Interferómetros Fabry-Perot baseados em fibra ótica terminada em ângulo para medição de distância

Abstract

Neste trabalho, foram construídos interferómetros Fabry-Perot (FP) em fibras óticas, através do acabamento do seu terminal em ângulo. Estas foram usadas para medição de distâncias transversais ao eixo principal das fibras. As cavidades foram criadas em dois tipos de fibra ótica, nomeadamente em: fibra monomodo (SMF) para medição da distância unidirecional, e em fibra de múltiplos núcleos (MCF) para medição da distância radial e axial. Com o intuito de refletir a radiação eletromagnética perpendicularmente ao eixo principal da fibra, foi feito um modelo numérico no qual se mediu o ângulo do terminal da fibra para o qual a refletividade era máxima. Experimentalmente, as cavidades FP surgiram do polimento em ângulo da extremidade das fibras óticas para o ângulo otimizado. No caso da SMF, o polimento permitiu a criação de uma cavidade FP na sua bainha, através da reflexão na interface polida em ângulo e na interface bainha–ar. Além disso, a colocação de uma superfície refletora a uma distância “d” da superfície da fibra, permitiu a observação de uma segunda cavidade, sendo o percurso ótico desta dependente da distância imposta, permitindo, assim, determinar o seu valor. Por sua vez, o polimento reproduzido para três dos seis núcleos radiais de uma MCF (núcleos desfasados 120° entre si), permitiu a medição da distância em três direções. Esta potencialidade foi, não só explorada para a medição do diâmetro interno de agulhas hipodérmicas, como também para a determinação da localização radial da MCF no interior da agulha. Tal característica poderá ser explorada em futuras aplicações de navegação tridimensional, atendendo a que o núcleo central seja ele também usado para medição de distância axial.

In this work, Fabry-Perot (FP) interferometers were built by terminating an optical fiber with an angle. These were used to measure transverse distances to the principal axis of the fibers. These cavities were created in two types of optical fiber: single-mode fiber (SMF), for measuring unidirection distance, and multicore fiber (MCF) for measuring radial and axial distance. In order to reflect electromagnetic radiation perpendicularly to the principal axis of the fiber, a numerical model was created to identify the angle of the fiber terminal for which the reflectivity was maximum. Experimentally, the FP cavities were fabricated by polishing the terminal of the optical fibers at the optimised angle. In the case of SMF, the polishing process allowed the creation of an FP cavity at the cladding region which was due to the reflection in the angled polished terminal and in the cladding-air interface. Furthermore, by placing a reflective surface at a distance “d” from the fiber surface, it allowed the observation of a second cavity, whose optical path depends on the imposed distance, thus, allowing the determination of its value. On the other hand, reproducing the polishing process for three of the six radial cores of an MCF (separated 120° between each other) allowed the measurement of the distance in three directions. This was explored, not only to measure the internal diameter of hypodermic needles, but also to determine the radial location of the MCF inside the needle. This feature can be explored in future three-dimensional navigation applications, namely through the use of the MCF central core region, which can be used for the measurement of axial distance.