Desarrollo de Sensores de Gases basados en dispositivos ópticos

Abstract

En el presente trabajo de tesis se desarrolló una configuración experimental implementada para sensar gases como el acetileno, en la que se utilizaron tres tipos de fuentes de amplio espectro; ruido ASE, un diodo superLuminiscente (SLD) y una fuente de SuperContinuo (SC). El principio de este sensor se basa en la técnica de espectroscopia de absorción para detectar picos de absorción del gas acetileno. Debido a que es un gas altamente inflamable, se propuso desarrollar un método para sensar este tipo de gas; Se fabricó un dispositivo (celda de gas), determinándose el material y las dimensiones apropiadas. Se analizaron diferentes configuraciones para el desarrollo y funcionamiento del sensor; los materiales se seleccionaron considerando las condiciones de operación. De acuerdo a las posibilidades que las distintas técnicas de fabricaciones ofrecen, se propusieron las dimensiones. Las configuraciones son similares a algunas ya existentes, aunque con modificaciones que permiten detectar este tipo de gas. El principio de funcionamiento se eligió con base en el análisis de una amplia variedad de alternativas reportadas en la literatura científica. Los láseres de fibra implementados se desarrollaron utilizando rejillas de periodo largo e interferómetros Mach Zehnder de fibra de núcleo delgado, o del tipo core-offset recubierta de aluminio. Los mejores resultados los obtuvimos utilizando rejillas de periodo largo fabricadas en una máquina de CO2 modelo (LZM-100), así como interferómetros tipo Mach Zehnder de tipo core-offset con recubrimiento de aluminio. En conclusión, usando una técnica convencional se logró sensar tanto los picos de absorción del gas acetileno, como los de vapor de agua. Los picos de absorción del gas acetileno estuvieron en la región de 1510 nm a 1540 nm, los de vapor de agua estuvieron en la región de 1350 a 1360 nm. En la implementación de los láseres de fibra se logró obtener: en el caso de las rejilllas de periodo largo un láser con Relación de Supresión de Modo Lateral (SMSR, side mode suppression ratio) de 60 dB y un ancho de línea de 0.05 nm, y con el interferómetro Mach Zehnder recubierto de aluminio un SMSR de 55 dB; 55 dB; en los dos casos la estabilidad espectral durante una hora fue menor a 0.02 nm; mientras que las variaciones de potencia resultaron inferiores a 0.02 nm. Estas cualidades permitirán más adelante la implementación de un sensor óptico.