Docente e físico doutorado pela Unicamp assinam capítulo de livro que trata da aplicação das fibras ópticas com estruturas simplificadas

Jonas Osório, quando ainda fazia o doutorado no IFGW
Jonas Osório, quando ainda fazia o doutorado n o IFGW-Unicamp

Os físicos Jonas Henrique Osório e Cristiano Monteiro de Barros Cordeiro são os autores de um capítulo do livro Application of Optical Fibre for Sensing, publicado no final de 2018 pela a editora IntechOpen. No texto, os pesquisadores abordam o conceito de utilização de fibras ópticas com estruturas simplificadas para o desenvolvimento de diferentes tipos de sensores. O capítulo traz os principais dados da tese de doutoramento de Osório, que foi defendida no Instituto de Física Gleb Wataghin (IFGW) da Unicamp, sob a orientação de Cordeiro. Na entrevista que segue, Osório, que atualmente faz o pós-doutorado no XLIM Instiute, vinculado à Université de Limoges (França), explica o que é uma fibra óptica de estrutura simplificada e quais as suas potenciais aplicações.

O capítulo publicado tem relação com a pesquisa desenvolvida durante a sua tese de doutorado, que na época rendeu um artigo publicado pela Scientific Reports, revista científica do Grupo Nature? 

Sim, o artigo publicado em 2017 se insere no contexto do capítulo publicado em 2018 O capítulo, no entanto, aborda o conceito da utilização de fibras ópticas com estruturas simplificadas - que chamamos de design minimalista - de maneira mais ampla, aplicando-as para outros tipos de sensores além do reportado no artigo de 2017. É válido dizer que o capítulo traz de maneira mais compacta os principais resultados presentes em minha tese de doutorado, defendida em julho de 2017.

O que o artigo publicado em 2017 propunha de novo?

No artigo publicado em 2017, propomos e demonstramos que a utilização de uma nova fibra - que chamamos de fibra capilar com núcleo embutido, ou embedded-core fiber - era capaz de fornecer alta sensibilidade para realização de sensoriamento de pressão. Esta fibra consiste de uma fibra capilar [espécie de tubo] com uma região dopada com germânio na parede deste capilar. É nesta região dopada com germânio, chamada de núcleo, que a luz se propaga. No artigo de 2017, mostramos que uma das propriedades da luz que se propaga pela embedded-core fiber - propriedade esta chamada de birrefringência - é altamente dependente das condições de pressão à qual a fibra é submetida. A variação da birrefringência em função de variações de pressão pode ser medida opticamente. Isto nos permitiu demonstrar um sensor de pressão de alta sensibilidade realizado a partir de uma fibra de estrutura simplificada.

fotos Scarpa
O professor Cristiano Cordeiro, coautor do capítulo do livro

Por que esta fibra é considerada “simplificada”?

Nós classificamos a embedded-core fiber como uma fibra de estrutura simplificada pois, geralmente, as fibras que permitem construir sensores de pressão com alta sensibilidade possuem designs sofisticados. Normalmente, essas fibras possuem um arranjo de buracos que correm longitudinalmente ao longo de todo o comprimento da fibra. Tal estrutura complexa faz com que estas fibras tenham processos de fabricação que exigem grande esforço técnico. A fibra embedded-core, por ser essencialmente uma fibra capilar, tem um processo de fabricação simplificado e que pode ser concluído com mais facilidade. O capítulo, por sua vez, aborda este tema da utilização de fibras ópticas com estruturas simplificadas a partir de um panorama mais amplo. No capítulo, discutimos três dessas fibras, a saber, a fibra capilar com núcleo superficial [surface-core fiber], embedded-core fiber e fibras capilares feitas a partir de material polimérico [PMMA, polimetil-metacrilato]. Todas elas possuem método de fabricação simplificado em comparação com outras fibras microestruturadas. No capítulo, mostramos que tais fibras consistem em ótimas oportunidades para a construção de sensores de uma grande variedade de parâmetros tais como pressão hidrostática, temperatura, índice de refração e curvatura. Dessa forma, identificamos nossa abordagem como uma nova avenida para a obtenção de sensores baseados em fibras ópticas.

Pode fornecer mais detalhes sobre como o design dessas fibras é simplificado?

Uma das possíveis alternativas para se tornar uma fibra óptica sensível a algum parâmetro de interesse consiste na utilização das chamadas fibras microestruturadas. Tais fibras possuem normalmente arranjos de buracos que correm longitudinalmente ao longo da fibra e conferem as mesmas propriedades que a permitem monitorar variações de parâmetros externos. Um exemplo de aplicação de tais fibras é a área de sensoriamento de pressão. Nesse contexto, normalmente, planeja-se fibras dotadas de microestruturas capazes de prover uma distribuição assimétrica de esforços no interior da fibra quando da aplicação de pressão sobre a mesma. Isso implica em variações em uma propriedade óptica chamada de birrefringência. As medidas ópticas permitem mensurar tal variação e relacioná-la às variações de pressão a fim de se construir o sensor. No entanto, apesar de tais fibras permitirem a realização de medidas de sensoriamento com excelente performance, os designs utilizados são muito sofisticados. Isso demanda ao pesquisador muito esforço técnico quando da fabricação de tais fibras. Tal processo envolve uma delicada preparação de amostras e uma série de puxamentos em uma torre de fabricação de fibras ópticas. É nesse contexto que se insere a nossa abordagem. As fibras descritas no capítulo possuem estruturas muito menos complexas do que as fibras microestruturadas antes reportadas. Por conseguinte, nossas fibras possuem processo de fabricação mais simples, o que permite ganho de tempo do ponto de vista da fabricação. Ademais, mesmo com design simplificado, nossas fibras oferecem alta sensibilidade para a realização de medidas de sensoriamento, sensibilidade esta que pode ser da mesma ordem ou maiores do que os valores reportados para as fibras mais sofisticadas.

Atualmente, você faz o pós-doutorado na França. A que instituição está vinculado? Está dando continuidade às pesquisas do doutorado?

Atualmente, tenho uma posição de pesquisador de pós-doutorado no XLIM Instiute, vinculado à Université de Limoges, França. Meu tema de pesquisa atual continua na área de fibras ópticas, mas não estou pesquisando aplicações de sensoriamento. Minha pesquisa atual versa sobre estudo de fibras ópticas ocas - chamadas de hollow-core photonic-crystal fibers - para a transmissão de luz no espectro visível e ultravioleta.

O fato de você estar atuando na França pode contribuir para o estabelecimento de futuras parcerias científicas entre pesquisadores franceses e da Unicamp?

Certamente sim. O fato de atuar em um novo grupo permite, além de desenvolver novas habilidades e conhecimentos, conhecer novos pesquisadores e potenciais colaboradores. Isto, no futuro, poderá contribuir com o estabelecimento de parcerias de pesquisas entre a Unicamp e pesquisadores daqui.

Leia o capítulo na íntegra

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Fibras ópticas com estruturas simplificadas podem ser aplicadas no desenvolvimento de sensores
Fibras ópticas com estruturas simplificadas podem ser aplicadas no desenvolvimento de sensores