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Estudo sobre interferômetro de Fabry-Perot em fibras ópticas para aplicação em sensores

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Resumo

Este trabalho apresenta o desenvolvimento e a caracterização experimental do interferômetro de Fabry-Perot (Fabry-Perot Interferometer - FPI) em fibra óptica, visando sua consolidação como plataforma versátil para o aumento da capacidade de detecção de sistemas de sensoriamento. A pesquisa foca inicialmente na análise fundamental das propriedades interferométricas do dispositivo, para então validar sua eficácia através da hibridização com um sensor de índice de refração baseado em Interferência Multimodal (Multimodal Interference - MMI). A metodologia consistiu na caracterização de duas arquiteturas de FPI extrínseco (Extrinsic Fabry-Perot Interferometer - EFPI): uma cavidade de ar (air-gap) com ajuste micrométrico e uma cavidade de estado sólido composta por um filme fino de poliestireno sulfonato de sódio (PSSH). Os resultados experimentais confirmaram a precisão do controle da Largura do Espectro Livre (Free Spectral Range - FSR) em função do comprimento da cavidade, permitindo a sintonização fina das franjas de interferência. Na etapa de aplicação, o FPI foi integrado a um sensor de índice de refração baseado em MMI fabricado na estrutura monomodo-multimodo-monomodo (singlemode-multimode-singlemode - SMS). O sistema híbrido foi submetido a soluções de água e glicerina (0% a 40%). A hibridização permitiu que as franjas de alta frequência do FPI modulassem o envelope largo do MMI, atuando como marcadores espectrais finos. Esta configuração otimizou significativamente a capacidade de identificar deslocamentos espectrais e detectar variações de índice de refração com maior precisão e clareza visual. O uso do filme de PSSH, com espessura estimada em 387,12𝜇𝑚, conferiu ao dispositivo maior compactação e estabilidade, consolidando uma plataforma versátil para monitoramento em tempo real.

Abstract

This work presents the development and experimental characterization of a fiber-optic Fabry-Perot Interferometer (FPI), aiming for its consolidation as a versatile platform to enhance the detection capabilities of sensing systems. The research initially focuses on the fundamental analysis of the device's interferometric properties, subsequently validating its efficacy through hybridization with a refractive index sensor based on Multimode Interference (MMI). The methodology involved characterizing two extrinsic FPI architectures: a micrometrically adjustable air-gap cavity and a solid-state cavity composed of a sodium polystyrene sulfonate (PSSH) thin film. Experimental results confirmed the precision of Free Spectral Range (FSR) control as a function of cavity length, allowing for the fine-tuning of interference fringes. In the application stage, the FPI was integrated into a refractive index sensor based on MMI fabricated using a singlemode-multimode-singlemode (SMS) structure. The hybrid system was tested with water and glycerin solutions (0% to 40%). The hybridization allowed the high-frequency fringes of the FPI to modulate the broad envelope of the MMI, acting as fine spectral markers. This configuration significantly optimized the ability to identify spectral shifts and detect refractive index variations with greater precision and visual clarity. The use of the PSSH film, with an estimated thickness of 387,12𝜇𝑚, provided the device with increased compactness and stability, establishing a versatile platform for real-time monitoring.

Descrição

Área de concentração

Física

Linha de pesquisa

Óptica e Fotônica

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SILVA, Luiz David Costa. Estudo sobre interferômetro de Fabry-Perot em fibras ópticas para aplicação em sensores. 2026. 80 p. Dissertação (Mestrado em Física) - Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2026.

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