Hacia el nanocristal REPO4

Jul 27, 2023

Scientific Reports volumen 13, número de artículo: 12891 (2023) Citar este artículo

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Detalles de métricas

La dispersión Rayleigh de fibras ópticas mejoradas dopadas con nanopartículas, para aplicaciones de detección distribuida, es una nueva tecnología que ofrece ventajas únicas a la comunidad de fibras ópticas. Sin embargo, la tecnología de fabricación existente, basada en nanopartículas alcalinotérreas cultivadas in situ, está restringida a unas pocas composiciones y muestra una gran dependencia de muchas condiciones experimentales. Además, todavía existen varias incertidumbres sobre el efecto del proceso de estirado sobre las características de las nanopartículas y su influencia sobre la mejora de la dispersión y la pérdida óptica inducida. En este trabajo, arrojamos luz sobre todos estos problemas que impiden el progreso en el campo y demostramos la idoneidad de dopar fibras ópticas con nanocristales de YPO4 para desarrollar fibras ópticas sintonizables dopadas con nanopartículas mejoradas con dispersión de Rayleigh. Un exhaustivo estudio microestructural en 3D revela que sus características están estrechamente ligadas al proceso de trefilado de las fibras, lo que permite la ingeniería de tamaño y forma a nanoescala. En particular, los nanocristales de YPO4 conservan sus características en gran medida cuando las fibras ópticas se estiran por debajo de 1950 °C, lo que permite obtener características de nanocristales y rendimiento óptico homogéneos. Las fibras fabricadas exhiben una retrodispersión mejorada sintonizable en el rango de 15,3 a 54,3 dB, con respecto a una fibra SMF-28, y pérdidas ópticas bidireccionales en el rango de 0,3 a 160,7 dB/m, reveladas por mediciones de reflectometría de retrodispersión óptica (OBR). . Esto permite detectar longitudes desde 0,3 m hasta más de 58 m. El presente trabajo sugiere un futuro brillante para los nanocristales YPO4 para el campo de detección distribuida y abre una nueva puerta hacia la incorporación de otros nanocristales de ortofosfato de tierras raras (REPO4) con características predefinidas que superarán las limitaciones de los actuales alcalinotérreos cultivados in situ. -tecnología basada en.

Las fibras ópticas de sílice dopadas con nanopartículas son un campo emergente que está atrayendo cada vez más atención en los últimos años entre la comunidad científica. Esto se justifica porque esta tecnología permite mantener las diversas ventajas que ofrecen las fibras ópticas de sílice junto con novedosas funcionalidades introducidas por las nanopartículas incorporadas1,2,3. Sin embargo, factores derivados de la presencia de dichos centros de dispersión, como la dispersión de Rayleigh inducida, que está íntimamente relacionada con sus características, pueden limitar su aplicabilidad. De hecho, las temperaturas extremas típicas del proceso de fabricación, generalmente superiores a 2000 °C, determinan fuertemente las características de las nanopartículas, que pueden modificarse respecto a las inicialmente incorporadas4. Por lo tanto, se requiere un alto control de las diferentes etapas involucradas en el proceso de fabricación para poder mantener las funcionalidades perseguidas en las fibras ópticas de sílice de ingeniería.

Una de las tendencias actuales en las fibras ópticas dopadas con nanopartículas es mejorar la dispersión de Rayleigh y al mismo tiempo controlar la atenuación inducida de la fibra óptica. La detección de la dispersión Rayleigh intrínseca a lo largo de la fibra se utiliza en sensores distribuidos de fibra óptica (DOFS) como firma espacial de la fibra, que es sensible a parámetros como la deformación, la temperatura o el índice de refracción, entre otros, con alta resolución espacial a lo largo de la fibra. toda la fibra bajo prueba5,6. En particular, la reflectometría de retrodispersión óptica (OBR) es uno de los métodos más populares que aprovecha la reflectometría en el dominio de frecuencia óptica (OFDR) para medir la dispersión de Rayleigh en la fibra óptica mediante la luz retrodispersada7. El creciente interés de este método en los últimos años, adecuado para detectar longitudes inferiores a 100 m, se explica por su alta sensibilidad combinada con una resolución espacial que puede alcanzar la escala submilimétrica8,9.

Recientemente, se demostró que las fibras ópticas dopadas con nanopartículas mejoradas con dispersión Rayleigh son muy prometedoras para aplicaciones de detección distribuida, ya que presentan varias ventajas con respecto a otros métodos considerados en la literatura8,10,11,12. Aparte del hecho de que se ha demostrado un mejor equilibrio entre la mejora de la dispersión y las pérdidas ópticas13,14,15, estas fibras ópticas dopadas con nanopartículas se pueden manipular como fibras estándar, lo que facilita su aplicabilidad. Este enfoque se demostró por primera vez con fibras dopadas con nanopartículas a base de MgO, co-dopadas con erbio, que eran adecuadas para la detección distribuida de índice de refracción, tensión, temperatura y detección de forma 3D16. En este tipo de fibra, las nanopartículas a base de MgO se cultivan in situ en el núcleo de preformas y fibras con un tamaño y un patrón de distribución aleatorios. Sin embargo, la fuerte dependencia de la mejora de la dispersión de Rayleigh y la atenuación óptica del tamaño aleatorio de las nanopartículas y su distribución aleatoria17 dificulta hasta cierto punto este enfoque en términos de reproducibilidad y escalabilidad. Además, aunque las nanopartículas basadas en MgO se optimizaron hasta 48,9 dB y 14,3 dB/m, respectivamente, para mejorar la dispersión de Rayleigh y la atenuación bidireccional18, las longitudes de detección todavía estaban restringidas a menos de 3 m. En todos estos trabajos se utilizó el método de dopaje en solución para la preparación de la preforma, con concentraciones de solución precursora de 0,1 M de MgCl2. Dado que no se observó ningún fenómeno de separación de fases para valores de concentración inferiores a 0,1 M, se generó una gran densidad de nanopartículas separadas en fases, lo que en consecuencia aumentó la atenuación óptica de las fibras ópticas. Superamos ese problema13 y demostramos que la ligera modificación de la matriz a base de sílice, con cierta cantidad de fósforo y germanio, permite la formación de nanopartículas a base de Ca separadas por fases en concentraciones de solución de remojo de CaCl2 tan bajas como 0,005 M. En consecuencia, Las fibras ópticas dopadas con nanopartículas de Ca mejoradas con dispersión Rayleigh diseñadas eran adecuadas para longitudes de detección de largo alcance, desde 5 m hasta más de 200 m, con una retrodispersión mejorada sintonizable en el rango de 25,9 a 44,9 dB junto con una señal bidireccional relativamente baja. pérdidas ópticas, 0,1–8,7 dB/m. Sin embargo, en ese trabajo, las nanopartículas a base de Ca también se cultivaron in situ, y el fenómeno de separación de fases, y por tanto las características de las nanopartículas, mostraron una gran dependencia de varias condiciones de fabricación de la preforma, como la temperatura de vitrificación, las concentraciones de la solución de remojo y la composición de la preforma. Vidrio a base de sílice. Además, sugerimos que durante el proceso de estirado las nanopartículas sufrieron una disolución y renucleación en función de la temperatura de estirado, lo que afectó fuertemente su morfología y tamaño. También encontramos una gran dependencia experimental para el crecimiento in situ de nanopartículas basadas en Sr y ricas en Ba15,19.

Por lo tanto, aunque las nanopartículas alcalinotérreas cultivadas in situ en fibras ópticas a base de sílice han demostrado un alto rendimiento incuestionable para aplicaciones de detección distribuida, el desarrollo de nuevos DOFS dopados con nanopartículas con un mayor control del tamaño, forma o composición de las nanopartículas, así como menos La dependencia de todas las condiciones experimentales facilitará su reproducibilidad y escalabilidad. Además, hasta la fecha, el enfoque mencionado anteriormente se limita a unas pocas composiciones (Mg, Ca, Sr, Ba), lo que restringe la aplicabilidad de esta tecnología. El descubrimiento de nuevas composiciones adecuadas que puedan cultivarse ex situ e incorporarse al núcleo de las fibras ópticas, con características predefinidas diseñadas de acuerdo con el propósito objetivo y que permanezcan invariantes durante el proceso de fabricación, superará todas las limitaciones mencionadas anteriormente para las fibras alcalinas cultivadas in situ. -Nanopartículas terrestres y tendría un impacto significativo en posibles futuras aplicaciones de detección distribuida. Sin embargo, esto sigue siendo un desafío, en parte debido a las varias incertidumbres que existen sobre el impacto del proceso de dibujo en las nanopartículas y su correlación con la dispersión inducida, ya que estos aspectos apenas se consideran en la literatura, hasta el momento, no sólo en el campo de detección distribuida, sino también en todo el campo de las fibras ópticas dopadas con nanopartículas.

Recientemente, hemos demostrado la fabricación de fibras ópticas dopadas con nanocristales YPO4 de forma cúbica y de varilla, que, hasta donde sabemos, fue la primera vez que se incorporan nanopartículas no esféricas en fibras ópticas a base de sílice4. Sin embargo, hasta la fecha no se ha evaluado su idoneidad para la detección distribuida. Además, el hecho de que los ortofosfatos de tierras raras presenten altas temperaturas de fusión, hasta 1900-2100 °C, no sólo hace que el YPO4 sino también otros compuestos como RE = La, Ce, Pr, Nd, Sm, Er, Gd20,21, que junto con su alto índice de refracción, los convierten en materiales prometedores para incorporar como nanopartículas cultivadas ex situ para el futuro DOFS22. De hecho, recientemente se ha demostrado que los nanocristales de YbPO4 cultivados ex situ, incorporados a las fibras, también sobreviven al proceso de estirado de las fibras23.

En este contexto, el objetivo de este trabajo es descubrir y estudiar en profundidad nuevas composiciones adecuadas que permitan diseñar novedosas fibras ópticas sintonizables dopadas con nanopartículas mejoradas con dispersión Rayleigh para mejorar y expandir la actual tecnología basada en alcalinotérreos. Por lo tanto, la evaluación de la idoneidad de nuestras nuevas fibras ópticas dopadas con nanocristales YPO4 para estas aplicaciones, así como un análisis exhaustivo del impacto del proceso de fabricación, incluida la variación de la concentración de la solución inicial, en las características de los nanocristales y su correlación. con la dispersión de Rayleigh inducida y las pérdidas ópticas proporcionarán la base para futuras fibras ópticas dopadas con nanocristales REPO4 para campos de detección distribuidos. Para ello, se realizan mediciones OBR y se correlacionan con un estudio microestructural 3D de los nanocristales en el núcleo de la fibra mediante SEM, FIB-SEM y HRTEM.

Se fabricaron preformas dopadas con nanopartículas de YPO4 mediante el método MCVD convencional junto con la técnica de dopaje en solución. El proceso de dopaje en solución se llevó a cabo a partir de diferentes soluciones de nanopartículas de Y3Al12O5 (YAG) sintetizadas ex situ en agua, en concentraciones de 0,01 M, 0,015 M y 0,025 M. Las nanopartículas de YAG, sintetizadas por el método de combustión, actúan como precursoras de los nanocristales de YPO4, como demostramos. en nuestro trabajo anterior4. La alta reactividad del vidrio a base de sílice, dopado con ~5,5% molar de óxido de germanio y ~2,5% molar de óxido de fósforo, a las elevadas temperaturas del proceso de fabricación, favorece la desaparición de los nanocristales de YAG y la consecuente nucleación de los nanocristales de YPO4 en el núcleo de preforma. El hollín de sílice dopado con nanopartículas se vitrificó a 1800 °C, mientras que el colapso de la preforma fue superior a 2000 °C. Las preformas fabricadas se etiquetan, de ahora en adelante, como preforma #1–3, en orden creciente de concentración, es decir, la preforma #1 se fabrica a partir de una solución de remojo de 0,01 M, mientras que la preforma #3 se fabrica a partir de una solución de 0,025 M. En el rango considerado, la densidad de las nanopartículas es el parámetro más notable afectado, y aumenta a medida que aumenta la concentración de la solución de remojo, lo que hace que el núcleo pase de transparente, en la preforma n.° 1, a ligeramente lechoso, en la preforma n.° 3 (Fig. S1a). Los valores de contraste del índice de refracción (Δn) medidos para las preformas son 9 × 10–3, 9,1 × 10–3 y 9,5 × 10–3 para las preformas n.° 1, n.° 2 y n.° 3, respectivamente (Fig. S1b). Por tanto, el aumento de la concentración de nanopartículas aumenta ligeramente el contraste del índice de refracción de la preforma correspondiente.

Las fibras ópticas se extrajeron de las preformas n.° 1 a 3 a temperaturas de 1900 °C, 1950 °C y 2000 °C, con una velocidad de estiramiento de 5 m/min. El diámetro externo de las fibras ópticas es de aproximadamente 125 μm, mientras que el diámetro del núcleo es de 10 μm, lo que permite la manipulación como en las fibras de telecomunicaciones estándar.

La caracterización microestructural de preformas y fibras se realizó mediante un microscopio electrónico de barrido (SEM) FEI QUANTA 3D FEG, con una resolución de 1,5 nm a 30 kV en modo de electrón secundario (SE) y bajo vacío. La composición del núcleo de la preforma y las fibras se analizó mediante un detector de rayos X de dispersión de energía (EDX). Se utilizó un haz de iones enfocados (FIB) junto con SEM para investigar las características de las nanopartículas en el volumen de la fibra. El volumen se grabó utilizando un haz de iones Ga de 30 kV y 3 nA. Las micrografías SEM en el modo FIB-SEM se obtuvieron a 52° con respecto a la superficie de la muestra de fibra. El tamaño de las partículas a lo largo del eje z se midió teniendo en cuenta la corrección de la inclinación. Las dimensiones del área analizada después del proceso de grabado fueron de aproximadamente ~ 5 × 1 × 7 µm. El análisis de imágenes se realizó mediante el software ImageJ. Las imágenes HRTEM se adquirieron utilizando un TEM FEI Titan de base baja (LB) 80–300 equipado con un corrector de imagen CEOS, lo que dio como resultado una resolución puntual de 0,8 Å. El microscopio se operó a un voltaje de aceleración de 300 kV y las imágenes se adquirieron utilizando un CCD Gatan.

En cuanto a la caracterización óptica, el perfil del índice de refracción de las preformas fabricadas se midió mediante un analizador de preformas PK2610 de PhotonKinetics. Las mediciones OBR de las fibras ópticas dopadas con nanopartículas mejoradas con dispersión de Rayleigh se llevaron a cabo utilizando un Luna OBR 4600 comercial, caracterizado por una sensibilidad de -130 dB y una resolución espacial de 20 μm. Para estas mediciones OBR, las diferentes fibras dopadas con nanopartículas se empalmaron a un cable flexible de fibra SMF-28 que termina en un conector FC/APC y se conectaron al OBR 4600. Las fibras se evaluaron con una entrada de láser centrada en 1550 nm y barrida en un rango de longitud de onda de 43 nm, con un total de 16,384 puntos de detección por análisis.

Mientras que en nuestro trabajo anterior4 nos hemos centrado en los detalles compositivos y estructurales de los nanocristales de YPO4 nucleados en las fibras ópticas, en este trabajo actual exploramos el efecto de variar la concentración de la solución inicial sobre las características de las nanopartículas de la preforma, así como el efecto de Temperatura de estirado de la fibra. Además, FIB-SEM también se utiliza, y se incluye en esta sección, para profundizar e investigar el efecto del estirado de las fibras sobre las características microestructurales de los nanocristales a lo largo de la dirección del estirado, que no se ha analizado hasta la fecha para este compuesto. Además, la siguiente sección presenta la correlación de las características de las nanopartículas con el rendimiento óptico de las fibras desarrolladas para su aplicación como sensor de fibra óptica distribuida.

Con el objetivo de fabricar DOFS con mejora de dispersión de Rayleigh sintonizable, se consideraron soluciones con tres concentraciones diferentes para la fabricación de las preformas durante el proceso de dopaje en solución, en el rango de 0,01 a 0,025 M (consulte "Material y métodos" para obtener más detalles). La muy baja densidad de nanopartículas para la preforma n.° 1, 2 provocó una gran transparencia de los núcleos de preforma correspondientes (Fig. S1a), pero también obstaculizó un análisis en profundidad como el realizado para la preforma n.° 3. Por el contrario, para la preforma n.° 3, la alta densidad de nanopartículas provocó una apariencia ligeramente lechosa en el núcleo, pero permitió un análisis en profundidad de las características de los nanocristales (Fig. S1a). En el rango considerado, la densidad de las nanopartículas es el parámetro más notorio afectado por la concentración de la solución de remojo, aumentando a medida que aumenta la concentración, lo que reduce la transparencia. La Figura 1 muestra micrografías SEM representativas del núcleo de la preforma para las preformas n.º 1 a 3. Independientemente de la concentración de la solución considerada, las nanopartículas observadas presentan principalmente dos morfologías: en forma de varilla y en forma cúbica, por lo que su forma no se ve afectada por la concentración de dopaje de la solución. Para la preforma n.° 3, según nuestro trabajo anterior4, las nanopartículas en forma de varilla constituyen alrededor del 55 % del total de nanopartículas observadas, mientras que las de forma cúbica representan el 45 %. Estas nanoestructuras corresponden a una composición de YPO4. La Figura 1a muestra una micrografía SEM representativa del núcleo de la preforma n.° 1. Esta preforma presenta la concentración más baja considerada en este trabajo, 0,01 M, lo que se traduce en la presencia de nanopartículas bien dispersas con una distancia entre partículas generalmente de varias micras. Las nanopartículas más cercanas se encontraron alrededor de 400 nm, como se puede ver en la Fig. 1a. La Figura 1b muestra el núcleo de la preforma #2, en la que se ve que el aumento de concentración, de 0.01 a 0.015 M, tiene un impacto directo en la distancia entre partículas, la cual se reduce respecto de la preforma #1, así como en densidad de nanopartículas, que aumenta en el núcleo de la preforma, como se esperaba. Las nanopartículas más cercanas encontradas están colocadas a unos 300 nm entre sí, mientras que en la preforma n.° 1 fue de ~ 400 nm, aunque generalmente se observa una gran distancia entre partículas en todo el núcleo, por encima de 1 μm. Finalmente, para la preforma n.° 3, se puede ver claramente un aumento notable en la densidad de las nanopartículas junto con una disminución de la distancia mínima entre partículas por debajo de 300 nm (Fig. 1c). El aumento de la concentración también se evidencia en la presencia de partículas debajo de la superficie analizada, que se manifiesta como manchas borrosas en la Fig. 1c. Las nanopartículas en forma de varilla y cúbica están marcadas con flechas blancas de color azul claro y amarillo, respectivamente, para facilitar su identificación (Fig. 1c). El tamaño de distribución de las nanopartículas de forma cúbica varía de 23 a 72 nm, y con un tamaño promedio de aproximadamente 44 nm4. La relación de aspecto de las nanopartículas en forma de varilla está comprendida en general en el rango de 5 a 8. En consecuencia, el núcleo se vuelve más translúcido (Fig. S1a) y el contraste del índice de refracción entre el núcleo y el revestimiento aumenta sutilmente desde 9,0 × 10–3, en la preforma n.° 1, hasta 9,5 × 10–3, en la preforma n.° 3 (Fig. S1a) .S1b). Cabe mencionar que en este tipo de preformas no se requiere recocido adicional para obtener las nanopartículas luego del proceso de fabricación de la preforma, como ocurre con otras nanopartículas de óxido consideradas como dopantes en fibras ópticas2. Todas estas características, es decir, un tamaño de nanopartícula bajo con una distancia entre partículas relativamente grande, principalmente para las preformas #1, 2, y distribuidas homogéneamente a lo largo del núcleo de la preforma, son claves para lograr fibras ópticas dopadas con nanopartículas de baja pérdida13.

Micrografías SEM representativas del núcleo de: (a) preforma #1; (b) preforma #2 y (c) preforma #3. Los recuadros muestran una ampliación del área marcada correspondiente en la que se muestran con más detalle la morfología y el tamaño de las nanopartículas. Las nanopartículas en forma de varilla y cúbica están marcadas con flechas de color azul claro y amarilla, respectivamente, en las micrografías del núcleo de la preforma.

Se extrajeron fibras ópticas de las preformas previamente analizadas, a tres temperaturas diferentes de estirado, que oscilan entre 1900 y 2000 °C, para investigar su impacto en las características de las nanopartículas y permitir su ingeniería, ampliando la aplicabilidad del DOFS correspondiente. Es necesario investigar factores como la densidad de las nanopartículas, la distancia entre partículas, el tamaño de las partículas o la morfología, ya que determinarán la dispersión de Rayleigh inducida de las fibras ópticas. Con el objetivo de obtener estadísticas amplias y representativas de todo el núcleo de la fibra, se analizaron las muestras de fibra con mayor densidad de nanopartículas, es decir, fibras extraídas de la preforma #3. En las figuras 2a a c se muestran micrografías SEM representativas en el plano de secciones transversales a las diferentes temperaturas de estiramiento de fibras consideradas. Se ve que a medida que aumenta la temperatura de estirado, aumenta la distancia entre partículas y la densidad numérica de las nanopartículas disminuye considerablemente debido a la disolución progresiva de las nanopartículas en el vidrio a base de sílice durante el proceso de fabricación de la fibra. Las nanopartículas se colocan a menos de 100 nm para temperaturas de trefilado de 1900 °C (Fig. 2a), mientras que a 2000 °C, la mayoría de las secciones analizadas están compuestas únicamente por unas pocas nanopartículas, aisladas en un núcleo de fibra de 10 micras, y con los más cercanos a unas 300 nm entre sí. Como se muestra a continuación, todas las nanopartículas son cristalinas y en lo sucesivo se denominarán nanocristales. El tamaño de partícula de los nanocristales predominantes, los nanocristales de forma cúbica, se muestra en la Fig. 2d en función de la temperatura de extracción4. Las barras de error indican la desviación estándar (σ). Por debajo de 2000 °C, el tamaño de los nanocristales de forma cúbica presenta una alta homogeneidad, con tamaños en el rango de 20 a 70 nm, un tamaño promedio de ~ 41 nm y σ de ~ 10 nm. Las imágenes HRTEM y los patrones SAED correspondientes, incluidos como recuadros, se representan en las figuras 2e yf para los nanocristales con forma cúbica y con forma de varilla, que se identifican con la fase tetragonal y monoclínica, respectivamente. Las diferencias estructurales entre estos nanocristales justifican el hecho de que a medida que aumenta la temperatura, los nanocristales en forma de varilla se disuelven y apenas se detectan, mientras que prevalecen los de forma cúbica (Fig. 2a-d), ya que la estructura de la monacita GdPO4, la más cercana a la monacita YPO4 , tiene un punto de fusión de ~ 1900 °C, inferior al de la xenotima, ~ 2000 °C20,24. La reacción con el vidrio a 2000 °C se revela en el aumento del tamaño (Fig. 2c,d), con valores medios de ~ 76 nm y σ = 46 nm. Mientras que los nanocristales de forma cúbica mantienen sus bordes afilados en el rango de temperatura de 1900 °C ≤ T < 2000 °C, más allá de esa temperatura, la reacción con el vidrio a base de sílice del núcleo de la fibra comienza a redondearlos como se muestra en la Micrografía HRTEM de la Fig. 2g, con nanocristales que alcanzan hasta 190 nm (Fig. S2). Vale la pena señalar que a medida que aumenta la temperatura de estiramiento de la fibra, las nanopartículas más pequeñas tienden a desaparecer mientras que las nanopartículas más grandes existentes aumentan su tamaño, lo cual es más notorio en el rango de 1950 < T ≤ 2000 °C4. Además, se produce una disolución general de los nanocristales. Este control de forma también se verifica para concentraciones más bajas de dopaje en solución de nanopartículas, como se puede ver, por ejemplo, en la micrografía SEM incluida en la Fig. S3 para una fibra óptica extraída a 1900 °C de la preforma n.° 1.

Micrografías SEM representativas de secciones transversales de las fibras ópticas dopadas con nanocristales YPO4 extraídas de la preforma n.° 3 a: (a) 1900 °C, (b) 1950 °C y (c) 2000 °C; (d) Tamaño medio de nanocristales de forma cúbica frente a la temperatura de estiramiento, junto con la desviación estándar (σ) representada como barras de error; HRTEM y los patrones SAED correspondientes (barras de escala de 2 1 / nm) para las tres morfologías características: (e) nanocristales de forma cúbica, (f) de varilla y (g) de forma cúbica redondeada.

Vale la pena mencionar que para este nuevo tipo de fibras ópticas dopadas con nanocristales hay muchas preguntas que responder con respecto a los nanocristales en el volumen del núcleo de la fibra, como su forma y tamaño. Por lo tanto, con el objetivo de profundizar más en la influencia del proceso de trefilado y correlacionarlo con las observaciones SEM en el plano (Fig. 2) y la mejora de la retrodispersión posterior, se llevó a cabo un análisis FIB-SEM para las fibras ópticas extraídas de la preforma # 3. La Figura 3 muestra micrografías SEM de secciones transversales y muestra que los nanocristales en el núcleo de la fibra tienden a alargarse a lo largo de la dirección de estiramiento, para temperaturas inferiores a 2000 °C, como consecuencia directa del proceso de estiramiento de la fibra. La relación de aspecto media de los nanocristales cambia de 2,1 a 2,7 en el rango de temperatura de dibujo de 1900 a 1950 °C y disminuye a 1,6 a 2000 °C. La densidad de las partículas se reduce a medida que aumenta la temperatura de extracción, lo que aumenta en consecuencia la distancia entre partículas, como también se indicó en las observaciones en el plano (Fig. 2a-c).

Micrografías FIB-SEM de secciones transversales del núcleo de fibra óptica para fibras extraídas de la preforma n.º 3 a: (a) 1900 °C, (b) 1950 °C y (c) 2000 °C. Los recuadros muestran con más detalle la influencia de las temperaturas de estiramiento en las características de las nanopartículas en la dirección de estiramiento de la fibra. (d) Los histogramas representan el tamaño medio de partículas a lo largo de la dirección de dibujo (), la desviación estándar (σ) y los tamaños de distribución de partículas para los nanocristales a la temperatura de dibujo correspondiente.

Según la discusión anterior, estos nanocristales observados en las fibras dibujadas por debajo de 2000 °C (Fig. 3a, b) deberían corresponder en su mayoría a los de forma cúbica de YPO4 observados en la Fig. 2, ya que comprenden la mayoría, ~ 70% 4 . El tamaño de distribución de partículas de los nanocristales en el núcleo de la fibra a lo largo del eje del dibujo tiende a ampliarse a medida que aumenta la temperatura, mientras que el tamaño promedio aumenta, como se muestra en los histogramas que se muestran en la Fig. 3d. A 1900 °C se encuentran nanocristales de entre 23 y 151 nm de longitud, con una longitud media de alrededor de 108 nm. Teniendo en cuenta el tamaño promedio de los nanocristales observados en el plano XY (Fig. 2d), se puede concluir que los nanocristales aumentan su tamaño promedio en el eje del dibujo, en un factor de ~ 2,7. Ese aumento en el eje Z es más pronunciado a medida que aumenta la temperatura. La longitud media aumenta a 130 nm para una temperatura de estirado de 1950 ºC y a 182 nm a 2000 °C. A esta temperatura de 2000 °C se miden nanocristales de entre 57 y 352 nm, con una forma más esférica, lo que confirma que la presencia de los nanocristales más pequeños desaparece a medida que aumenta la temperatura, en cambio, los más grandes crecen aún más. Además, como se ve en el recuadro superior derecho de la Fig. 3b, algunas partículas muestran la formación de cuellos de botella entre ellas. Estas observaciones pueden sugerir que un mecanismo de coalescencia puede estar involucrado en el crecimiento de las nanopartículas, aunque previamente se sugirió una maduración de Ostwald4. Se necesitan más estudios para confirmar el mecanismo exacto implicado. Con todo, los nanocristales más pequeños tienden a desaparecer a medida que aumenta la temperatura, mientras que los más grandes existentes aumentan su tamaño, lo que provoca un aumento de la desviación estándar (Fig. 2d, 3d) y se reduce la densidad numérica de los nanocristales. La forma esférica más grande junto con una distribución de tamaño de partícula más heterogénea a 2000 ºC, con σ = 107 nm, debido a la reacción con el vidrio a base de sílice, es consistente con el comportamiento observado en el análisis SEM en el plano.

Estas características observadas a lo largo de la dirección del dibujo, es decir, el ligero aumento de tamaño a lo largo del eje del dibujo o la formación de cuellos de botella, evidencian la necesidad de investigar las características de las nanopartículas también en el volumen de la fibra, para caracterizar completamente la fibra óptica en estudio, incluso aunque en la literatura no se suele tener en cuenta. Todas estas características en función de la temperatura de estiramiento determinarán fuertemente la dispersión de Rayleigh y la atenuación óptica de las fibras ópticas, debido a la conexión directa entre el tamaño y la densidad de las nanopartículas con estas propiedades ópticas13.

En25, se informó que las nanopartículas de LaF3 incorporadas dentro del núcleo de la fibra, con un tamaño inicial de 10 nm, se alargaban a lo largo del eje del dibujo y alcanzaban tamaños de hasta 300 µm de longitud, aunque también se observaron algunas otras por debajo de 70 nm. , debido a algunos fenómenos de ruptura que se produjeron durante el proceso de dibujo. De este modo se consiguió una distribución de tamaño de partículas muy amplia. Además, en nuestro trabajo anterior para nanopartículas a base de Ca13, sugerimos que las nanopartículas presentadas en el núcleo de la preforma, con un diámetro medio de 50 nm, se disolvían y renucleaban durante todo el proceso de trefilado, ya que se modificaba su forma, de esférica a alargados y su tamaño creció hasta 500 nm. Los nanocristales de YPO4 no muestran este comportamiento extremo durante el paso de estirado, ya que estos nanocristales mantienen el tamaño y la forma iniciales cuando se utilizan temperaturas de estirado más bajas.

Como se mencionó, la dificultad de controlar las características de las nanopartículas alcalinotérreas cultivadas in situ, desde la preforma hasta la fibra, determina en gran medida la posible adaptación de la dispersión de Rayleigh y las pérdidas ópticas en este tipo de sistemas de detección distribuidos, que simultáneamente están restringidos a composiciones como Mg. -, a base de Ca, Sr y Ba. Así, incorporando nanocristales de YPO4 y controlando adecuadamente el proceso de fabricación de fibras, se superan algunas de las limitaciones relacionadas con el uso de nanopartículas alcalinotérreas, como la disolución y renucleación con diferente morfología y tamaño que se observa durante el trefilado de fibras a base de Ca. nanopartículas13, o la considerable modificación del tamaño de las nanopartículas ricas en Sr y Ba15,19.

Para evaluar el impacto de las características de los nanocristales en la dispersión de Rayleigh inducida en las fibras ópticas, se midió la intensidad mejorada de la retrodispersión de Rayleigh a lo largo de la longitud de la fibra para las diferentes fibras fabricadas en este trabajo, es decir, desde la preforma #1–3 en el dibujo. temperaturas de 1900–2000 °C (Fig. 4). Para las mediciones se empalmaron las diferentes fibras a una fibra SMF-28, que se considera como referencia.

Intensidad de retrodispersión versus longitud de fibra óptica para fibras ópticas dopadas con nanocristales YPO4 extraídas a temperaturas de 1900 °C, 1950 °C y 2000 °C, respectivamente, de: (a – c) preforma #1; (d – f) preforma nº 2 y (g – i) preforma nº 3. La intensidad relativa mejorada de la retrodispersión de Rayleigh, con respecto a un SMF-28, se indica con una flecha roja en cada gráfico.

Por lo tanto, la mejora de la intensidad de la retrodispersión de Rayleigh para cada muestra, indicada con una flecha roja en la Fig. 4, se logra a partir de la diferencia entre la intensidad medida antes y después del punto de empalme. Según la Fig. 4, se obtiene una intensidad de retrodispersión de Rayleigh mejorada y sintonizable, comprendida entre 15,3 y 54,3 dB, mediante el control tanto de la temperatura de extracción como de la concentración de dopaje. Esta mejora de la dispersión de Rayleigh es causada por la presencia de nanocristales en el núcleo de la fibra, que inducen simultáneamente una atenuación óptica. Estos valores de pérdida óptica se estiman a partir de los gráficos. En los gráficos que presentan una pendiente lineal bien definida, se utiliza una regresión lineal (marcada con una línea roja en la Fig. 4). Por otro lado, para los casos en los que se registran oscilaciones mayores en la caída de la medición de la señal de retrodispersión (Fig. 4c,f), la estimación se realiza considerando la caída de la señal desde el valor máximo hasta el piso de ruido, como así como la longitud que recorre la luz dentro de la fibra antes de alcanzar la intensidad de fondo de ruido. Los valores medios estimados oscilan entre 0,3 y 160,6 dB/m (teniendo en cuenta las pérdidas de propagación hacia adelante y hacia atrás) y dependen de la temperatura de extracción y la concentración de dopaje, como se puede observar en la Fig. 4.

En general, a temperaturas de dibujo en el intervalo de 1900 a 1950 °C y concentraciones de remojo de 0,010 a 0,015 M, el patrón de retrodispersión de Rayleigh muestra una forma de diente de sierra, que comienza a presentar algunas irregularidades a medida que aumenta la temperatura. Este hecho se debe a la disolución parcial de los nanocristales en función de la temperatura, lo que provoca características no homogéneas de los nanocristales en términos de morfología, composición (y por lo tanto diferencias de índice de refracción entre las partículas) y tamaño de distribución de las partículas a lo largo de la dirección de dibujo, como discutido en detalle en la Sección “Caracterización microestructural de nanopartículas en preformas y fibras, en el plano y a lo largo de la dirección del dibujo: SEM, FIB-SEM y HRTEM”. En consecuencia, la retrodispersión medida presenta este comportamiento irregular (Figs. 4, 5a, b). Como consecuencia de estos fenómenos de disolución, hay menos nanocristales presentes y el nivel de retrodispersión se reduce a medida que aumenta la temperatura de dibujo y, por lo tanto, la atenuación óptica, aunque aumenta el tamaño de las partículas (Fig. 2d, 3d). En este intervalo de temperatura, para las fibras ópticas extraídas de la preforma #1, la mejora de la intensidad de la retrodispersión de Rayleigh se reduce alrededor de 4 dB, de ~ 30 a 26 dB, mientras que la atenuación bidireccional sufre un cambio menos significativo, de − 0,8 a − 0,3 dB. /m (Figuras 4a,b, 5a,b). En el caso de las fibras ópticas extraídas de la preforma n.° 2, la intensidad de dispersión es mayor que en la preforma n.° 1, debido a la mayor concentración inicial de nanopartículas, y disminuye siguiendo una velocidad similar (Figs. 4d, e, 5a, b), de 33,3 a 28,3 dB. Sin embargo, las pérdidas ópticas se reducen significativamente más, en un factor de ~ 5, de −10,0 a −2,2 dB/m. A 2000 °C (Figs. 4c,f, 5a,b), en el intervalo de concentración de 0,010 a 0,015 M, la medición de retrodispersión muestra varias oscilaciones pronunciadas causadas por las grandes faltas de homogeneidad en el tamaño, la forma y la composición de las nanopartículas en el núcleo de la fibra. como se discutió anteriormente. En consecuencia, se alcanzan distancias de detección largas sintonizables, entre ~ 3 my más de ~ 58 m. En cambio, para la preforma nº 3, estas irregularidades de retrodispersión son menos perceptibles; sin embargo, vale la pena señalar las diferencias en la escala del eje x, ya que la señal se desvanece en una longitud de fibra mucho más corta, < 0,4 m, debido a la mayor atenuación causada por la mayor concentración de nanopartículas, lo que podría ocultar el patrón ondulado. . La correlación de la mejora de la retrodispersión y la atenuación bidireccional versus la temperatura de estiramiento se representa en las figuras 5a, b, junto con un modelo esquemático que considera las características de las nanopartículas y la correlación con el rendimiento óptico de las fibras (figura 5c). ), basado en la discusión anterior. Como se mencionó anteriormente, se anticipa que estos hallazgos puedan extrapolarse a otros compuestos REPO4 que fortalezcan el impacto de estos hallazgos.

(a) Mejora de la dispersión y (b) atenuación bidireccional, 2α, frente a la temperatura de estiramiento para fibras ópticas a base de sílice dopadas con nanocristales YPO4 para las diferentes concentraciones de solución consideradas en este trabajo. (c) Modelo esquemático que correlaciona las características de los nanocristales dentro del núcleo de la fibra, para una concentración de solución dada, con la mejora de la dispersión de Rayleigh y la atenuación óptica trazadas en (a) y (b), en función de la temperatura de estiramiento. La dispersión no homogénea aparece por encima de 2000 ºC debido al impacto de la temperatura en las características iniciales de los nanocristales.

El buen rendimiento observado, en términos de equilibrio entre la mejora de la dispersión y las pérdidas ópticas, permite detectar longitudes de ~ 3 m a más de ~ 58 m, es en parte posible debido a la idoneidad del YPO4 en términos de sección transversal de dispersión de Rayleigh ( σRayleigh). Se podría realizar una comparación simple con otras composiciones reportadas para detección distribuida, sin considerar diferencias en morfología. Por ejemplo, para nanopartículas esféricas, σRayleigh exhibe una dependencia del diámetro de las nanopartículas en una potencia de seis y una dependencia con el índice de refracción de las nanopartículas en una potencia de cuatro26. El índice de refracción de YPO4 es 1,72–1,8227, mientras que el índice de refracción de otras composiciones reportadas para esta aplicación es ~ 1,58 para nanopartículas basadas en MgO28 y ~ 1,70 para nanopartículas basadas en CaO13. El aumento de σRayleigh en consecuencia aumenta la atenuación óptica de la fibra, sin embargo la dependencia lineal con la densidad de partículas lo convierte en un parámetro importante a considerar. De hecho, la menor σRayleigh para las nanopartículas basadas en MgO, para un tamaño de partícula dado, hizo que la concentración de nanopartículas considerada tuviera que aumentarse considerablemente, lo que se traduce en altos valores de dispersión en la fibra, pero también en altas pérdidas ópticas bidireccionales. , de decenas de dBs/m18.

A partir de los resultados discutidos anteriormente, se puede establecer que para lograr un buen equilibrio entre la mejora de la dispersión y las pérdidas ópticas que permita longitudes de detección de largo alcance, es necesario tener nanocristales bien dispersos y aislados, generalmente separados hasta varias micras. Por otro lado, este estudio refleja que la incorporación de nanopartículas en fibras ópticas, y en particular para detección distribuida, no es un hecho trivial ni fácilmente controlable, ya que durante el proceso de fabricación intervienen muchos factores como la disolución parcial de las nanopartículas, la reacción con el vidrio , posibles faltas de homogeneidad causadas durante el proceso de remojo de la solución, cambios de composición, etc., que pueden llevar a que no haya una respuesta lineal en términos de dispersión de Rayleigh y atenuación óptica con la concentración de la solución (Fig. 5a, b). Sin embargo, el comportamiento medido y la tendencia observada en todas las mediciones OBR evidencian que es posible lograr un alto control de todos estos parámetros controlando todas las etapas del proceso de fabricación de preformas y fibras.

En la literatura, hasta el momento, los estudios informados sobre fibras ópticas dopadas con nanopartículas para aplicaciones de detección distribuida se basaron en nanopartículas de base alcalino-térrea, cultivadas in situ en fibras ópticas de sílice, como se mencionó anteriormente. Sin embargo, ese enfoque depende en gran medida de múltiples factores de fabricación, y el proceso de fabricación de la fibra afecta fuertemente a las características de las nanopartículas. En este presente estudio, hemos demostrado que los nanocristales tetragonales de YPO4 apenas se ven afectados cuando las fibras ópticas se estiran a 1900 ° C, lo que permite obtener características homogéneas de los nanocristales y, por lo tanto, un rendimiento óptico (Fig. 4a, d, g). Las temperaturas de trefilado estudiadas establecen los límites para la fabricación de estos DOFS con un rendimiento óptimo. Estudios adicionales en este rango de concentración y temperatura de nanocristales pueden permitir adaptar las características específicas de los nanocristales y, por lo tanto, su rendimiento de detección para la aplicación deseada. Además, se reporta en la literatura la posibilidad de sintetizar nanoestructuras de YPO4 con diferentes estructuras y morfologías como prismas, láminas, husos o esferas, además de cubos y varillas29,30. Además, vale la pena señalar que YPO4 pertenece a la familia de los ortofosfatos RE, que se caracterizan por puntos de fusión muy altos ~ 1900-2100 °C20,21. Esto sugiere que la incorporación directa de cualquier nanoestructura de REPO4 en la matriz de vidrio preservará los nanocristales de REPO4. Así, estos logros abren la posibilidad de incorporar nanocristales de YPO4 cultivados ex situ, así como otros compuestos REPO4, con características predefinidas en el núcleo. Esto permitirá adaptar y ajustar la mejora de la dispersión Rayleigh de las fibras mediante su forma, composición y características estructurales, lo que tendrá un impacto significativo en posibles futuras aplicaciones de detección distribuida.

Nuestro trabajo demuestra la idoneidad del dopaje de fibras ópticas a base de sílice con nanocristales de YPO4 para el desarrollo de fibras ópticas sintonizables dopadas con nanopartículas mejoradas con dispersión Rayleigh de largo alcance. Además, el impacto del proceso de fabricación de fibras en las características microestructurales de los nanocristales se evalúa minuciosamente y se correlaciona con la mejora de la retrodispersión de Rayleigh y la atenuación óptica inducida en las fibras. Esto se lleva a cabo por primera vez para un compuesto que pertenece a la familia REPO4. En general, se observa que los nanocristales tetragonales de forma cúbica de YPO4 apenas se ven afectados en el plano por el proceso de estirado, por debajo de 2000 °C, aunque experimentan un ligero alargamiento a lo largo de la dirección de estirado. Estas características más homogéneas de los nanocristales se traducen en una mejora de la retrodispersión de Rayleigh sin irregularidades perceptibles. Sin embargo, el aumento de la temperatura de estirado, hasta 2000 °C, favorece la reacción de los nanocristales tetragonales de forma cúbica de YPO4 con el vidrio a base de sílice del núcleo de la fibra y provoca su crecimiento y el redondeo de sus bordes tanto en dirección transversal como axial. . Simultáneamente, aumenta la distancia entre partículas y se amplía el tamaño de distribución de las partículas, mientras que se reduce la densidad numérica. En consecuencia, a medida que aumenta la temperatura de dibujo, estas características se traducen en una disminución de la intensidad de mejora de la retrodispersión de Rayleigh inducida y en un patrón de dispersión más no homogéneo. Al controlar tanto la temperatura de extracción como la concentración de dopaje, se demuestra una sintonización de la mejora de la dispersión de Rayleigh, de 15,3 a 54,3 dB, en comparación con una fibra SMF-28, junto con pérdidas ópticas bidireccionales en el rango de 0,3 a 160,7 dB/m. De este modo se pueden alcanzar longitudes de detección desde 0,3 m hasta más de 58 m.

Estos resultados ilustran el potencial de los nanocristales de YPO4 para aplicaciones de detección distribuida y añaden nuevos conocimientos al campo emergente de las fibras ópticas dopadas con nanopartículas. Establecemos pautas sólidas sobre los principales factores experimentales que deben considerarse a lo largo del proceso de fabricación para la incorporación exitosa de futuros YPO4 cultivados ex situ y otros nanocristales REPO4. Se prevé que esto superará todas las limitaciones de la actual tecnología basada en tierras alcalinas de crecimiento in situ y mejorará la tecnología de detección distribuida existente.

Los conjuntos de datos utilizados y/o analizados durante el estudio actual están disponibles del autor correspondiente previa solicitud razonable.

Blanc, W. & Dussardier, B. Formación y aplicaciones de nanopartículas en fibras ópticas de sílice. J. Optar. 45, 247–254. https://doi.org/10.1007/s12596-015-0281-6 (2016).

Artículo de Google Scholar

Peng, G. Manual de fibras ópticas (Springer, 2019). https://doi.org/10.1007/978-981-10-7087-7.

Reservar Google Académico

Wei, Y., Ebendorff-Heidepriem, H. & Zhao, J. Avances recientes en materiales ópticos híbridos: integración de nanopartículas dentro de una matriz de vidrio. Adv. Optar. Madre. 7, 1–34. https://doi.org/10.1002/adom.201900702 (2019).

Artículo CAS Google Scholar

Fuertes, V. et al. Fibras ópticas dopadas con nanocristales YPO4 de forma cúbica y de varilla: implicaciones para la próxima generación de láseres de fibra. Aplicación ACS. Nanomadre. 6, 4337–4348. https://doi.org/10.1021/acsanm.2c05449 (2023).

Artículo CAS Google Scholar

Han, LC y col. ZBAS sobre la estructura y propiedad dieléctrica de BaAl2Si2O8. J. Inorg. Madre. 33, 883–888. https://doi.org/10.15541/jim20170509 (2018).

Artículo de Google Scholar

Palmieri, L. y Schenato, L. Detección de temperatura distribuida basada en la dispersión de Rayleigh. Opción abierta. J. 7, 104-127. https://doi.org/10.1109/JSEN.2016.2615945 (2013).

Artículo de Google Scholar

Molardi, C., Korganbayev, S., Blanc, W. y Tosi, D. Caracterización de una fibra óptica dopada con nanopartículas mediante el uso de reflectometría de retrodispersión óptica. SPIE https://doi.org/10.1117/12.2502600 (2018).

Artículo de Google Scholar

Loranger, S., Gagné, M., Lambin-Iezzi, V. y Kashyap, R. Aumento de orden de magnitud basado en la dispersión de Rayleigh en la temperatura distribuida y la detección de tensión mediante una simple exposición a los rayos UV de la fibra óptica. Ciencia. Representante 5, 1–7. https://doi.org/10.1038/srep11177 (2015).

Artículo CAS Google Scholar

Bao, X. & Chen, L. Progresos recientes en sensores distribuidos de fibra óptica. Sensores. 12, 8601–8639. https://doi.org/10.3390/s120708601 (2012).

Artículo ADS PubMed PubMed Central Google Scholar

Padre, F. et al. Mejora de la precisión en la detección de la forma de agujas quirúrgicas mediante reflectometría óptica en el dominio de la frecuencia en fibras ópticas. Biomédica. Optar. Expresar. 8, 2210. https://doi.org/10.1364/boe.8.002210 (2017).

Artículo PubMed PubMed Central Google Scholar

Padre, F. et al. Guía de imágenes intraarteriales con detección de forma por reflectometría óptica en el dominio de la frecuencia. Traducción IEEE. Medicina. Imágenes. 38, 482–492. https://doi.org/10.1109/TMI.2018.2866494 (2019).

Artículo PubMed Google Scholar

Yan, A. et al. Sensores distribuidos de fibra óptica con perfiles de retrodispersión Rayleigh mejorados con láser ultrarrápidos para el monitoreo en tiempo real de las operaciones de celdas de combustible de óxido sólido. Ciencia. Representante 7, 1–9. https://doi.org/10.1038/s41598-017-09934-3 (2017).

Artículo CAS Google Scholar

Fuertes, V. et al. Ingeniería de características de nanopartículas para sintonizar la dispersión de Rayleigh en fibras ópticas dopadas con nanopartículas. Ciencia. Rep. 11, 1-12. https://doi.org/10.1038/s41598-021-88572-2 (2021).

Artículo CAS Google Scholar

Fuertes de la Llave, V. et al. Rendimiento de detección distribuida sintonizable en fibras ópticas dopadas con nanopartículas a base de Ca. Optar. Madre. Expresar. 12, 1323-1336. https://doi.org/10.1364/ome.451311 (2022).

Artículo ADS CAS Google Scholar

Fuertes, V. et al. Dispersión de Rayleigh sintonizable en fibras ópticas dopadas con nanopartículas a base de Sr de baja pérdida: control de las características de las nanopartículas durante la fabricación de preformas y fibras. J. Compd. de aleaciones. 940, 168928. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2023.168928 (2023).

Artículo CAS Google Scholar

Lu, Z. y col. Hacia fibras ópticas dopadas con nanopartículas diseñadas para aplicaciones de sensores. Frente. Sens. https://doi.org/10.3389/fsens.2021.805351 (2022).

Artículo de Google Scholar

Tosi, D., Molardi, C., Sypabekova, M. & Blanc, W. Sensores distribuidos de fibra óptica de retrodispersión mejorada: tutorial y revisión. IEEE Sens. J. 21, 12667–12678. https://doi.org/10.1109/jsen.2020.3010572 (2021).

Artículo ADS CAS Google Scholar

Tosi, D., Molardi, C. & Blanc, W. Caracterización de la dispersión Rayleigh de una fibra óptica dopada con nanopartículas a base de MgO de baja pérdida para detección distribuida. Optar. Tecnología láser. 133, 106523. https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2020.106523 (2021).

Artículo CAS Google Scholar

Fuertes, V. et al. Personalización de las características de las nanopartículas en fibras ópticas dopadas con nanopartículas ricas en Ba para ajustar la dispersión de Rayleigh. J. No-Cryst. Sólidos. 614, 122398. https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2023.122398 (2023).

Artículo CAS Google Scholar

Hikichi, Y. & Nomura, T. Temperaturas de fusión de monacita y xenotima. Mermelada. Cerámica. Soc. 70, 252–253. https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.1987.tb04890.x (1987).

Artículo de Google Scholar

Szuszkiewicz, W., Radomińska, E., Znamierowska, T. & Wilk, P. Equilibrios de fase en el sistema YPO4-Rb3PO4. J.Therm. Anal. Calorim. 111, 63–69. https://doi.org/10.1007/s10973-011-2172-7 (2013).

Artículo CAS Google Scholar

Jellison, GE, Boatner, LA y Chen, C. Índices de refracción espectroscópica de metalortofosfatos con estructura tipo circonio. Optar. Madre. 15, 103-109. https://doi.org/10.1016/S0925-3467(00)00027-6 (2000).

Artículo ADS CAS Google Scholar

Lu, Z. y col. Cristales de YbPO4 en fibras ópticas a base de sílice estiradas. Optar. Madre. https://doi.org/10.1016/j.optmat.2023.113644 (2023).

Artículo de Google Scholar

Lessing, PA y Erickson, AW Síntesis y caracterización del absorbente de neutrones de fosfato de gadolinio. J. Eur. Cerámica. Soc. 23, 3049–3057. https://doi.org/10.1016/S0955-2219(03)00100-6 (2003).

Artículo CAS Google Scholar

Vermillac, M. y col. Sobre las morfologías de partículas de óxidos en fibras ópticas: Efecto de la tensión de trefilado y composición. Optar. Madre. 87, 74–79. https://doi.org/10.1016/j.optmat.2018.05.067 (2019).

Artículo ADS CAS Google Scholar

Cox, AJ, DeWeerd, AJ y Linden, J. Un experimento para medir las secciones transversales de dispersión total de Mie y Rayleigh. Soy. J. Física. 70, 620–625. https://doi.org/10.1119/1.1466815 (2002).

ADS del artículo Google Scholar

Guillot-Noel, O., Bellamy, B., Viana, B. y Gourier, D. Correlación entre las intensidades de los osciladores de tierras raras y las interacciones de la banda de valencia de tierras raras en YMO4 dopado con neodimio (M = V, P, As ), matrices Y3Al5O12 y LiYF4. Física. Rev. B 60, 1668–1677. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.60.1668 (1999).

Artículo ADS CAS Google Scholar

Beisenova, A. et al. Detección distribuida simultánea en múltiples fibras de alta dispersión dopadas con MgO mediante multiplexación de nivel de dispersión. J. Lightw. Tecnología. 37, 3413–3421. https://doi.org/10.1109/JLT.2019.2916991 (2019).

Artículo ADS CAS Google Scholar

Li, C. y col. Síntesis controlada de nanoestructuras/microestructuras YPO4 dopadas con iones Ln3+ (Ln = Tb, Eu, Dy) y V5+ con colores luminiscentes sintonizables. Química. Madre. 21, 4598–4607. https://doi.org/10.1021/cm901658k (2009).

Artículo CAS Google Scholar

Li, P. y col. Control de fase de nanocristales/microcristales de YPO4 dopados con Eu3+. Cristal. Crecimiento Des. 17, 5935–5944. https://doi.org/10.1021/acs.cgd.7b01038 (2017).

Artículo CAS Google Scholar

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Esta investigación fue apoyada por el programa Sentinel North de la Université Laval y fue posible, en parte, gracias a la financiación del Canada First Research Excellence Fund. El autor correspondiente, V. Fuertes, posee una beca de excelencia Sentinel North. Esta investigación también cuenta con el apoyo de la Fundación Canadiense para la Innovación (CFI).

Centro de Óptica, Fotónica y Láser, Universidad Laval, 2375 Rue de la Terrasse, Quebec, QC, G1V 0A6, Canadá

V. Fuertes, N. Gregory, P. Farmer, S. Gagnon, S. LaRochelle & Y. Messaddeq

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VF: Conceptualización; Curación de datos; Análisis formal; Investigación; Metodología; Redacción: preparación del borrador original; Adquisición de financiación; NG: Fabricación de preformas; PL: Trefilado de fibras; SG: mediciones SEM; SL y YM: supervisión, redacción: revisión y edición; adquisición de financiación.

Correspondence to V. Fuertes.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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Fuertes, V., Grégoire, N., Labranche, P. et al. Hacia fibras ópticas dopadas con nanocristales REPO4 para aplicaciones de detección distribuida. Informe científico 13, 12891 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-40161-1

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Recibido: 19 de marzo de 2023

Aceptado: 05 de agosto de 2023

Publicado: 09 de agosto de 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-40161-1

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