In the current work, the development of optical fiber sensors based on an antiresonant
hollow core fiber was aimed. The sensing structures were developed in a
transmission configuration enhancing two antiresonance propagations, along with
the multimode interference and Mach-Zehnder interference. With the objective of
using these interferometric components as sensing elements, the sensor was employed
in both liquid and air media.
Initially, a numerical analysis was addressed to both internal and external antiresonances.
A simulation on the effective refractive index of the fundamental core
mode was also carried out, achieving results that are in good agreement with both
numerical and theoretical models. Furthemore, a comparison between the expected
and experimental transmission spectra was established observing, in an overall view,
similar modulations.
In a posterior stage, a characterization of the hollow square core fiber sensor was
performed in glucose aqueous solutions. The sensor response was studied to variations
in the refractive index, and calibrated to the wavelength range of the optical
source utilized. Moreover, the influence of the sensor length was studied, observing
the existance of an optimum length where the maximum sensitivity is enhanced.
A temperature independent refractive index detection was also established.
Still in the framework of this theme, and with the objective of monitoring the evaporation
profile of volatile organic compounds, the sensor was embedded in ethanol
aqueous solutions. The monitoring of the sensor response towards the solutions
was carried out, allowing to successfully attain a real time variation of the ethanol
concentration.
Finally, the sensor was characterized to different physical parameters in an air environment,
where two broadbands were used. In the first band, 1530nm - 1610nm,
a characterization to the temperature, curvature, and strain was performed for the
Mach-Zehnder interference, external resonance, and multimode interference. In the
second broadband, 900nm - 1300nm, the external and internal resonances were
characterize to both temperature and curvature. In both cases, the simultaneous
measurement of the parameters under study was also proposed.
The studied inline sensor revealed to be highly promising in the several experiments
that were conducted, where, in many cases, stood out from other sensors that were
already reported in the literature. Its reduced dimensions, high robustness, and capability
to simultaneously measure different parameters, and making a temperature
discrimination, without needing a complex design configuration, makes it extremely
viable in the implementation on several applications.No presente trabalho pretendeu-se explorar o uso de uma fibra de núcleo oco antirressonante,
como elementos sensores. Estes dispositivos foram desenvolvidos
com uma configuração em transmissão, sendo a propagação efetuada através de
duas antirressonâncias. Esta permitiu também o aparecimento de interferência
multimodal e de Mach-Zehnder. Com o intuito de usar estas componentes interferométricas
como elementos sensores, o dispositivo foi empregue tanto em meios
líquidos, como no ar.
Posteriormente, foi elaborada uma caracterização ao sensor de fibra de núcleo oco
quadrado em soluções aquosas de glucose. A resposta deste foi estudada a variações
do índice de refração, e calibrada à região espetral da fonte ótica utilizada.
Além disso, foi estudada a influência do comprimento do sensor, tendo-se observado
que existe um comprimento para o qual a sensibilidade atingida é otimizada.
Adicionalmente, foi elaborada uma caracterização ao índice de refração com compensação
da temperatura.
Ainda no contexto da análise em meios líquidos, o sensor foi imergido em soluções
aquosas de etanol, com o intuito de monitorizar o perfil de evaporação de compostos
orgânicos voláteis. Efetuou-se uma monitorização da resposta espetral do
sensor relativamente às soluções, o que permitiu obter, de forma satisfatória, uma
variação em tempo real da concentração de etanol.
Finalmente, realizou-se uma caracterização do sensor a diferentes parâmetros
físicos, tendo-se usado duas bandas espetrais distintas. Na primeira banda,
1530nm − 1610nm, caracterizou-se a interferência de Mach-zehnder, a ressonância
externa e a interferência multimodal a variações da temperatura, curvatura
e tensão. Na segunda banda, 900nm − 1300nm, caracterizou-se as ressonâncias
externa e interna a variações da temperatura e curvatura. Em ambos os casos, a
medição simultânea dos parâmetros em estudo foi também proposta.
O sensor desenvolvido revelou-se altamente promissor nas várias experiências realizadas,
onde, em muitas situações, se destacou de outros sensores já reportados.
Por ser um dispositivo que apresenta reduzidas dimensões, elevadas robustez, e
capaz de medir simultaneamente a vários parâmetros, sem recorrer a configurações
complexas, a sua implementação poderá vir ter impacto em diversas aplicações.Mestrado em Engenharia Físic
