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Politecnico di Bari Riunione SIEm, Roma 4 Dicembre 2007 SVILUPPO DI FIBRE OTTICHE MICROSTRUTTURATE ATTIVE E PASSIVE REALIZZATE CON MATRICI VETROSE INNOVATIVE.

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Presentazione sul tema: "Politecnico di Bari Riunione SIEm, Roma 4 Dicembre 2007 SVILUPPO DI FIBRE OTTICHE MICROSTRUTTURATE ATTIVE E PASSIVE REALIZZATE CON MATRICI VETROSE INNOVATIVE."— Transcript della presentazione:

1 Politecnico di Bari Riunione SIEm, Roma 4 Dicembre 2007 SVILUPPO DI FIBRE OTTICHE MICROSTRUTTURATE ATTIVE E PASSIVE REALIZZATE CON MATRICI VETROSE INNOVATIVE PER APPLICAZIONI NEL CAMPO DELLA BIO-SENSORISTICA E DEL MONITORAGGIO AMBIENTALE A. DOrazio, M. De Sario L. Mescia, V. Petruzzelli Dipartimento di Elettrotecnica ed Elettronica F. Prudenzano Dipartimento di Ingegneria dell'Ambiente e per lo Sviluppo Sostenibile Politecnico di Bari, Via Orabona, 4, Bari, Italy, Riunione SIEm Università di Roma La Sapienza Facoltà di Ingegneria Sala del Consiglio della Presidenza Sala del Consiglio della Presidenza 4 Dicembre 2006

2 Politecnico di Bari Riunione SIEm, Roma 4 Dicembre 2007 Sommario n Breve introduzione sulle proprietà delle fibre ottiche a cristallo fotonico PCF n Dispositivi basati su PCF passive n Conclusioni n Dispositivi basati su PCF attive

3 Politecnico di Bari Riunione SIEm, Roma 4 Dicembre 2007 J.C. Knight, T. A. Birks, P. St. J. Russel, D. M. Aktin, All silica single mode optical fiber with photonic crystal cladding, Opt. Lett., vol. 21, pp , T. A. Birks, J.C. Knight, P. St. J. Russel, Endlessly single-mode photonic crystal fiber, Opt. Lett., vol. 22, pp , Monomodalità nel campo di lunghezze donda da 337 a 1550 nm =2.3 m A= 40 m Fibre ottiche microstrutturate passive Immagine SEM della PCF FSM

4 Politecnico di Bari Riunione SIEm, Roma 4 Dicembre 2007 Tipo fibraΛ [μm]d 1 [μm]d 2 [μm]d 3 [μm]d 4 [μm]d 5 [μm] Fibra 12 μm0.4 μm 0.7 μm Fibra 22 μm0.3 μm0.4 μm 0.7 μm Fibra 32 μm0.3 μm 0.4 μm 0.7 μm Fibra 42 μm0.3 μm 0.4 μm0.7 μm Tipo fibra Λ [μm]d 1 [μm]d 2 [μm]d 3 [μm]d 4 [μm]d 5 [μm] Fibra A2 μm0.3 μm0.4 μm 0.7 μm FibraB2.2 μm0.3 μm0.4 μm 0.7 μm Fibra C2.4 μm0.3 μm0.4 μm 0.7 μm MOF campione di vetro Ga 5 Ge 20 Sb 10 S 65 calcogenuro Hole diameter d=3.2 m Pitch =8 m PCF in vetro calcogenuro in collaborazione con LUNIVERSITÀ DI RENNES - FRANCIA Controllo GVD PCF di Silica in collaborazione con: UNIVERSIDADE PAULISTA ESP, Araraquara, San Paolo, Brazil

5 Politecnico di Bari Riunione SIEm, Roma 4 Dicembre 2007 Modulo del campo elettromagntico del modo fondamentale nel sensore polimerico MOF Assorbanza in funzione della concentrazione Inoltre in fase di studio: Sensori PCF biologici MONITORAGGIO AMBIENTALE E BIOLOGICO Benzene, clorobenzene, toluene…nella falda acquifera e in aria Schema del sensore completo di sezione di accoppiamento di ingesso e guida rastremata.

6 Politecnico di Bari Riunione SIEm, Roma 4 Dicembre 2007 Sensore Polimerico Biologico PCF a fluoresenza in fibra PCF J. B. Jensen, P. E. Hoiby, L. H. Pedersen, A. Bjarklev, Selective detection of antibodies in microstructured polymer optical fibers, OPTICS EXPRESS, Vol. 13, No. 15, Strato di streptavidin Sandwich di α-CRP/CRP

7 Politecnico di Bari Riunione SIEm, Roma 4 Dicembre 2007 Progetto Amplificatori e Laser in PCF / Sensori Attivi Outer-cladding DiametroD cl-out = 122 μm Diametro hole D = 6 μm PitchΛ = 8 μm (D/ Λ =0.75) Parametri PCF Er 3+ -doped core Er 3+ -doped core POMPA SEGNALE Lunghezza donda λ 980 [nm] 1536 [nm] Indice rifrazione core (SiO 2 -GeO 2 ) Salto dindice di rifrazione n = n core - n silica = dovuto allerbio perdite 0.41 [dB/Km] 2 [dB/Km] Tempo di vita medio 21 = 10 ms Inner-cladding Inner-cladding Apotema inner-cladding h = μm (a) d i =2.5 m (i=1÷5); (d/ Λ =0.31) (a) d i =3.4 m (i=1÷5); (d/ Λ =0.42) (b) d 1 =2 m; d i+1 - d i =0.8 m; (c) d 1 =2.5 m; d i+1 - d i =0.7 m; (d) d 1 =3 m; d i+1 - d i =0.6 m. (a) (a) (b) (c) (d) Altri parametri della simulazione Nonradiative relaxation rates A 32 = A 43 = 10 9 [s -1 ];C up =C 3 = [m 3 s -1 ], C 14 =3.5x [m 3 s - 1 ]; Er21 =7.9x [m 2 ] and Er12 =7.1x [m 2 ] at s = 1534 nm; Er13 =2.55x [m 2 ] at p = 980 nm.

8 Politecnico di Bari Riunione SIEm, Roma 4 Dicembre 2007 Modulo del campo elettrico del modo fondamentale HE X 11 λ s = 1536nm

9 Politecnico di Bari Riunione SIEm, Roma 4 Dicembre 2007 Modulo del campo elettrico dei modi di propagazione confinati nellinner cladding HE 11 x,cl e HE 12 x,cl alla lunghezza donda di pompa, = 980 nm. HE 11 x,cl HE 12 cl

10 Politecnico di Bari Riunione SIEm, Roma 4 Dicembre 2007 Progetto dellamplificatore fiber (a) fiber (b) fiber (c) fiber (d) Concentration di erbio N Er x10 24 [ions/m 3 ] Guuadagno Ottimale G (Lopt) [dB] fiber (a) (a) G(L opt )=32.1 dB (b) G(L opt )=33.4 dB P p (0)=3W P s (0)=100 W (a) (a) (b) (c) (d) Vantaggi anche in termini di figura di rumore e compattezza….

11 Politecnico di Bari Riunione SIEm, Roma 4 Dicembre 2007 CONCLUSIONI Dai pochi esempi descritti risulta comunque evidente quanto le fibre PCF siano strutture estremamente versatili per la realizzazione di promettenti dispositivi. variando opportunamente la geometria/configurazione dei fori Le caratteristiche dei disposistivi ottenuti impiegando le fibre ottiche microstrutturate sembrano particolarmente interessanti anche perchè variando opportunamente la geometria/configurazione dei fori è possibile raggiungere elevati livelli di ottimizzazione Tecnologia disponibile in Italia: gap rispetto a diversi paesi europei. PRIN: sperimentazione mediante acquisizione di fibra PCF commerciale Progetti strategici: per la sintesi di nuovi vetri e filatura delle fibre PCF APPLICAZIONIMonomodalitàPolarizzazione Dispersione GVD Propagazione solitonica Generazione ed amplificazione Sensoristica………….


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