Esperimenti

Sensing fisico basato su risonatori ad anello o a reticolo in fibra ottica, e risonatori accoppiati

I Reticoli di Bragg in fibra (FBG) possiedono un potenziale indiscusso nel campo di rilevamento termico e meccanico per la loro sensibilità intrinseca, immunità alle interferenze elettromagnetiche e idoneità delle fibre ottiche per il monitoraggio in-campo di materiali solidi e grandi ambienti.
Negli ultimi anni, per far fronte ad applicazioni più sofisticate, sono stati sviluppati schemi di rilevamento basati su strutture in fibra non convenzionali, come risonatori FBG Fabry-Perot e risonatori ad anello in fibra con reticoli FBG inclusi. Alcuni fra i sensori sviluppati sono stati sfruttati per applicazioni come “pick-up” acustico di strumenti musicali, accelerometri sismici e rivelatori di radiazioni ionizzanti per uso medico.
In un recente lavoro, il nostro gruppo ha dimostrato che le deformazioni meccaniche della gamma infrasuoni possono essere rilevate ad un livello di risoluzione oltre lo stato dell’arte utilizzando un laser a semiconduttore stabilizzato contro un pettine ottico di frequenza. Interrogando con tale laser lo spostamento di una risonanza di una cavità Fabry-Perot in fibra, è stato ottenuto un livello di risoluzione fino a 10 ^-13 , limitato solo dalle intrinseche fluttuazioni termiche delle fibre.
Nonostante i notevoli livelli di risoluzione di deformazioni meccaniche dimostrati sia nel dominio acustico che nella gamma di frequenza infrasuoni, la misurazione di deformazioni completamente statiche rimane ancora estremamente difficile per la maggior parte delle tecniche basate su cavità in fibra. Una limitazione importante proviene dalle perturbazioni ambientali agiscono sul risonatore.
In un recente attività sperimentale abbiamo analizzato nel dettaglio le prestazioni di un sensore meccanico in fibra ottica ottenuto integrando un π-FBG in un anello chiuso di fibra. Tale configurazione mostra una sensibilità ridotta alle perturbazioni esterne del risonatore. Una descrizione teorica completa delle proprietà spettrali di un cavità FBG ad anello è stata sviluppata e recenti esperimenti hanno dimostrato la concreta possibilità di sfruttare tali strutture per misure di deformazione statiche a livelli di risoluzione senza precedenti, nell’ordine dei 10 ^-12 unità di strain.
Sfruttando i livelli di risoluzione raggiunti con le configurazioni sopra descritte, abbiamo fornito la prova che le fibre sono adatte per la rilevazione di radiazioni ionizzanti, ad esempio fotoni o elettroni, nell’intervallo di energia Mev. Questo apre la strada alla nuova generazione di all-ottici dosimetri per applicazioni mediche e scopo di radio-protezione. Il lavoro è ancora in corso verso nuove indicazioni per la realizzazione di dispositivi portatili, in ultima analisi basata su nuovi materiali combinati alle fibre ottiche.

Cavity a modi contropropaganti per misure di strain statico