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    Suspended-core microstructured polymer optical fibers and potential applications in sensing

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    The study of the fabrication, material selection, and properties of microstructured polymer optical fibers (MPOFs) has long attracted great interest. This ever-increasing interest is due to their wide range of applications, mainly in sensing, including temperature, pressure, chemical, and biological species. This manuscript reviews the manufacturing of MPOFs, including the most recent single-step process involving extrusion from a modified 3D printer. MPOFs sensing applications are then discussed, with a stress on the benefit of using polymers

    Design of optical fiber sensors and interrogation schemes

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    [ES] Las fibras 贸pticas son dispositivos muy utilizados en el campo de las telecomunicaciones desde su descubrimiento. En las 煤ltimas d茅cadas, las fibras 贸pticas comenzaron a utilizarse como sensores fot贸nicos. Los primeros trabajos se centraron en la medici贸n de unas dimensiones f铆sicas en un punto espec铆fico. Posteriormente, surgi贸 la posibilidad de medir las propiedades de la fibra 贸ptica en diferentes puntos a lo largo de la fibra. Este tipo de sensores se definen como sensores distribuidos. Los componentes optoelectr贸nicos fueron desarrollados e investigados para telecomunicaciones. Los avances en las telecomunicaciones hicieron posible el desarrollo de sistemas de interrogaci贸n para sensores de fibra 贸ptica, creciendo en paralelo con los avances de las telecomunicaciones. Se desarrollaron sistemas de interrogaci贸n de fibra 贸ptica que permiten el uso de una 煤nica fibra 贸ptica monomodo est谩ndar como sensor que puede monitorear decenas de miles de puntos de detecci贸n al mismo tiempo. Los m茅todos que extraen la informaci贸n de detecci贸n de la se帽al reflejada en la fibra 贸ptica son los m谩s empleados debido a la facilidad de acceso al sensor y la flexibilidad de estos sistemas. Los m谩s estudiados son la reflectometr铆a en dominios de tiempo y frecuencia. La reflectometr铆a 贸ptica en el dominio del tiempo (OTDR) fue la primera t茅cnica utilizada para detectar la posici贸n de los fallos en las redes de comunica-ci贸n de fibra 贸ptica. El OTDR sensible a la fase hizo posible detectar la elongaci贸n y la temperatura en una posici贸n espec铆fica. Paralelamente, los gratings de Bragg (FBG) se convirtieron en los dispositivos m谩s utilizados para implementar sensores en fibra 贸ptica discretos. Se desarrollaron t茅cnicas de multiplexaci贸n para realizar la detecci贸n en m煤ltiples puntos utilizando FGBs. La reflectometr铆a realizada interrogando arrays de FBG d茅biles demuestra que mejora el rendimiento del sistema en comparaci贸n al uso de una fibra monomodo. Los sistemas de interrogatorio actuales tienen algunos inconvenientes. Algunos de ellos son velocidad de interrogatorio limitada, grandes dimensiones y alto costo. En esta tesis doctoral se desarrollaron nuevos sistemas de interrogaci贸n y sensores de fibra 贸ptica para superar algunos de estos inconvenientes. Los sensores de fibra 贸ptica de pl谩stico demuestran ser una plataforma innovadora para desarrollar nuevos sensores y sistemas de interrogaci贸n de bajo costo y f谩ciles de implementar para fibras de pl谩stico comerciales. Se investig贸 la reflectometr铆a en el dominio del tiempo y las t茅cnicas fot贸nicas de microondas para la interrogaci贸n de una matriz de rejillas d茅biles que permitieron simplificar el sistema de interrogaci贸n para la detecci贸n de temperatura y vibraci贸n.[CA] Les fibres 貌ptiques s贸n dispositius molt utilitzats en el camp de les telecomunica-cions des del seu descobriment. En les 煤ltimes d猫cades, les fibres 貌ptiques van comen莽ar a utilitzar-se com a sensors fot貌nics. Els primers treballs es van centrar en el mesurament d'unes dimensions f铆siques en un punt espec铆fic. Posteriorment, va sorgir la possibilitat de mesurar les propietats de la fibra 貌ptica en diferents punts al llarg de la fibra. Aquest tipus de sensors es defineixen com a sensors distrib眉its. Els components optoelectr貌nics van ser desenvolupats i investigats per a telecomunicacions. Els avan莽os en les telecomunicacions van fer possi-ble el desenvolupament de sistemes d'interrogaci贸 per a sensors de fibra 貌ptica, creixent en paral路lel amb els avan莽os de les telecomunicacions. Es van desenvolupar sistemes d'interrogaci贸 de fibra 貌ptica que permeten l'煤s d'una 煤nica fibra 貌ptica monomodo est脿ndard com a sensor que pot monitorar desenes de milers de punts de detecci贸 al mateix temps. Els m猫todes que extreuen la informaci贸 de detecci贸 del senyal reflectit en la fibra 貌ptica s贸n els m茅s utilitzats a causa de la facilitat d'acc茅s al sensor i la flexibilitat d'aquests sistemes. Els m茅s estudiats s贸n la reflectometr铆a en dominis de temps i freq眉猫ncia. La reflectometr铆a 貌ptica en el domini del temps (OTDR) va ser la primera t猫cnica utilitzada per a detectar la posici贸 de les fallades en les xarxes de comunicaci贸 de fibra 貌ptica. El OTDR sensible a la fase va fer possible detectar l'elongaci贸 i la temperatura en una posici贸 espec铆fica. Paral路lelament, els gratings de Bragg (FBG) es van convertir en els dispositius m茅s utilitzats per a implementar sensors en fibra 貌ptica discrets. Es van desenvolupar t猫cniques de multiplexaci贸 per a realitzar la detecci贸 en m煤ltiples punts utilitzant FGBs. La reflectometr铆a realitzada interrogant arrays de FBG febles demostra que millora el rendiment del sistema en comparaci贸 a l'煤s d'una fibra monomodo. Els sistemes d'interrogatori actuals tenen alguns inconvenients. Alguns d'ells s贸n velocitat d'interrogatori limitada, voluminositat i alt cost. En aquesta tesi doctoral es van desenvolupar nous sistemes d'interrogaci贸 i sensors de fibra 貌ptica per a superar alguns d'aquests inconvenients. Els sensors de fibra 貌ptica de pl脿stic demostren ser una plataforma innovadora per a desenvolupar nous sensors i siste-mes d'interrogaci贸 de baix cost i f脿cils d'implementar per a fibres de pl脿stic comercials. Es va investigar la reflectometr铆a en el domini del temps i les t猫cniques fot貌niques de microones per a la interrogaci贸 d'una matriu de reixetes febles que van permetre simplificar el sistema d'interrogaci贸 per a la detecci贸 de temperatura i vibraci贸.[EN] Optical fibers are devices largely used in telecommunication field since their discovery. In the last decades, optical fibers started to be used as photonic sensors. The first works were focused on the measurement of physical dimensions to a specific point. Afterward, emerged the possibility to measure the optical fiber properties at different locations along the fiber. These kinds of sensors are defined as distributed sensors. The optoelectronic components were developed and investigated for telecommunications. The progress in telecommunication made possible the development of optical fiber sensors interrogation systems, growing in parallel with the advances of telecommunications. Optical fiber interrogation systems were developed to use a single standard monomode optical fiber as a sensor that can monitor tens of thousands of sensing points at the same time. The methods that extract the sensing information from the backscattered signal in the optical fiber are widely employed because of the easiness of access to the sensor element and the flexibility of these systems. The most studied are the reflectometry in time and frequency domains. The optical time domain reflectometry (OTDR) was the first technique used to detect the position of the failures in the optical fiber communication networks. Using phase sensitive OTDR it is possible to sense strain and temperature at a specific position. In parallel, fiber Bragg gratings (FBGs) became the most widely used devices to implement discrete optical fiber sensors. Multiplexing techniques were developed to perform multi points sensing using these gratings. The reflectometry performed interrogating weak FBGs arrays demonstrate to improve the performance of the system employing a single mode fiber. The interrogation systems nowadays have some drawbacks. Some of them are limited speed of interrogation, bulkiness, and high cost. New interrogation systems and optical fiber sensors were developed in this doctoral thesis to overcome some of these drawbacks. Plastic optical fiber sensors demonstrate to be an innovative platform to develop both new sensors and low cost, easy to implement interrogation systems for commercial plastic fibers. Reflectometry in time domain and microwave photonic techniques were investigated for the interrogation of weak gratings array allowed to simplify the interrogation system for the sensing of temperature and vibration.I would like to greatly thank the European Union鈥檚 Horizon 2020 Research and Innovation Program that funded the research described in this thesis under the Marie Sklodowska-Curie Action Grant Agreement 722509.Sartiano, D. (2021). Design of optical fiber sensors and interrogation schemes [Tesis doctoral]. Universitat Polit猫cnica de Val猫ncia. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/161357TESI
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