Detecçăo e estudo da microvazăo de líquidos em fibras de cristal fotônico usando difraçăo na microestrutura
Abstract
In this work, we introduce photonic crystal fibers and the study of liquid flow within those, by observing changes in the diffraction pattern generated in a a laser beam laterally incident in the fiber. By launching the laser beam perpendicularly onto the side of the photonic crystal fiber, a characteristic diffractive pattern is created by the cladding microstructure, which consists of a matrix of holes that run along the fiber. When the fiber is filled with a liquid with a refractive index close to that of silica, the diffractive pattern is reduced because the microstructure becomes virtually invisible to the laser. The diffraction pattern transition from an empty fiber to a completely filled one is not abrupt, taking place during several seconds. This is because not all the holes of the microstructure are filled at the same time, because they do not have exactly the same radii, and the displacement of the liquid depends on, among other factors, the radius of the structure along which it travels. By observing the diffractive pattern, one can, thus, determine the moment at which the fiber starts to be filled, via the beginning
of the pattern change, until filling is complete, corresponding to the moment at which the diffractive pattern is completely changed. To determine the initial and final filling times accurately, and not influenced by the observer s subjective analysis, image processing techniques were used to evaluate the results. Through the times obtained it is possible to determine the largest and the shortest radius. The results of the size of the holes obtained by the time of filling, and the error in relation to the size observed by microscopy, will be presented. Finally, future work for improving the technique will be
suggested.
Summary
Apresentamos neste trabalho as fibras de cristal fotônico e o estudo da vazão de líquidos no interior destas, pela observação da alteração no padrão de difração gerado pela incidência de um feixe laser pela lateral, a 90º da fibra. A incidência com estas características gera um padrão difrativo característico, graças à microestrutura periódica da casca, consistindo de uma matriz de buracos que percorre toda a fibra longitudinalmente. Quando a fibra é preenchida com um líquido de índice de refração próximo ao da sílica, o padrão difrativo é reduzido, já que a microestrutura se torna praticamente invisível ao laser. A transição da fibra vazia até seu completo preenchimento não ocorre de forma abrupta, mas sim durante alguns segundos. Isso ocorre, pois nem todos os buracos da microestrutura são preenchidos ao mesmo tempo, pois não têm exatamente o mesmo raio, e o deslocamento do líquido depende, além de outros fatores, do raio do estrutura pela qual se desloca. Observando o padrão difrativo, é possível determinar o instante de início do preenchimento da fibra, graças a alterações que este sofre, até seu completo preenchimento, correspondendo ao momento em que o padrão difrativo é completamente alterado. Para determinar os instantes iniciais e finais de preenchimento com mais precisão e não depender de uma análise subjetiva do observador, técnicas de processamento de imagem foram utilizadas. Através dos tempos obtidos é possível determinar o maior e o menor raio dos buracos da microestrutura. Os resultados do tamanho dos buracos obtidos pelos tempos do preenchimento, assim como o erro em relação ao tamanho real observado serão apresentados. Por fim, trabalhos futuros para aperfeiçoamento da técnica são sugeridos.
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