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Ultra-long (275 km) random distributed feedback fiber laser for remote sensor monitoring
(Optical Society of America, 2018) Miguel Soto, Verónica de; Leandro González, Daniel; López-Amo Sáinz, Manuel; Ingeniaritza Elektrikoa, Elektronikoaren eta Telekomunikazio Ingeniaritzaren; Institute of Smart Cities - ISC; Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación; Universidad Pública de Navarra / Nafarroako Unibertsitate Publikoa
An interferometric sensor located 275 km away from the monitoring station has been interrogated by a double-pumped random distributed feedback fiber laser, reaching the longest distance in fiber optic remote sensing reported up to date.
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New multiplexing structures for fiber optic sensors
(2016) Leandro González, Daniel; López-Amo Sáinz, Manuel; Díaz Lucas, Silvia; Ingeniería Eléctrica y Electrónica; Ingeniaritza Elektrikoa eta Elektronikoa
El campo de la fibra óptica ha sufrido una rápida evolución durante las últimas décadas debido a sus buenas prestaciones en aplicaciones de telecomunicaciones. Aprovechando este avance científico y técnico en componentes fotónicos, los sensores de fibra óptica han emergido como una solución flexible para solventar algunas de las principales limitaciones sufridas por los sensores convencionales. Por ejemplo, la fibra óptica es químicamente inerte y electromagnéticamente pasiva. Por lo tanto, puede trabajar en entornos explosivos como depósitos de combustible, o con campos eléctricos intensos. Otra cualidad importante de los sensores de fibra óptica es que son compactos, pequeños, ligeros e inducen un bajo ruido de intensidad. Estas propiedades se han aprovechado en diferentes aplicaciones, siendo particularmente exitosos los giróscopos de fibra óptica y las soluciones basadas en redes de difracción de Bragg. Se han presentado hasta la fecha numerosos planteamientos para interrogar sensores de fibra óptica, utilizando diferentes mecanismos de transducción, técnicas de multiplexación o interrogación, etc. Sin embargo, todavía quedan algunos aspectos que mejorar. Posiblemente, el mayor inconveniente de los sensores de fibra, comparados con otras tecnologías asentadas, sea su coste relativamente alto. Teniendo esto en cuenta, las técnicas de multiplexación de sensores son especialmente importantes debido a que supone la reducción del coste por cada sensor. Se pueden utilizar diferentes técnicas de multiplexación dependiendo del tipo de sensor y de los requisitos de la aplicación. Por ejemplo, las redes de difracción de Bragg son especialmente adecuadas para utilizarse en multiplexación por longitud de onda, mientras que los sensores interferométricos normalmente requieren soluciones más complejas. Además de reducir el coste, hay otros factores de los sensores de fibra óptica que pueden mejorarse, como la relación señal-ruido, la resolución, la estabilidad y la interrogación remota a largas distancias entre otros. En este contexto, esta tesis pretende contribuir al desarrollo de nuevas redes de sensores, haciendo especial hincapié en nuevas técnicas y topologías de multiplexación. De esta manera, se han multiplexado sensores interferométricos y redes de difracción Bragg siguiendo nuevos esquemas. Estas redes incluyen diferentes planteamientos, que pueden dividirse en dos grandes grupos: redes pasivas con multiplexación de sensores interferométricos y redes activas basadas en láseres de fibra. Además de las técnicas de multiplexación, también se han explorado otras alternativas, como la operación mono-frecuencia, la interrogación remota a largas distancias o la realización de medidas de alta resolución. Asimismo, se han analizado las capacidades de los láseres de fibra con reflectores distribuidos random para interrogación de sensores.
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Microdrilled tapers to enhance optical fiber lasers for sensing
(Nature Research, 2021) Pérez Herrera, Rosa Ana; Bravo Acha, Mikel; Roldán Varona, Pablo; Leandro González, Daniel; Rodríguez Cobo, Luis; López Higuera, José Miguel; López-Amo Sáinz, Manuel; Ingeniaritza Elektrikoa, Elektronikoaren eta Telekomunikazio Ingeniaritzaren; Institute of Smart Cities - ISC; Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación; Universidad Pública de Navarra / Nafarroako Unibertsitate Publikoa
In this work, an experimental analysis of the performance of different types of quasi-randomly distributed reflectors inscribed into a single-mode fiber as a sensing mirror is presented. These artificially-controlled backscattering fiber reflectors are used in short linear cavity fiber lasers. In particular, laser emission and sensor application features are analyzed when employing optical tapered fibers, micro-drilled optical fibers and 50 μm-waist or 100 μm-waist micro-drilled tapered fibers (MDTF). Single-wavelength laser with an output power level of about 8.2 dBm and an optical signal-to-noise ratio of 45 dB were measured when employing a 50 μm-waist micro-drilled tapered optical fiber. The achieved temperature sensitivities were similar to those of FBGs; however, the strain sensitivity improved more than one order of magnitude in comparison with FBG sensors, attaining slope sensitivities as good as 18.1 pm/με when using a 50 μm-waist MDTF as distributed reflector.
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Quasi-distributed vibration analysis of a cantilever beam using OFDR and weak reflectors
(Optica Publishing Group, 2022) Leandro González, Daniel; Zhu, Mengshi; Wada, Daichi; Kasai, Tokio; Igawa, Hirotaka; López-Amo Sáinz, Manuel; Murayama, Hideaki; Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación; Institute of Smart Cities - ISC; Ingeniaritza Elektrikoa, Elektronikoaren eta Telekomunikazio Ingeniaritzaren
This work evaluates the performance of a quasi-distributed in-line velocimeter based on OFDR and weak reflectors to measure vibration every 10 cm, using a cantilever beam under free-end damping and during an impact-hammer test.
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Study of in-line capillary fiber sensor for uniaxial transverse deformation
(IEEE, 2024-08-06) Sánchez González, Arturo; Leandro González, Daniel; Dauliat, Romain; Jamier, Raphael; Roy, Philippe; Pérez Herrera, Rosa Ana; Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación; Ingeniaritza Elektrikoa, Elektronikoa eta Telekomunikazio Ingeniaritza; Institute of Smart Cities - ISC; Universidad Pública de Navarra / Nafarroako Unibertsitate Publikoa, PJUPNA06-2022
This research explores the impact of cyclic uniaxial transverse deformation on an in-line hollow-core fiber etalon. The structure consists of a 6 mm long section of capillary fiber spliced between two standard single-mode fibers. The optical response of the structure is theoretically analyzed in spectral and transformed domains, evidencing Fabry-Perot and antiresonant interferometric mechanisms. A validation of the theoretical behavior is carried out both through simulation and experimentation. The performance of the structure for uniaxial transverse deformation is subsequently evaluated by tracking the phase of the main component in the transformed domain. The relevance of measuring in the time domain is discussed, demonstrating improved accuracy over wavelength shift and inverse spatial domain methods. Several sensors with different internal diameters underwent cycles of transverse deformation, revealing robust linear trends in every case. On average, the structure demonstrated elastic behavior under deformations up to 42 μm, with a mean sensitivity of 0.174 rad/μm, and mechanical breakage taking place at 58 μm. The results confirmed the suitability of the sensor to withstand uniaxial micro-displacements or pressures, with smaller inner diameter capillary fibers showing the best performance.
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Multiplexación de sensores remotos mediante estructuras láser de fibra óptica
(2010) Leandro González, Daniel; López-Amo Sáinz, Manuel; Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales y de Telecomunicación; Telekomunikazio eta Industria Ingeniarien Goi Mailako Eskola Teknikoa; Ingeniería Eléctrica y Electrónica; Ingeniaritza Elektrikoa eta Elektronikoa
En este proyecto final de carrera se desarrolla en primer lugar una red de sensores remota para larga distancia utilizando ganancia Raman y Brillouin. El sistema se basa en un láser de fibra con sensores FBG remotos, realizándose la medida en el medio eléctrico mediante heterodinaje. Se alcanzan inicialmente 100 km con cuatro sensores conectados en serie. Esa distancia finalmente se aumenta hasta los 155 km donde también se incluye amplificación mediante fibra dopada con erbio. Todo este estudio desemboca en el diseño de un sistema de medida y el estudio de los diferentes problemas que surgen en la interrogación a larga distancia. En la segunda parte del proyecto se estudia un láser de fibra de dos líneas en régimen monomodo con configuración en anillo y amplificación mediante fibra dopada con erbio. Se basa en un montaje ya conocido, sobre el cual se realizan numerosas pruebas y modificaciones. Los resultados obtenidos se estudian y analizan para buscar las causas de la operación en régimen monomodo del sistema. Finalmente se realiza un estudio económico del proyecto final de carrera y se muestran las principales características del material utilizado.
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WDM and TDM interrogation by sequentially pulsing direct modulated DFBs
(Optica, 2020) Pérez González, Asier; Bravo Acha, Mikel; Leandro González, Daniel; Pérez Herrera, Rosa Ana; López-Amo Sáinz, Manuel; Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación; Ingeniaritza Elektrikoa, Elektronikoaren eta Telekomunikazio Ingeniaritzaren; Institute of Smart Cities - ISC
A new versatile and cost-effective interrogation system by pulsing direct modulated (DM) DFB laser diodes is proposed. 1 pm wavelength resolution and 600 m sensor spacing is demonstrated by sequentially pulsing a DM DFB.
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Real-time FFT analysis for interferometric sensors multiplexing
(IEEE / OSA, 2015) Leandro González, Daniel; Bravo Acha, Mikel; Ortigosa Cayetano, Amaia; López-Amo Sáinz, Manuel; Ingeniería Eléctrica y Electrónica; Ingeniaritza Elektrikoa eta Elektronikoa
In this paper, a theoretical and experimental study of two interferometric sensor multiplexing schemes has been carried out by means of the fast Fourier transform (FFT) analysis. This work addresses one of the main drawbacks of photonic crystal fiber (PCF) sensors, that is, its multiplexing capability. Using a commercial optical interrogator combined with a simple FFT measurement technique, the simultaneous real-time monitoring of several PCF sensors is achieved. A theoretical analysis has been performed where simulations matched with the experimental results. For the experimental verification, highly birefringent (HiBi) fiber sections that operated as sensing elements were multiplexed and tested in two configurations. Due to the FFT analysis, both multiplexing schemes can be properly interrogated by monitoring the FFT phase change at the characteristic spatial-frequency of each sensor. For this purpose a commercial interrogator and a custom Matlab program were used for computing the FFT and for monitoring the FFT phase change in real-time (1 Hz).
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Narrow-linewidth multi-wavelength random distributed feedback laser
(IEEE / OSA, 2015) Leandro González, Daniel; Rota Rodrigo, Sergio; Ardanaz, Diego; López-Amo Sáinz, Manuel; Ingeniería Eléctrica y Electrónica; Ingeniaritza Elektrikoa eta Elektronikoa
In this work, narrow-band emission lines are generated by means of two random distributed feedback fiber laser schemes. Spectral line-widths as narrow as 3.2 pm have been measured, which significantly improves previous reported results. The laser is analyzed with the aim of obtaining a spectral line-width as narrow as possible. Additionally a variation of this setup for multi-wavelength operation is also validated. Both schemes present a simple topology that use a combination of phase-shifted fiber Bragg gratings and regular fiber Bragg gratings as filtering elements.
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Ultra-long (290 km) remote interrogation sensor network based on a random distributed feedback fiber laser
(Optical Society of America, 2018) Miguel Soto, Verónica de; Leandro González, Daniel; López-Amo Sáinz, Manuel; Ingeniaritza Elektrikoa eta Elektronikoa; Institute of Smart Cities - ISC; Ingeniería Eléctrica y Electrónica; Universidad Pública de Navarra / Nafarroako Unibertsitate Publikoa
In this work, an interferometric sensor has been interrogated 290 km away from the monitoring station, reaching the longest distance in fiber optic sensing up to date. This has been attained by employing a double-pumped random distributed feedback fiber laser as the light source for a fiber optic low-coherence interferometry scheme. Additionally, the capability of the system to achieve coherence multiplexing for ultra-long range measurements (up to 270 km) has been proved, without presenting crosstalk between the sensors. The use of coherence multiplexing together with a random distributed feedback fiber laser addresses two of the main limitations of long-range sensing setups: their limited multiplexing capability and the need to reach the maximum monitoring distance.