Em pesquisas que podem beneficiar amplamente a ciência, a medicina e a engenharia, um novo tipo de instrumento de detecção óptica ultrassensível foi desenvolvido por um estudante de doutorado da Universidade do Alabama em Huntsville (UAH).
Chamado de interferômetro de fibra híbrida Mach Zehnder-Fabry Perot (MZ-FP), ele combina as vantagens dos dois tipos de interferômetros atualmente disponíveis, tornando-o compacto e altamente sensível.

Dispositivos de medição de precisão, os interferômetros funcionam criando um padrão de interferência mensurável entre dois fluxos de luz que pode ser pensado como a colisão de dois conjuntos de ondas em um lago que foram criados jogando duas pedras, diz o Dr. Nabil Md Rakinul Hoque.

Originalmente de Dhaka, Bangladesh, o Dr. Hoque é um graduado de doutorado da UAH em maio de 2022 em ciência e engenharia óptica, que desenvolveu o novo interferômetro sob uma doação da National Science Foundation enquanto aconselhado pelo Dr. Lingze Duan, professor de física da UAH, parte do Sistema da Universidade do Alabama.

Nos testes, o interferômetro MZ-FP alcançou resoluções de tensão recordes em uma ampla faixa de frequências, diz o Dr. Duan.

"O impacto mais importante deste trabalho, na minha opinião, é que ele estabelece um caminho viável para alcançar níveis sem precedentes de resolução de tensão para sensores de fibra passiva", diz o Dr. Duan. "Tal nível de resolução de detecção permitirá que os sensores de fibra óptica captem sinais muito mais fracos do que podem agora e ampliem muito a aplicação dos sensores de fibra óptica".

A detecção de sinais extremamente fracos que anteriormente não eram detectáveis ​​pelas tecnologias existentes torna o instrumento valioso para uma ampla gama de aplicações, diz Dr. Hoque, principal autor de um artigo recente publicado em Scientific Reports .

“Isso abre possibilidades como previsão antecipada de terremotos, monitoramento de armas de destruição em massa, detecção de movimento de geleiras para pesquisa de mudanças climáticas, diagnóstico médico acústico e assim por diante”, diz ele.

O interferômetro desenvolvido pela UAH atinge uma femto-tensão de resolução, o que significa que pode detectar a mudança de um bilionésimo de um micrômetro (10 ^-6 m) de um metro.

"A principal característica do novo interferômetro é sua resolução de sinal sem precedentes", diz o Dr. Hoque. Sensores ópticos baseados na nova tecnologia podem encontrar aplicações na medicina, diz ele. "Por exemplo, sensores acústicos baseados em nosso interferômetro híbrido podem ser capazes de captar sinais acústicos fisiológicos muito fracos que revelam condições de saúde humana. Tais sinais podem ser muito fracos para serem detectados com os sensores atuais."

Geralmente, dois tipos de interferômetros estão disponíveis, diz o Dr. Hoque.

"O primeiro é o interferômetro baseado em cavidade/ressonador, onde frequências de ressonância específicas podem passar ou refletir no interferômetro", diz ele.

Apesar de seu tamanho compacto, esse tipo de interferômetro pode produzir um comprimento de caminho óptico efetivo muito longo devido à alta refletividade dos espelhos usados. Os ressonadores Fabry-Perot são exemplos desse tipo de interferômetro.

"O segundo tipo de interferômetro é baseado em uma configuração de caminho comum e/ou de caminho duplo", diz o Dr. Hoque. "A sensibilidade desse tipo de interferômetro depende do comprimento do braço. Quanto maior o comprimento do braço, mais sensíveis são os interferômetros."

Os comprimentos dos braços geralmente precisam exceder dezenas ou até centenas de metros, tornando esse tipo bastante volumoso. Os interferômetros Mach-Zehnder (MZI) e Michelson são exemplos de interferômetros tradicionais de duplo caminho.

"Neste artigo, relatamos o desenvolvimento de um novo tipo de interferômetro que incorpora interferômetros baseados em ressonadores ópticos, ou o tipo Fabry-Perot, em um interferômetro de caminho duplo, o tipo Mach-Zehnder", diz Dr. Hoque.

"O novo interferômetro híbrido é capaz de alcançar resoluções de sinal muito melhores do que os MZIs regulares. Isso permite que nosso interferômetro possua as vantagens de ambos os tipos de interferômetros."

Ao longo de mais de cinco anos de trabalho, o Dr. Hoque construiu sozinho uma instalação de sensores de fibra de ultra-alta resolução de classe mundial na UAH, diz o Dr. Duan.

"O sensor de fibra que ele desenvolveu estabeleceu novos recordes de resolução em uma ampla faixa de frequência, desde a faixa infrassônica até a faixa ultrassônica, e atingiu com sucesso o chamado limite de ruído térmico, o limite fundamental de todos os sensores de fibra óptica". + Explorar mais

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