Fibra óptica plana con geometría innovadora multiplica por mil la precisión en la detección de presión

Los avances en la tecnología de fibra óptica no se limitan solo a la capacidad de transmisión de datos. Recientemente, un grupo de científicos del KTH Royal Institute of Technology y la Universidad de Southampton ha logrado una innovación sustancial al rediseñar la fibra óptica, no como un mero conducto, sino como un sensor de presión de una precisión sin precedentes. Este nuevo tipo de fibra, denominada HARFF (High Aspect Ratio Flat Fiber), abandona la familiar sección transversal circular en favor de una forma delgada y cuadrilátera, que le confiere una sensibilidad hasta 1.000 veces mayor que sus contrapartes convencionales.

La geometría no es un detalle menor; es la clave de su funcionalidad. Al alterar la forma en que el vidrio se dobla y deforma bajo tensión, los investigadores pueden ajustar la fibra para aplicaciones de detección muy específicas. Esta configuración inusual dota a la fibra de propiedades mecánicas marcadamente diferentes según la dirección en que se aplique la flexión, y la inclusión de canales de aire internos permite un control aún más fino sobre cómo se deforma la fibra bajo presión.

La fabricación de estas fibras HARFF representa también una mejora significativa. A diferencia de enfoques anteriores para fibras planas que implicaban el mecanizado o colapso de preformas redondas, limitando las relaciones de aspecto y el control preciso de la geometría interna, la nueva técnica emplea un proceso de apilado y estirado (stack-and-draw) combinado con procesamiento láser. Esto permite la construcción de características internas, como los mencionados canales de aire, con un control exacto sobre su tamaño y ubicación, produciendo fibras de más de 100 metros con dimensiones que van de micrómetros de espesor a milímetros de anchura.

Para validar su enfoque, el equipo construyó un sensor de presión HARFF microestructurado de 80 micrómetros de espesor y 655 micrómetros de ancho. Este prototipo, que incorporaba una cavidad Fabry-Perot basada en una red de Bragg grabada con láser, logró una resolución de presión en el orden de kilopascales de un solo dígito utilizando equipos de interrogación óptica estándar. Esta mejora representa hasta tres órdenes de magnitud en comparación con sensores similares fabricados con fibra de sílice comercial. Además, el diseño demostró una notable estabilidad térmica, ya que los cambios de temperatura contribuyeron menos del 1% a la respuesta de presión, un factor crítico para distinguir con fiabilidad las variaciones de presión de las fluctuaciones ambientales.

El potencial de aplicación de esta tecnología es amplio y diverso. Una de las posibilidades más prometedoras es la integración de sensores HARFF en estructuras compuestas, como aeronaves o infraestructuras críticas, para monitorizar la presión y la tensión internas en tiempo real. Su geometría plana también las hace idóneas para su uso dentro de baterías, donde los cambios inducidos por la expansión de los electrodos, la formación de gases o los eventos térmicos pueden ofrecer información vital sobre el estado de la celda. Dada su compatibilidad con los sistemas comerciales de fibra óptica existentes, la adopción de esta tecnología podría no requerir la sustitución completa de la infraestructura de detección actual. Los trabajos futuros explorarán la monitorización de la salud estructural, la detección distribuida y aplicaciones en microfluídica, fotónica planar y entrega de láser de alta potencia, entre otras áreas donde la forma circular tradicional de la fibra óptica ya no es la opción óptima.