Análisis experimental de acopladores bicónicos de fibra óptica como sensores de índice de refracción

Abstract

El uso de acopladores bicónicos de fibra óptica en sistemas de sensado ha sido explotado en años recientes. Debido a que los acopladores poseen un fuerte campo evanescente propagándose en la cintura, lo vuelve un dispositivo altamente sensible con potencial para mejorar los niveles de sensibilidad reportados en trabajos recientes. En este trabajo de tesis demostramos el funcionamiento del acoplador como sensor de cambios de índice de refracción (IR) de concentraciones de azúcar en agua basado en el régimen de transmisión de potencia, también proponemos una versión mejorada basada en el régimen de respuesta espectral. Esta investigación fue analizada por una simulación y comprobada de manera experimental. Trabajando en el régimen de transmisión de potencia aportamos un esquema en el cual no es necesario el uso de equipos costosos de medición. En este esquema los cambios de IR que rodean al acoplador son percibidos como cambios en la potencia de salida. Para la obtención de valores precisos, la potencia de salida fue normalizada directamente gracias a que tenemos un dispositivo con dos puertos de salida. La sensibilidad estimada del acoplador en el régimen de transmisión de potenciada fue reportada con un valor de 0.15 unidades de transmisión normalizada por unidad de concentración de azúcar (1/%). El mínimo límite de detección bajo esta configuración fue de 2.27 x 10-5 RIU (refractive index unit). Como parte de nuestra contribución mejoramos el rendimiento del dispositivo trabajándolo en el régimen de respuesta espectral logrando un mínimo límite de detección de 4.89 x 10-6 RIU. Los resultados presentados en esta tesis demuestran que el uso de los acopladores bicónicos de fibra óptica puede ser implementado para mediciones de cambios de IR, presentando una alta resolución y confiabilidad, además de todas las ventajas de trabajar con dispositivos hechos de fibras ópticas.