Sensores e dispositivo a fibra óptica baseados em efeito magneto-óptico

Abstract

Esta tese apresenta estudos de modelagem computacional e experimentais, para construção de sensores e dispositivos a fibra óptica, que utilizam os efeitos Faraday e Kerr magneto-ópticos. Os materiais magnéticos utilizados foram o Ce:YIG, ferro e permalloy Fe/Ni. Os sensores propostos são capazes de fazer o monitoramento de campo magnético com sensibilidade e faixa de operação variadas, em que uma das configurações pode alcançar uma faixa de operação de 0 à 200 mT. Em quanto a resolução, uma das estruturas simuladas alcançou um valor de 0,051 mT. Também foi estudada a influência da temperatura na modulação do sinal, quando o Ce:YIG faz parte da composição do sensor, em que foi obtido um valor de sensibilidade cruzada de -3,27 mT/°C, numa situação não otimizada do sensor. Uma metodologia sobre como otimizar o sensor para operar em uma determinada faixa de temperatura, de 55 a 75 °C, também é discutida, onde foi alcançado um aumento da sensibilidade ao campo magnético, na faixa de temperatura delimitada, e a sensibilidade cruzada caiu para um valor de -2,47 mT/oC. Os experimentos com o permalloy mostram que efeitos de histerese prejudicam sua utilização como material magnético na composição do sensor. Em suma, os estudos realizados têm um viés de projetar e caracterizar a estrutura do sensor para que seu sinal seja otimizado a depender de sua aplicação. O sistema construído experimentalmente também serve para finalidade de caracterizar materiais magnético, e obter paramentos magneto-ópticos desses materiais, foram encontrados os valores para rotação Kerr de 0,654 o para o ferro, e de 1,075 o para o permalloy. Com isso, foi estimado um valor para constante magneto- óptica de 0,021 - j0,032 para o ferro, e de 0,034 - j0,053 para o permalloy. Por fim, é prosto um dispositivo para controlar a polarização de uma onda eletromagnética, baseado no Efeito Faraday magneto-óptico e na absorção em uma fibra perfil D metalizada. O dispositivo pode ser controlado eletronicamente por solenoides, o que possibilita um melhor desempenho, quando comparado com controladores mecânicos. Os resultados das simulações mostram que o dispositivo pode polarizar e controlar a polarização da luz com uma perda de inserção máxima de 5,71 dB para uma onda não polarizada e mínima de 2,61 dB para uma onda já polarizada.