto Raman y muchos otros conceptos
han sido totalmente nuevos, por lo que he tenido que aprender en poco tiempo conceptos
importantes de óptica no lineal.
Es importante recalcar, si bien no era parte del proyecto realizar una estancia en otro centro de
investigación sobre óptica, el trabajo durante este tiempo en el proyecto ha aumentado los
conocimientos y el gusto por el área de óptica, ya que tiene un campo de aplicaciones muy
extenso que va desde el área de comunicaciones hasta aplicaciones médicas. Es por esto que
decidí realizar una estancia en un centro de investigación, esto por conocer un nuevo ambiente y
saber de las últimas investigaciones en el área de óptica, esta experiencia resultó fructífera, ya
que conocí el ambiente de trabajo dentro de un centro de investigación y participé dentro del
trabajo de otros investigadores como es el C. a Dr. Ariel Rosas y el Dr. Evgeny A. Kuzin, los cuales
apreciaron mis conocimientos en el uso de Matlab, esto en la realización de códigos para la
simulación de experimentos y en el empalmen de fibras, ambas herramientas aprendidas y
perfeccionadas durante el curso de este proyecto.
Estoy muy agradecida por la oportunidad brindada por el Dr. Gilberto Anzueto Sánchez, pues
gracias a él pude tener asesorías acerca de temas de óptica, y compartió conmigo la experiencia
que él posee en el área de fibras ópticas, la cual ha abierto para mí muchas oportunidades para la
investigación en un futuro.
Este proyecto me ha ayudado a ver la serie de aplicaciones que pueden tener los láseres de fibra
óptica, las ventajas acerca de otros láseres existentes y el futuro de estos.
Una de estas aplicaciones es la creación de sensores basados en estos láseres para diferentes
parámetros físicos.
Deseo continuar con la investigación que he realizado durante este periodo, y concluir mi trabajo
con una tesis de grado, en la implementación y caracterización de un láser de fibra óptica, dar
aplicaciones a esto, implementar estos láseres como sensores en áreas de conocimiento en las
cuales se necesiten sensores de gran precisión y fiabilidad como en la adquisición de datos
sísmicos o medición de presión en lugares donde los sensores actuales no pueden soportar las
presiones en las que operan actualmente.
Definitivamente ser becaria de este proyecto me ha abierto a muchas posibilidades de
conocimientos y nuevas opciones para poder estudiar un posgrado en ciencias, ya que con la
experiencia que en este momento tengo me he dado cuenta que la investigación es una actividad
que realmente disfruto y que me gustaría seguir haciendo.
Referencias
[1] M. J. F. Digonnet, Rare-earth-doped fiber lasers and amplifiers, 2nd ed. (Marcel Dekker, Inc. New York, Basel 2001) [2] Claudia Sifuentes, láseres de fibra óptica, 1° encuentro participación de la mujer en la ciencia, León Guanajuato. Universidad Autónoma de Zacatecas.
[3] A.D Yablon, Optical Fiber Fusion Splicing, 1 st ed. (Optical Sciences, Springer, New York, 2005). [4] F.J Duarte, Tunable Laser Applications, 2 nd ed. (CRC Press, New York, 2009). [5] G.P Agrawal, Applications of Nonlinear Fiber Optics, 2 nd ed. (AP, New York, 2007). [6] R.L Sutherland, Handbook of Nonlinear Optics, 2 nd ed. (Marcel Dekker, Inc. New York-Basel. 2003). [7] F.T.S Yu, Fiber Optic Sensors, 1 st ed. (Marcel Dekker, Inc. New York-Basel, 2003).
Anexos
Anexo A
Empalmadora por fusión
Figura 14 Empalmadora Tom Cat
Figura 15 Vista frontal de empalmadora
Figura 16 Vista superior de empalmadora
Anexo B Pelador
Figura 17 Pelador de fibra óptica
Anexo C Sujetadores
Figura 18 Sujetadores
Anexo D Fibra óptica mono modal
Figura 19 Fibra mono modo