Sensores de fibra ótica baseados no efeito de Vernier ótico

• Autor(a) principal: Ferreira, Ricardo Moreira Amaral
• Data de Publicação: 2021
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/10773/32115
• topic: Sensores de fibra ótica; Interferómetros de Fabry-Perot; Gama espetral livre; Espetro de reflexão; Efeito fusível; Efeito de Vernier ótico; Microcavidade virtual; Adesivos óticos; Sensibilidade; Resolução; Magnificação

Nesta dissertação é estudado e aplicado o efeito de Vernier ótico como ferramenta de magnificação da sensibilidade de sensores de fibra ótica baseados em interferómetros de Fabry-Perot. Primeiramente é apresentada a base teórica por detrás do padrão de interferometria resultante da propagação de um sinal ótico em interferómetros de Fabry-Perot em fibra ótica. A teoria descrita para interferómetros de Fabry-Perot é estendida ao caso em que se aplica o efeito de Vernier ótico. Realiza-se um estudo teórico-prático que incide sobre os parâmetros de fabrico de interferómetros de Fabry-Perot para um melhor entendimento das limitações práticas que advêm da aplicação do efeito de Vernier ótico. Depois de apresentada a base teórica, procedeu-se ao fabrico de interferómetros de Fabry-Perot recorrendo a métodos económicos, nomeadamente, acoplamento com adesivos óticos, aproveitamento de fibras danificadas por efeito fusível e um novo conceito de microcavidades virtuais. Os interferómetros produzidos por acoplamento com adesivos óticos e aproveitamento de fibras danificadas por efeito fusível foram utilizados para obter três sensores de humidade relativa e temperatura baseados no efeito de Vernier ótico. De entre os três sensores desenvolvidos, obtiveram-se sensibilidades máximas de -2,4±0,2 nm/%HR e -2,69±0,09 nm/℃ para a humidade relativa e temperatura, respetivamente, valores relativamente elevados para este tipo de sensores. Um interferómetro de Fabry-Perot fabricado através do aproveitamento de fibras danificadas por efeito fusível, foi utilizado para magnificar a sensibilidade de duas células de carga, tendo-se obtido magnificações de sensibilidade superiores a 3,4. Um novo conceito de microcavidades virtuais foi demonstrado e empregue para realizar um interferómetro de Fabry-Perot virtual, capaz de gerar o efeito de Vernier ótico e magnificar sensibilidade de um espirómetro para monitorização dinâmica. As grandes vantagens deste método, em relação a outros, são a redução dos custos de fabrico e implementação, versatilidade e o aumento da magnificação sem acréscimo de ruído. O facto de não aumentar o ruído facilita a visualização dos ciclos de respiração e a análise por parte da entidade competente. Por fim, o trabalho realizado pretendeu estabelecer um levantamento sobre o atual ponto de situação de sensores baseados no efeito de Vernier ótico, tentando-se apresentar soluções viáveis e promissoras que melhorem os sistemas atualmente existentes, reduzindo ao máximo os custos de implementação e fabrico sem deteriorar a performance.