Cientistas japoneses alcançam resolução recorde em sensores de fibra óptica

Pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Shibaura e da Universidade Nacional de Yokohama desenvolveram um método inovador que estabelece novo recorde mundial em sensores de fibra óptica de acesso único, permitindo detectar variações de temperatura e deformação com precisão de até 6 milímetros.

A professora Heeyoung Lee, do Instituto de Tecnologia de Shibaura, e o professor Yosuke Mizuno, da Universidade Nacional de Yokohama, lideraram a equipe. Eles operaram na faixa de frequência próxima à largura de banda de Brillouin, antes considerada instável, conforme reportagem do Phys.org.

A supressão bem-sucedida de distorções de sinal tornou possível medições contínuas e confiáveis em escala milimétrica. Esse resultado era inédito para sistemas de fibra óptica com acesso por uma única extremidade.

Os sensores distribuídos de fibra óptica são essenciais para o monitoramento da integridade estrutural de grandes obras de engenharia. Diferentemente dos sensores pontuais, eles realizam medições ao longo de toda a extensão da fibra e detectam danos de forma precoce.

A resolução espacial sempre representou a principal limitação histórica desses dispositivos. Localizar com exatidão o ponto de mudança sem aumentar a complexidade do sistema era um desafio técnico persistente.

O método, conhecido como reflectometria de domínio de correlação óptica de Brillouin, injeta luz somente por uma extremidade da fibra. Essa abordagem simplifica a instalação e garante funcionamento mesmo em caso de danos no cabo.

Especialistas acreditavam que a operação próxima à largura de banda de Brillouin geraria instabilidades inevitáveis. A equipe japonesa investigou as causas das distorções e desenvolveu uma técnica avançada de processamento de sinal para eliminá-las.

Os pesquisadores mapearam os espectros medidos no domínio da frequência e removeram os componentes gerados pela modulação. Essa estratégia restaurou completamente a linearidade e a estabilidade do sinal obtido.

O experimento resultou em medições de temperatura e deformação com resolução espacial de 6 milímetros. Tal marca representa o melhor desempenho já documentado em sensores Brillouin de acesso único.

Durante os testes, o sistema identificou variações de temperatura confinadas a trechos milimétricos com precisão. Ele também detectou transições abruptas de tensão em segmentos curtos com propriedades ópticas diferentes.

Essa capacidade de detecção em escala ultrafina expande as possibilidades de aplicação em infraestrutura crítica. Pequenas anomalias podem ser identificadas antes que evoluam para falhas catastróficas em pontes, túneis e oleodutos.

A professora Heeyoung Lee afirmou que a região antes vista como proibida agora pode ser plenamente explorada. O novo método beneficia ainda o monitoramento de guias de onda ópticos, estruturas flexíveis e sistemas robóticos inspirados no sistema nervoso humano.

A demanda mundial por monitoramento em tempo real cresce com o envelhecimento das infraestruturas e a frequência de eventos climáticos extremos. A descoberta japonesa oferece simplicidade de instalação aliada a alta resolução e confiabilidade operacional.

O sistema se consolida como ferramenta estratégica para elevar a segurança na manutenção de infraestruturas ao redor do mundo. O estudo, assinado por Keita Kikuchi e colaboradores, foi publicado no Journal of Lightwave Technology.

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