Resumen: En este trabajo se presenta la implementación de un sistema para el monitoreo de movimientos de tierra en masa conformado por un prototipo de perfil del suelo, una red de sensores fotónicos basados en rejillas de Bragg y un sistema de interrogación. El prototipo del suelo fue reproducido mediante materiales poliméricos que representan las capas del suelo, generalmente involucradas en eventos de deslizamientos de tierra. La red de sensores fue conformada por inclinómetros compuestos por barras cilíndricas de fibra de vidrio instrumentadas con sensores fotónicos basados en rejillas de Bragg, distribuidos de forma uniforme sobre el prototipo del suelo. El sistema de interrogación se compuso en sí mismo por un dispositivo interrogador empleado para capturar la información arrojada por los sensores en forma de desviaciones de la longitud de onda de Bragg, cuyos valores fueron relacionados posteriormente con las deformaciones de los inclinómetros mediante un algoritmo de procesamiento de señales, para arrojar resultados de la detección de movimientos. Los resultados experimentales muestran que el algoritmo analítico implementado puede generar un vector que indica la dirección de un eventual movimiento de tierra en masa a partir de la medida de deformaciones en los inclinómetros ópticos implementados con un error promedio de 3°. De acuerdo con los bajos niveles de error obtenidos, se demuestra que la propuesta de red de sensores fotónicos es una herramienta prometedora para el monitoreo de deslizamientos de tierra orientado a la disminución de los efectos socioeconómicos que causan los desastres naturales.

Abstract: In this article, we present the implementation of a system for mass ground motion monitoring consisting of a soil profile prototype, a photonic sensor network based on Bragg gratings, and an interrogation system. The soil prototype was reproduced using polymeric materials representing the soil layers generally involved in landslide events. The sensor network consisted of inclinometers composed of cylindrical fiberglass rods instrumented with photonic sensors based on Bragg gratings, evenly distributed over the soil prototype. The interrogation system itself was composed of an interrogator device used to capture the information yielded by the sensors in the form of Bragg wavelength deviations, whose values were subsequently related to the deformations of the inclinometers by means of a signal processing algorithm, to yield motion detection results. The experimental results show that the implemented analytical algorithm can generate a vector indicating the direction of an eventual mass ground motion from the measurement of deformations in the implemented optical inclinometers with an average error of 3°. According to the low error levels obtained, it is demonstrated that the proposed photonic sensor network is a promising tool for landslide monitoring oriented to the reduction of the socioeconomic effects caused by natural disasters.

ABSTRACT This paper presents the conceptual design for a new method for the suppression of OH emission lines at near-infrared (NIR) wavelengths by actively adjusting the aperiodic fiber optic Bragg gratings tension. First, we prepared an experimental study in which we simulated an OH emission line using a semiconductor laser at 1548.43 nm and a commercial FBG, with a Bragg wavelength of 1547.76 nm. We demonstrated that the grating Bragg wavelength can be adjusted by controlling the linear deformation of the fiber with a force in the range of 0 to 53.88 gf (0.528 N) that provides a sensitivity of 0.014 nm g −1. Second, we proposed the design of a system connected to the telescope instrumentation, with the different stages that would allow monitoring the suppression of emission lines.

RESUMEN Este trabajo presenta el diseño conceptual de un nuevo método para la supresión de líneas de emisión de OH en longitudes de onda del infrarrojo cercano (NIR) mediante el ajuste activo de la tensión de rejillas Bragg de fibra óptica aperiódicas. En primer lugar, realizamos un estudio experimental en el que simulamos una línea de emisión de OH utilizando un láser semiconductor a 1548.43 nm y una FBG de uso comercial, con una longitud de onda de Bragg de 1547.76 nm. Demostramos que la longitud de onda de Bragg de la rejilla puede ajustarse controlando la deformación lineal de la fibra con una fuerza en el intervalo de 0 a 53.88 gf (0.528 N) que proporciona una sensibilidad de 0.014 nm g −1. En segundo lugar, proponemos el diseño de un sistema conectado a la instrumentación del telescopio con las distintas etapas que permitirían monitorear la supresión de las líneas de emisión.

Abstract Results on experimental study on kinetics of fiber Bragg gratings formation in the standard telecom optical fiber SMF-28 at initial stage of irradiation are presented. For low fluence per pulse, it was found that the fast formation of color centers Ge(1) is a dominant mechanism of the refractive index change at initial stage for accumulated fluence of below 0.02 J/cm2 at the wavelength of 266 nm. At low fluence per pulse, the induced change of the refractive index does not depend on UV light intensity and saturates at a level of ∼ 2 × 10 - 6. Dominance of the Ge(1) color center mechanism in the FBG formation at the initial stage makes possible a cost-effective recording of large arrays of weak FBGs for sensors utilizing lasers of low energy per pulse.

Resumen Se presentan resultados de un estudio experimental sobre la cinética inicial de formación de rejillas de Bragg en una fibra óptica estándar de telecomunicaciones SMF-28. Se encontró que para un régimen de irradiación de bajo flujo luminoso por pulso, a una longitud de onda de 266 nm y con una dosis de irradiación acumulada inferior a 0.02 J/cm2, la formación de centros de color tipo Ge(1) es el mecanismo principal de cambio fotoinducido del índice de refracción. Dicho valor de cambio fotoinducido no depende de la intensidad de la luz y se satura rápidamente a ∼ 2 × 10 - 6. La dominancia de este mecanismo de fotosensibilidad en la etapa inicial de irradiación, hace que sea posible grabar, de forma económica, arreglos (redes) extensos de rejillas de Bragg de baja reflexión, utilizando láseres de baja energía por pulso.

A switchable dual wavelength fiber laser is proposed and experimentally demonstrated based on fiber Bragg gratings by using a linear cavity, adjusting the overlap on the Bragg gratings and the homogéneous gain broadening of the erbium doped fiber (EDF). The single or dual lasing wavelength can be also obtained by matching the wavelength of the Bragg gratings.

Un laser de fibra con emisión de longitud de onda dual seleccionable es propuesto y demostrado experimentalmente basado en rejillas de Bragg de fibra usando una cavidad lineal, ajustando el traslape de las rejillas de Bragg y el ancho de banda homogéneo de línea de ganancia de la fibra dopada con erbio (EDF, Erbium-doped fiber). La sola o dual longitud de onda es obtenida igualando la longitud de onda de las rejillas de Bragg.

In recent years the need to monitor different parameters has led to the development of several architectures able to make real time, un-attended measurements. Particularly in regard to environmental issues, it is very important that the equipment and measuring systems be small and light to avoid maximum interference of the ecosystems studied. In this context, optical fibre sensors have become extremely attractive for use in natural environments to monitor different parameters of biological interest, due to their intrinsic small weight and size and low reactivity to chemical and biological parameters. In this paper we present an innovative and technologically advanced system for the simultaneous measurement of temperature and salinity based on optical fibre Bragg grating sensors and on an optical sensing cable especially designed for large-scale and distributed or quasi-distributed measurements. A prototype of this optical cable was installed in the Mira Channel at Ria de Aveiro, Portugal. Temperature variation during three weeks from 4 to 23 June 2002 is investigated and presented here.

En años recientes la necesidad de monitorear diferentes parámetros condujo al desarrollo de diversas arquitecturas capaces de hacer mediciones en tiempo real, de manera automatizada. Particularmente cuando se trata de parámetros ambientales es muy importante que equipos y sistemas de medición sean pequeños y ligeros para evitar al máximo la interferencia con los ecosistemas estudiados. En este contexto, los sensores de fibra óptica han resultado muy atractivos para monitorear diferentes parámetros de interés biológico en ambientes naturales gracias a sus reducidos peso y tamaño, y a su baja reactividad hacia parámetros químicos y biológicos. En este artículo se presenta un sistema innovador y tecnológicamente avanzado para la medición simultánea de temperatura y salinidad, basado en sensores de fibra óptica con rejillas de Bragg y un cable de fibra óptica especialmente diseñado para mediciones a gran escala y distribuidas o quasi-distribuidas. En este trabajo se presentan los resultados obtenidos de investigar la variabilidad térmica mediante un prototipo de este cable óptico que fue instalado en el Canal de Mira de la Ría de Aveiro (Portugal) durante tres semanas entre el 4 y el 23 de junio de 2002.

In this work we present a new method for such a non-trivial problem as the synthesis of optical filters based on non-uniform Long-Period Fiber Gratings (LPGs). The method is based on a real-coded genetic algorithm (GA) with a new quasi-analytical procedure for solving the Zakharov-Shabat Inverse Problem. The method possesses an improved computational stability compared to classic numerical algorithms. The main peculiarity of the non-uniform LPG transmission gratings, compared to the Bragg gratings, is that their optical fields oscillate rapidly. However, the quasi-analytical approach proposed allows one to reduce to a minimum the number of sampling points, without, at the same time, losing accuracy in the solution, i.e. the method possesses an improved efficiency. The algorithm convergence was also improved by using the relations of the law of conservation of energy between the interacting waves. It has been shown that the algorithm works adequately even for the case of strongly over-coupled co-propagating lightwave modes, as we demonstrate in several examples of the synthesis of ultra-wide pass-band optical filters (FWHM of 100-200 nm).

En este trabajo presentamos un nuevo método para un problema no-trivial como la síntesis de filtros ópticos basados en rejillas de periodo largo (Long-Period Fiber Gratings o LPGs) no uniforme. El método esta basado en un código de algoritmo genético real (GA) con un nuevo procedimiento cuasi-analítico para la solución del problema inverso de Zakharov-Shabat. El método posee un estabilidad de computo mejorada compara con los algoritmos numéricos clásicos. La principal peculiaridad de la no uniformidad de las rejillas de transmisión LPG, comparado con las rejillas de Bragg, es que sus campos ópticos oscilan rápidamente. Sin embargo, la aproximación cuasi-analítica propuesta permite reducir al mínimo el número de puntos muestreados, pero, al mismo tiempo, no pierde la precisión en la solución, es decir, el método posee una eficiencia mejorada. La convergencia del algoritmo también fue mejorada usando las relaciones de la ley de conservación de la energía entre las ondas que interactúan. Esto ha mostrado que el algoritmo trabaja adecuadamente aun para los casos de modos de ondas luminosas de más fuerte co-propagación sobre acoplada, como se demuestra en varios ejemplos en la síntesis de filtros de banda de paso óptica ultra-ancha (FWHM de 100-200nm).

We show an optical fiber laser sensor which consist of two cavities coupled and three fiber Bragg gratings. We used one Bragg grating (called reference) and two Bragg gratings (called sensors), which have the lower reflection wavelength. The reference grating with the two sensors grating make two cavities: first one is the internal cavity which has 4230 m of length and the another one is the external cavity which has 4277 m of length. Measuring the laser beating frequency for a resonance cavity and moving the frequency peaks when the another cavity is put in resonance, we prove that the arrangement can be used as a two points sensor for determining the difference of temperature or stress between these two points.

En este trabajo se presenta un láser de fibra (óptica formado por 2 cavidades acopladas y construidas con 3 rejillas de Bragg de fibra óptica. Se utiliza una rejilla de referencia y dos rejillas sensoras que tienen menor longitud de onda de reflexión. La rejilla de referencia con las dos rejillas sensoras forman dos cavidades: una interna con longitud de 4230 metros y una externa con longitud de 4277 metros. Midiendo la frecuencia de espaciamiento intermodal para una cavidad en resonancia y desplazando estos picos de frecuencia al hacer resonar gradualmente a la otra cavidad, se demuestra que es posible utilizar este arreglo como un sensor en dos puntos, así como la posibilidad de determinar la diferencia en temperatura o tensión a la que se hallan estos dos puntos.

For early warning and alarm systems, it is required to detect appearance of the monitored parameter, such as temperature or strain, within some predetermined interval. A system must generate an alarm signal when the monitored parameter approaches near or crosses the limit of the dangerous zone. For such applications, we propose a simple distributed sensor based on a large array of equal Bragg gratings. An interrogation of the sensor is performed at a fixed wavelength. We discuss a principle of operation of the sensor and present results of experimental demonstration of this technique for distributed detection of excess strain.

Algunas aplicaciones sólo requieren que la variable en observación sea detectada dentro de un intervalo preestablecido, mediante un sistema de advertencia temprana o de alarma. Estos sistemas deben generar una señal de alarma cuando la variable de monitoreo se aproxime o cruce el límite de la zona de peligro. En este trabajo se propone un sensor distribuido, basado en un arreglo de rejillas de Bragg iguales, así como una técnica para interrogar al sensor utilizando una sola longitud de onda de prueba. Se discute el principio de operación del sensor y se presentan resultados experimentales de esta técnica para la detección distribuida de exceso de esfuerzo.

We report the operation of a fiber laser sensor made by an Erbium Doped Fiber pumped at 980nm, an 8,67km passive fiber and two fiber Bragg gratings placed at the ends of the laser cavity. Under normal conditions, the Bragg gratings have different reflection wavelengths and laser emission is not generated. The two Bragg gratings can be placed at the same reflection wavelength when the Bragg grating with the lowest reflective wavelength is strained which can be used as a sensor element. The laser generation thus shows that the Bragg grating is under strain. Furthermore, our configuration gives us the possibility for knowing the distance between two Bragg gratings when the laser beating frequency is measured. A measurement precision better than 25m in 8,67Km is shown to be feasible.

Se reporta la operación de un sensor láser de fibra (óptica formado por una fibra dopada con erbio bombeada a 980nm, 8,67km de fibra pasiva y dos rejillas de Bragg colocadas en los extremos de la cavidad láser. Bajo condiciones normales, las rejillas tienen distintas longitudes de onda de reflexión y no hay generación de emisión láser. Las dos rejillas pueden ser puestas a la misma longitud de onda de reflexión, sometiendo a tensión a la rejilla con longitud de onda de reflexión menor, la cual se usa como el elemento sensor. La generación láser muestra que la rejilla está bajo tensión. Además nuestra configuración nos da la posibilidad de conocer la distancia entre las rejillas midiendo la frecuencia de espaciamiento entre modos del láser. En este trabajo se demuestra que puede ser alcanzada una distancia mínima de 25m entre rejillas de Bragg consecutivas cuando se analiza el octavo armónico detectado por un analizador de RF.