Nella ricerca che potrebbe avvantaggiare ampiamente la scienza, la medicina e l'ingegneria, un nuovo tipo di strumento di rilevamento ottico ultrasensibile è stato sviluppato da uno studente di dottorato presso l'Università dell'Alabama a Huntsville (UAH).

Chiamato interferometro a fibra ibrida Mach Zehnder-Fabry Perot (MZ-FP), combina i vantaggi dei due tipi di interferometri attualmente disponibili, rendendolo compatto e altamente sensibile.

Dispositivi di misurazione di precisione, gli interferometri funzionano creando un modello di interferenza misurabile tra due flussi di luce che può essere pensato come la collisione di due serie di onde in uno stagno che sono state create lanciando due pietre, afferma il dottor Nabil Md Rakinul Hoque.

Originario di Dhaka, in Bangladesh, il dottor Hoque è un dottorando UAH del maggio 2022 in scienze ottiche e ingegneria, che ha sviluppato il nuovo interferometro nell'ambito di una borsa di studio della National Science Foundation mentre era consigliato dal dottor Lingze Duan, professore di fisica presso l'UAH, una parte del sistema dell'Università dell'Alabama.

Durante i test, l'interferometro MZ-FP ha raggiunto risoluzioni di deformazione da record su un'ampia gamma di frequenze, afferma il dott. Duan.

"L'impatto più importante di questo lavoro, secondo me, è che traccia un percorso fattibile verso il raggiungimento di livelli senza precedenti di risoluzioni della deformazione per i sensori a fibra passiva", afferma il dott. Duan. "Un tale livello di risoluzione del rilevamento consentirà ai sensori in fibra ottica di raccogliere segnali molto più deboli di quelli che possono attualmente e ampliare notevolmente l'applicazione dei sensori in fibra ottica".

Il rilevamento di segnali estremamente deboli che in precedenza non erano rilevabili dalle tecnologie esistenti rende lo strumento prezioso per un'ampia gamma di applicazioni, afferma il dott. Hoque, autore principale di un recente articolo pubblicato su Rapporti scientifici .

"Ciò apre possibilità come la previsione precoce dei terremoti, il monitoraggio delle armi di distruzione di massa, il rilevamento del movimento dei ghiacciai per la ricerca sui cambiamenti climatici, la diagnosi medica acustica e così via", afferma.

L'interferometro sviluppato dall'UAH raggiunge una femto-deformazione di risoluzione, il che significa che può rilevare la variazione di un miliardesimo di micrometro (10 ^-6 m) su un metro.

"La caratteristica principale del nuovo interferometro è la sua risoluzione del segnale senza precedenti", afferma il dott. Hoque. I sensori ottici basati sulla nuova tecnologia possono trovare applicazioni in medicina, dice. "Ad esempio, i sensori acustici basati sul nostro interferometro ibrido potrebbero essere in grado di captare segnali acustici fisiologici molto deboli che rivelano condizioni di salute umana. Tali segnali potrebbero essere troppo deboli per essere rilevati con i sensori di corrente."

In generale, sono disponibili due tipi di interferometri, afferma il dott. Hoque.

"Il primo è l'interferometro basato su cavità/risonatore, in cui specifiche frequenze di risonanza possono passare o riflettere dall'interferometro", afferma.

Nonostante le sue dimensioni compatte, questo tipo di interferometro può produrre una lunghezza del cammino ottico effettiva molto lunga grazie all'elevata riflettività degli specchi utilizzati. I risonatori Fabry-Perot sono esempi di questo tipo di interferometro.

"Il secondo tipo di interferometro si basa su una configurazione a percorso comune e/o a doppio percorso", afferma il dott. Hoque. "La sensibilità di questo tipo di interferometro dipende dalla lunghezza dei suoi bracci. Maggiore è la lunghezza dei bracci, più sensibili sono gli interferometri."

Le lunghezze delle braccia spesso devono superare le decine o addirittura centinaia di metri, rendendo questo tipo piuttosto ingombrante. Gli interferometri Mach-Zehnder (MZI) e Michelson sono esempi di interferometri tradizionali a doppio percorso.

"In questo articolo, abbiamo riportato lo sviluppo di un nuovo tipo di interferometro che incorpora interferometri basati su risonatore ottico, o del tipo Fabry-Perot, in un interferometro a doppio percorso, il tipo Mach-Zehnder", afferma il dott. Hoque.

"Il nuovo interferometro ibrido è in grado di ottenere risoluzioni del segnale di gran lunga migliori rispetto ai normali MZI. Ciò consente al nostro interferometro di possedere i vantaggi di entrambi i tipi di interferometri".

In oltre cinque anni di lavoro, il Dr. Hoque ha costruito da solo una struttura di sensori in fibra ad altissima risoluzione di prim'ordine presso l'UAH, afferma il Dr. Duan.

"Il sensore a fibra che ha sviluppato ha stabilito nuovi record di risoluzione su un ampio intervallo di frequenza dalla gamma infrasonica alla gamma ultrasonica e ha raggiunto con successo il cosiddetto limite di rumore termico, il limite fondamentale di tutti i sensori a fibra ottica". + Esplora ulteriormente

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