Un nuovo tipo di sensore in fibra ottica, in grado di misurare deformazioni o variazioni di temperatura con una precisione mai raggiunta prima d’ora, è stato realizzato dall’Istituto nazionale di ottica del Consiglio nazionale delle ricerche (Ino-Cnr) di Pozzuoli e di Firenze. I risultati della ricerca sono stati pubblicati su Science e ScienceExpress (http://www.sciencemag.org). Tra le possibili applicazioni di tale sensore, in vulcanologia, la misurazione di temperature e deformazioni del suolo a profondità mai toccate.

“I livelli di sensibilità raggiunti dai nostri sensori hanno consentito, per la prima volta, di determinare con estrema precisione variazioni di temperatura di poche decine di miliardesimi di grado e variazioni di lunghezza molto inferiori al raggio di un atomo”, spiega Paolo De Natale, direttore dell’Ino-Cnr e coautore della ricerca. “Siamo pertanto giunti a osservare i limiti ultimi imposti da quelli che gli studiosi definiscono le ‘imperfezioni’ della fibra ottica utilizzata come sensore. Per questo uso, la fibra viene inserita nel materiale da controllare”. Tra le applicazioni di tali sensori si segnalano, prosegue De Natale, “la possibilità di valutare con grande sensibilità e precisione le deformazioni delle rocce in aree sismiche, oppure eventuali deformazioni delle ali o di parti della fusoliera degli aeromobili, entro le quali vengono inserite le fibre”.

Altre possibili applicazioni riguardano settori molto diversi, come il controllo di strumenti di precisione, ad esempio per realizzare nanostrutture, o la vulcanologia. “In particolare”, spiega il direttore dell’Ino-Cnr, “nell’ambito di un esperimento di geofisica che avrà luogo a partire dalle prossime settimane nell’area dei Campi Flegrei (Napoli), in collaborazione con l’Osservatorio vesuviano dell’Istituto nazionale di geofisica e vulcanologia (Ingv) misureremo temperature di alcune centinaia di gradi e deformazioni delle rocce fino a profondità di alcuni chilometri. Si potranno così svelare le dinamiche di una delle aree vulcaniche più importanti al mondo”.

Per raggiungere questo risultato i ricercatori di Ino-Cnr hanno sviluppato, in collaborazione con l’European Laboratory for Non-Linear Spectroscopy (Lens) di Firenze, nuovi strumenti e metodologie per la spettroscopia atomica e molecolare, che sono stati per la prima volta applicate ai sensori in fibra. “Per realizzare tale scoperta abbiamo sfruttato il cosiddetto ‘generatore di pettini ottici di frequenza’, l’invenzione che ha portato all’assegnazione del premio Nobel per la Fisica nel 2005 a T. W. Haensch e J. L. Hall e che consente di misurare grande precisione piccolissime variazioni di frequenza, cioè il ‘colore’ della luce laser, dalla regione delle microonde fino all’ultravioletto, passando per lo spettro visibile all’uomo”, prosegue De Natale.

“Le fibre ottiche finora utilizzate per trasmettere informazioni nel settore delle telecomunicazioni possono pertanto essere usate anche per realizzare sensori capaci di misurare grandezze chimiche e fisiche, con performance prima inimmaginabili”. Questo primo risultato, conclude De Natale, “consentirà di sviluppare nuove tipologie di sensori ottici in grado di ridurre ulteriormente il limite raggiunto, determinato dalle imperfezioni della fibra, progredendo così verso misure ancora più sensibili”.

Fonte CNR