Laboratório: fibra plana alcança até 1 000× a sensibilidade à pressão de uma fibra circular comparável

No interior de uma câmara de pressão, uma fita de vidro foi testada até 0,40 MPa. A fibra óptica plana produziu uma sensibilidade à pressão até 1 000 vezes superior à de uma concepção circular comparável, segundo investigadores do KTH Royal Institute of Technology, na Suécia, e da University of Southampton, no Reino Unido.

A fibra óptica não é apenas um filamento de vidro para transportar dados. O alongamento, a pressão ou o calor podem alterar as suas propriedades físicas e ópticas, e os engenheiros podem inferir a força acompanhando as alterações na luz. A fibra cilíndrica convencional é particularmente útil para forças ao longo do seu comprimento, mas responde menos intensamente a forças transversais e à pressão hidrostática exercida à sua volta. Isso limita a sensibilidade disponível quando a pressão é a grandeza a medir.

A equipa construiu a sua High Aspect Ratio Flat Fiber, ou HARFF, como uma estrutura plana desde a fase da pré-forma, em vez de achatar uma fibra redonda já acabada. A geometria resultante pode aproximar-se de uma razão de aspecto de 20:1. Dois canais de ar alongados tornam a estrutura deliberadamente assimétrica: a pressão deforma a fita, altera a sua birrefringência — a diferença na forma como duas polarizações da luz atravessam o vidro — e desloca o padrão de interferência entre duas redes de Bragg em fibra idênticas.

O sensor de pressão apresentou uma resposta pico-a-vale de 7,24 dB/MPa e, com outro método de análise, uma sensibilidade de até 31,6 radianos/MPa. A sensibilidade cruzada à temperatura foi inferior a 1 % da sensibilidade à pressão. A mesma plataforma também detectou calor depois de um dos canais ser preenchido com uma liga à base de estanho: o coeficiente de expansão térmica da sílica é aproximadamente 0,5 × 10⁻⁶/K, contra cerca de 23 × 10⁻⁶/K para a liga, pelo que o aquecimento gera tensão no vidro circundante.

O que muda, concretamente? Os engenheiros obtêm uma plataforma de detecção ajustável, na qual a largura, a espessura, a espessura das paredes, os canais internos, a posição do guia de onda e os materiais de enchimento dos canais podem ser ajustados para concentrar a tensão onde produz o sinal óptico mais forte. Foram extraídos mais de 120 m de uma única pré-forma experimental, demonstrando que é possível fabricar a geometria invulgar. Pawel Maniewski, investigador da KTH, descreveu-a como “um novo espaço de concepção para a fibra óptica”. Por enquanto, as provas são uma demonstração laboratorial de conceito, não um sensor demonstrado em condições reais de utilização.