En una investigación que podría beneficiar ampliamente a la ciencia, la medicina y la ingeniería, un estudiante de doctorado de la Universidad de Alabama en Huntsville (UAH) ha desarrollado un nuevo tipo de instrumento de detección óptica ultrasensible.

Llamado interferómetro de fibra híbrida Mach Zehnder-Fabry Perot (MZ-FP), combina las ventajas de los dos tipos de interferómetros que están disponibles actualmente, haciéndolo compacto y altamente sensible.

Dispositivos de medición de precisión, los interferómetros funcionan mediante la creación de un patrón de interferencia medible entre dos corrientes de luz que se puede considerar como la colisión de dos conjuntos de ondas en un estanque que se crearon al arrojar dos piedras, dice el Dr. Nabil Md Rakinul Hoque.

Originario de Dhaka, Bangladesh, el Dr. Hoque se graduó de doctorado en ciencias ópticas e ingeniería en la UAH en mayo de 2022 y desarrolló el nuevo interferómetro con una subvención de la Fundación Nacional de Ciencias con el asesoramiento del Dr. Lingze Duan, profesor de física en la UAH, una parte del Sistema de la Universidad de Alabama.

En las pruebas, el interferómetro MZ-FP logró resoluciones de deformación sin precedentes en una amplia gama de frecuencias, dice el Dr. Duan.

"El impacto más importante de este trabajo, en mi opinión, es que establece un camino factible para alcanzar niveles sin precedentes de resoluciones de tensión para sensores de fibra pasiva", dice el Dr. Duan. "Tal nivel de resolución de detección permitirá que los sensores de fibra óptica capten señales mucho más débiles de lo que pueden ahora y ampliará en gran medida la aplicación de los sensores de fibra óptica".

La detección de señales extremadamente débiles que anteriormente no eran detectables por las tecnologías existentes hace que el instrumento sea valioso para una amplia gama de aplicaciones, dice el Dr. Hoque, autor principal de un artículo reciente publicado en Scientific Reports .

"Esto abre posibilidades tales como la predicción temprana de terremotos, el control de armas de destrucción masiva, la detección del movimiento de los glaciares para la investigación del cambio climático, el diagnóstico médico acústico, etc.", dice.

El interferómetro desarrollado por UAH logra una resolución de una femtotensión, lo que significa que puede detectar el cambio de una milmillonésima parte de un micrómetro (10 ^-6 m) de un metro.

"La característica principal del nuevo interferómetro es su alta resolución de señal sin precedentes", dice el Dr. Hoque. Los sensores ópticos basados ​​en la nueva tecnología pueden encontrar aplicaciones en medicina, dice. "Por ejemplo, los sensores acústicos basados ​​en nuestro interferómetro híbrido pueden captar señales acústicas fisiológicas muy débiles que revelan condiciones de salud humana. Tales señales pueden ser demasiado débiles para ser detectadas con los sensores actuales".

En general, dos tipos de interferómetros han estado disponibles, dice el Dr. Hoque.

"El primero es el interferómetro basado en cavidad/resonador, donde las frecuencias de resonancia específicas pueden pasar o reflejarse desde el interferómetro", dice.

A pesar de su tamaño compacto, este tipo de interferómetro puede producir un camino óptico efectivo muy largo debido a la alta reflectividad de los espejos utilizados. Los resonadores Fabry-Perot son ejemplos de este tipo de interferómetro.

"El segundo tipo de interferómetro se basa en una configuración de ruta común y/o ruta doble", dice el Dr. Hoque. "La sensibilidad de este tipo de interferómetro depende de la longitud de sus brazos. Cuanto mayor sea la longitud de los brazos, más sensibles serán los interferómetros".

Las longitudes de los brazos a menudo deben exceder las decenas o incluso los cientos de metros, lo que hace que este tipo sea bastante voluminoso. Los interferómetros Mach-Zehnder (MZI) y Michelson son ejemplos de interferómetros tradicionales de doble vía.

"En este documento, informamos sobre el desarrollo de un nuevo tipo de interferómetro que incorpora interferómetros basados ​​en resonadores ópticos, o del tipo Fabry-Perot, en un interferómetro de doble trayectoria, del tipo Mach-Zehnder", dice el Dr. Hoque.

"El nuevo interferómetro híbrido puede lograr resoluciones de señal mucho mejores que los MZI regulares. Esto permite que nuestro interferómetro posea las ventajas de ambos tipos de interferómetros".

A lo largo de más de cinco años de trabajo, el Dr. Hoque construyó por sí solo una instalación de sensor de fibra de ultra alta resolución de clase mundial en la UAH, dice el Dr. Duan.

"El sensor de fibra que desarrolló ha establecido nuevos récords de resolución en un amplio rango de frecuencias desde el rango infrasónico hasta el rango ultrasónico y ha alcanzado con éxito el llamado límite de ruido térmico, el límite fundamental de todos los sensores de fibra óptica". + Explora más

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