Estudio experimental de un dispositivos de fibra óptica hetero núcleo para sensar

Abstract

Fiber optic sensors have had a great development in the last decades because compared to other types of sensors, they have great advantages such as: reduced size and weight, robustness to extreme environmental conditions, immunity to electromagnetic interference and radio frequency interference, multi-parameter detection capability, and higher sensitivity. In order to fabricate a sensor to take advantage of these qualities, a variant of the hetero-core fiber optic sensor is studied in this research work. Such device is easily constructed through the process of cutting and fusing by introducing a single-mode or coreless optical fiber segment between two multimode optical fiber segments. Some of the light guided by the core of the first multimode segment propagates as cladding modes in the single-mode segment due to the difference in the diameter of the cores. These cladding modes interact with the medium surrounding this segment. Subsequently, some of these cladding modes couple to the core of the second multimode fiber segment, where they produce interference. Characterized by a loss band in the transmitted light spectrum, which is analyzed for the effects of external disturbances. The study of this sensor was divided into two parts, experimental and numerical. In the experimental part, we show the results of analyzing the response produced by the sensor to refractive index, temperature, stress, curvature, and double sensing of temperature and stress simultaneously. In the other hand, the numerical analysis was focused on the study of the device response considering a metallic cladding. For this, the waveguide was considered like a longitudinal cut of the sensor. In addition, to have a criterion on the influence of roughness on the plasmonic response produced in these schemes, Kretschmann systems with rough surfaces were approached, using the Integral Equation Method and the Transfer Matrix Method.

Los sensores de fibra óptica han tenido un gran desarrollo en las últimas décadas ya que comparados con otros tipos de sensores presentan grandes ventajas como son: tamaño y peso reducidos, robustez ante condiciones ambientales extremas, inmunidad a interferencias electromagnéticas e interferencias de radiofrecuencia, capacidad de detección multiparámetro y mayor sensibilidad. En busca de fabricar un sensor para aprovechar estas cualidades se estudia en este trabajo de investigación una variante del sensor de fibra óptica hetero núcleo. El cual se construye fácilmente mediante el proceso de corte y fusión introduciendo un segmento de fibra óptica monomodo o coreless entre dos segmentos de fibra óptica multimodo. Parte de la luz proveniente del núcleo del primer segmento multimodo se propaga como modos de revestimiento en el segmento monomodo debido a la diferencia en el diámetro de los núcleos. Estos modos de revestimiento interaccionan con el medio circundante a este segmento. Posteriormente, algunos de estos modos de revestimiento se acoplan al núcleo del segundo segmento multimodo donde producen interferencia. Caracterizada por una banda de pérdidas en el espectro de luz transmitida, que es analizada ante los efectos de perturbaciones externas. El estudio de este sensor fue dividido en dos partes una experimental y una numérica. En la parte experimental mostramos los resultados de analizar la respuesta del sensor a índice de refracción, temperatura, esfuerzo, curvatura y un doble sensado de temperatura y esfuerzo simultáneamente. Numéricamente se estudió la respuesta del dispositivo considerando un revestimiento metálico. Para esto, se estudió la respuesta producida por una guía de ondas, la cual se consideró como un corte longitudinal del sensor. Además, para tener un criterio sobre la influencia de la rugosidad en la respuesta plasmónica producida en estos esquemas, se abordaron sistemas de Kretschmann con superficies rugosas, utilizando el Método de la Ecuación Integral y el Método de la Matriz de Transferencia.