Simulação de um sensor ótico baseado em microcavidade ressonante para medição de índice de refração

Abstract

Neste trabalho, foi desenvolvido um algoritmo para simular a propagação do campo eletromagnético num tubo capilar quando acoplado com uma microfibra ótica, com recurso à teoria de dispersão de Mie, determinando os seus modos ressonantes. A utilização de um tubo capilar permite não só o acoplamento de luz, como também a circulação de fluidos no seu interior, apresentando vantagens como elemento sensor. Devido às suas reduzidas dimensões, com diâmetro interno de 96 um, serão necessários pequenos volumes de analito para provocar alterações no comprimento de onda de ressonância. Além disso, este tipo de microcavidades apresenta fatores de qualidade muito elevados, o que permite obter sensores com elevada resolução. As simulações efetuadas consideraram a propagação de modos com diferentes ordens angulares e radiais e tubos capilares com diferentes espessuras. Observou-se que quanto menor a espessura, maior será o campo evanescente no interior do tubo capilar, o que leva a uma maior interação luz-fluido. Considerando fluidos com índices de refração a variar entre 1.33 e 1.40, os quais representam misturas de água e glucose ou água e frutose (açúcares tipicamente encontrados no vinho da Madeira), verificou-se uma sensibilidade não linear (Fig. 1). Assim, consideraram-se dois intervalos distintos, para índices de refração baixos (1,33 – 1,36) e índices de refração altos (1,36 – 1,40). Para o primeiro intervalo, obteve-se uma sensibilidade máxima de 524,21 nm/UIR (unidade de índice de refração) enquanto para o segundo esta foi de 702,47 nm/UIR, para um modo com polarização TE, ordem radial n = 3 e capilar com espessura de 2,5 um.