Gêmeo

Jun 10, 2023

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 11797 (2022) Citar este artigo

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Detalhes das métricas

Neste trabalho, relatamos um sistema sensor de fibra de núcleo duplo que fornece eficiência espectral aprimorada, permite multiplexação e oferece baixo nível de diafonia. Pedaços da referida fibra multicore fortemente acoplada são usados ​​como sensores em uma cavidade de laser que incorpora um amplificador óptico semicondutor pulsado (SOA). Cada sensor tem seu comprimento de cavidade exclusivo e pode ser endereçado individualmente combinando eletricamente o disparo periódico do SOA com o tempo de ida e volta da cavidade do sensor. O interrogador atua como um laser e fornece um espectro estreito com alta relação sinal-ruído. Além disso, permite distinguir a resposta de sensores individuais mesmo no caso de espectros sobrepostos. Potencialmente, o número de sensores interrogados pode ser aumentado significativamente, o que é um recurso atraente para detecção multiponto.

O uso de fibras ópticas em aplicações de sensoriamento para monitoramento em tempo real de parâmetros como deformação e temperatura tem atraído muito interesse, pois nesses campos, suas propriedades intrínsecas como tamanho pequeno, peso leve e imunidade eletromagnética podem ser exploradas. Além disso, graças à sua capacidade de serem incorporados em materiais como concreto ou compósitos, e de operar em longas distâncias, eles são uma alternativa atraente para muitas aplicações que exigem um rastreamento preciso de qualquer um dos parâmetros mencionados acima em grandes estruturas ou áreas1. Para tal, é frequentemente utilizada a detecção multiponto, que consiste em interrogar de forma simples e versátil vários sensores individuais2,3, e cuja resolução espacial está ligada à capacidade de discernimento entre elementos sensores adjacentes. Essa configuração ganhou muita relevância para o monitoramento da integridade da estrutura em particular4,5.

Entre as técnicas de detecção multiponto, a mais comum é a multiplexação por divisão de comprimento de onda6, onde cada sensor opera em um comprimento de onda diferente. Assim, o deslocamento de comprimento de onda de cada sensor e a janela de interrogação são os fatores restritivos que definem o número máximo de elementos que podem ser interrogados. Em contraste, a multiplexação por divisão de tempo é baseada na interrogação de cada elemento sensor individualmente por meio da análise da luz refletida7, pois os tempos de chegada das reflexões são diretamente proporcionais à distância da fonte de luz a cada elemento sensor. Além disso, a multiplexação por divisão de comprimento de onda e tempo pode ser combinada para aumentar o número de elementos sensores que podem ser interrogados individualmente8,9. Comumente, as técnicas mencionadas são implementadas com redes de Bragg de fibra (FBGs)10,11,12,13,14,15, uma tecnologia madura e confiável para a medição de múltiplos parâmetros16 com resolução espacial de poucos milímetros17. Além disso, as FBGs fazem um uso eficiente do espectro, pois fornecem picos estreitos e bem definidos. Este fato permite monitorar uma quantidade significativa de FBGs na mesma janela de interrogação. Como alternativa, os interferômetros Fabry-Perot18,19 e Mach-Zehnder20 em fibra também são usados.

Nos últimos anos, fibras multicore fortemente acopladas (MCFs) foram introduzidas como uma alternativa para detecção. Algumas características atraentes dos MCFs são sua versatilidade, facilidade de interrogação, sensibilidade21,22,23,24, que pode ser maior que a dos FBGs dependendo do mensurando25, e que km de comprimento de fibra podem ser fabricados, levando à disponibilidade de um desenho único de muitos milhares de segmentos de fibra de decímetros de comprimento apropriados para detecção. Sua principal desvantagem é a baixa eficiência espectral, pois os MCFs acoplados fornecem picos múltiplos e amplos. A sobreposição espectral dos picos largos dos sensores de banda C geralmente restringe seu uso a medições de ponto único. Para superar essa limitação, esforços como o cascateamento de segmentos MCF têm sido feitos, em detrimento do aumento da complexidade e comprimento do sensor26,27. De qualquer forma, devido às características atraentes dos sensores baseados em MCF acoplados, seria interessante desenvolver uma técnica para melhorar sua eficiência espectral e permitir a multiplexação, tornando possível seu uso como sensores multiponto para aplicações como monitoramento de integridade estrutural. Entre os MCFs, o uso de fibras de núcleo duplo (TCFs) como elementos sensores para múltiplas aplicações tem sido amplamente relatado na literatura28,29,30,31.