Laboratorio: fibra plana, hasta 1.000× más sensible a la presión

En el interior de un recipiente de presión, se sometió a prueba una cinta de vidrio hasta 0,40 MPa. La fibra óptica plana produjo una sensibilidad a la presión hasta 1.000 veces mayor que un diseño circular comparable, según investigadores del Real Instituto de Tecnología KTH de Suecia y de la Universidad de Southampton del Reino Unido.

La fibra óptica no es solo un hilo de vidrio para transportar datos. El estiramiento, la presión o el calor pueden alterar sus propiedades físicas y ópticas, y los ingenieros pueden deducir la fuerza siguiendo los cambios en la luz. La fibra cilíndrica convencional resulta especialmente útil para las fuerzas que actúan a lo largo de su longitud, pero responde menos intensamente a las fuerzas transversales y a la presión hidrostática que la rodea. Eso limita la sensibilidad disponible cuando la presión es la magnitud que se quiere medir.

El equipo construyó su High Aspect Ratio Flat Fiber, o HARFF, como una estructura plana desde la fase de la preforma, en lugar de aplanar una fibra redonda ya terminada. La geometría resultante puede alcanzar una relación de aspecto de 20:1. Dos canales de aire alargados hacen que la estructura sea deliberadamente asimétrica: la presión deforma la cinta, cambia su birrefringencia —la diferencia en la forma en que dos polarizaciones de la luz atraviesan el vidrio— y desplaza el patrón de interferencia entre dos rejillas de Bragg de fibra idénticas.

El sensor de presión mostró una respuesta de pico a valle de 7,24 dB/MPa y, con otro método de análisis, una sensibilidad de hasta 31,6 radianes/MPa. La sensibilidad cruzada a la temperatura fue inferior al 1 % de la sensibilidad a la presión. La misma plataforma también detectó calor después de llenar un canal con una aleación basada en estaño: el coeficiente de expansión térmica de la sílice es aproximadamente de 0,5 × 10⁻⁶/K, frente a alrededor de 23 × 10⁻⁶/K en el caso de la aleación, por lo que el calentamiento genera tensión en el vidrio circundante.

¿Qué cambia, concretamente? Los ingenieros obtienen una plataforma de detección ajustable en la que pueden modificar la anchura, el grosor, el espesor de las paredes, los canales internos, la posición de la guía de ondas y los materiales de relleno de los canales para concentrar la tensión allí donde produce la señal óptica más intensa. Se extrajeron más de 120 m de una única preforma experimental, lo que demuestra que la geometría inusual puede fabricarse. Pawel Maniewski, investigador de KTH, la calificó de «un nuevo espacio de diseño para la fibra óptica». Por ahora, las pruebas constituyen una demostración de laboratorio, no un sensor demostrado en condiciones de uso real.