O revestimento de poliimida incha em ambientes úmidos? Isso pode causar desvio de comprimento de onda?
Mecanismo de Higroscopicidade e Expansão do Revestimento de Poliimida
A poliimida (PI) possui anéis imida polares em sua estrutura de cadeia macromolecular, conferindo-lhe uma certa afinidade com a água. Quando o revestimento de poliimida em uma fibra óptica (por exemplo, com diâmetro externo de 155\ \mu\text{m} ) é exposto a ambientes úmidos ou imerso em água, ele absorve umidade.
Após a absorção de água, o revestimento de poliimida sofre expansão volumétrica. Esse fenômeno é determinado pelo Coeficiente de Expansão Higroscópica (Coefficient of Hygroscopic Expansion, CHE, comumente denotado por \beta ) do material.
Isso Causa Desvio de Comprimento de Onda?
Sim, certamente causa desvio de comprimento de onda.
1. Mecanismo de Condução Física
Como o revestimento de poliimida adere firmemente à superfície externa do revestimento de sílica do vidro da fibra (com diâmetro de 125\ \mu\text{m} ), quando o revestimento incha devido à absorção de água, seu alongamento mecânico axial é transmitido ao núcleo da fibra através do estresse de cisalhamento na interface entre as duas camadas.
Isso induz uma deformação de tração axial \varepsilon_h no núcleo da fibra.
2. Fórmula de Desvio de Comprimento de Onda
Para um Fibre Bragg Grating (FBG), a tensão axial aplicada ao núcleo aumenta seu espaçamento de grade \Lambda e, simultaneamente, diminui o índice de refração efetivo do núcleo n_{eff} através do efeito piezo-óptico. A combinação desses dois fatores faz com que o comprimento de onda central de reflexão \lambda_B do FBG desvie em direção a comprimentos de onda mais longos no infravermelho (redshift). A relação pode ser expressa como:
\Delta \lambda_B = \lambda_B (1 - P_e) \varepsilon_h
Onde P_e é a constante piezo-óptica efetiva da fibra (para fibra de sílica monomodo padrão, P_e \approx 0.22 ) e \varepsilon_h é a deformação de tração axial causada pela expansão higroscópica.