L'invenzione delle fibre ottiche ha rivoluzionato non solo le telecomunicazioni, ma anche la tecnologia di rilevamento. I sensori a fibra ottica possono misurare la deformazione, temperatura, pressione, e molti altri parametri fisici lungo le fibre, ma sono attualmente immuni al rumore elettromagnetico, interferenza da altre interazioni elettriche o magnetiche esterne. È un tratto desiderabile, fino a quando non sarà necessario misurare l'effetto del campo elettromagnetico sulle fibre. Ora, un team internazionale di ricercatori ha utilizzato quella che in precedenza era considerata una parte "danneggiata" di una fibra ottica per sviluppare un tale sensore di campo magnetico.

Hanno pubblicato i dettagli del loro approccio il 5 novembre in Ricerca fotonica avanzata .

"Questa natura dell'immunità al rumore elettromagnetico è un grande merito quando misuriamo la deformazione, temperatura, eccetera., in ambienti con forti campi elettromagnetici, ", ha affermato il coautore Yosuke Mizuno, professore associato presso la Facoltà di Ingegneria, Università Nazionale di Yokohama. "Però, significa allo stesso tempo che il rilevamento del campo elettromagnetico tramite fibre ottiche è una sfida importante, che abbiamo affrontato in questo documento."

I ricercatori hanno approfittato di un effetto "fusibile in fibra", che viene indotta quando la luce ad alta potenza viene iniettata in una fibra ottica con curve strette, connettori difettosi, e altre condizioni non ideali. Quando la luce ad alta potenza viene iniettata in una fibra ottica così compromessa, l'energia ottica è "intrappolata" nel nucleo della fibra, generando una scarica ottica che si propaga verso la sorgente luminosa, danneggiando in modo permanente la fibra durante il processo. Il gruppo di ricerca ha scoperto che, quando la fibra è di polimero, questo effetto si traduce in un percorso carbonizzato elettricamente conduttivo, che a sua volta può consentire le interazioni necessarie per reagire ai campi magnetici.

"Le interazioni tra il campo magnetico e le regioni carbonizzate o "danneggiate" possono portare a variazioni dei parametri ottici nella fibra, " ha detto l'autore principale Arnaldo Leal-Junior, professore nel Corso di Laurea in Ingegneria Elettrica, Università Federale dell'Espírito Santo. "Inserendo una fibra polimerica fusa tra due fibre monomodali di silice e inducendo quella che chiamiamo interferenza multimodale, un sensore di campo magnetico in fibra ottica può essere implementato."

I ricercatori hanno dimostrato sperimentalmente che questo sensore può rilevare una piccola variazione del campo magnetico di 45 microtesla, che è diverse centinaia di volte più piccolo, o più sensibile, del rilevamento di 20 millitesla con un metodo a fibra ottica convenzionale. Per confronto, un campo magnetico di circa 100 microtesla viene misurato a un pollice di distanza da un forno a microonde da cucina funzionante.

"I sensori di campo magnetico sono spesso richiesti nella gestione di vari apparati nei sistemi di alimentazione elettrica, come generatori e motori, " ha detto Mizuno. " Vi anticipiamo che i meriti del nostro sensore, compreso isolamento elettrico e ampio campo di misura, può essere sfruttato in tali applicazioni."

Leal-Junior ha anche notato che il sensore proposto può essere facilmente fabbricato a basso costo e che il loro approccio apre la strada a una nuova opzione di riciclaggio recuperando fibre ottiche polimeriche fuse per l'uso in sensori di campo magnetico.

I ricercatori stanno pianificando di migliorare l'accuratezza della misurazione e di aumentare ulteriormente la sensibilità del sensore proposto. Tenteranno inoltre di utilizzare lo stesso approccio per dimostrare il rilevamento del campo elettrico nel prossimo futuro.