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In this work, the development of several hybrid optical fiber sensors based on hollow core fibers was aimed. The sensing structures enhanced multiple interferometers in a single sensing cavity, which were monitored towards simultaneous measurement of multiple parameters. Firstly, a study was carried out over the different interferometers that arise in a section of silica capillary tube (SCT) spliced between two single mode fibers (SMF). The Fabry-Perot interferometer (FPI), antiresonant guidance (AR) and the Mach-Zehnder interferometer (MZI) were explored. The first hybrid sensor fabricated was based on the SMF-SCT-SMF structure with access channels instilled on the fiber with two methods that allowed the fabrication of an up to two-access channel sensor. The sensor was characterized to pressure and temperature in a reflection scheme, enhancing an FPI and AR for a 2 mm sensor. Different sensitivities were attained for both interferometers, thus the simultaneous measurement of the parameters under study was proposed. A different explored configuration was the balloon-like fiber sensor with the SMF-SCT-SMF configuration. This structure was bent in a balloon shape with the SCT in the top-center position. The 1.2 cm SCT length sensor was studied in a transmission configuration with a 4 cm balloon-length, enhancing AR guidance as well as an MZI, which was enforced by the bending derived from the balloon structure. Simultaneous measurement of displacement and temperature was achieved for the MZI and AR. Additionally, an access channel was instilled in the SCT, and the balloon-like sensor was sensitive to pressure for both components. Finally, a configuration based on a SMF-hollow square core fiber-SCT was developed and studied in a reflection scheme. A 439 μm long hollow square core fiber was able to excite three distinct FP cavities in a single sensing element. The different modes were monitored towards several physical parameters by using the Fourier band-pass filter method. The sensor was able to achieve a multiparameter simultaneous measurement of pressure, temperature, and curvature, for a certain fixed rotation. All the studied inline sensors all revealed potential hybrid application for simultaneous measurement of several parameters while constituting a single sensing head. The sensors possess reduced dimensions, high robustness, and simple configurations, making them great contenders for their implementation on several applications. Neste trabalho foram desenvolvidos vários sensores híbridos em fibra ótica baseados em fibras de núcleo oco. Num só elemento sensor foram excitados vários interferómetros que foram monitorizados para a medição simultânea de múltiplos parâmetros. Primeiramente, um estudo foi desenvolvido sobre os interferómetros excitados numa secção de tubo de sílica fundida entre duas fibras monomodo. Foram explorados os interferómetros de Fabry-Perot (FP), propagação por antirressonância (AR), e de Mach-Zehnder (MZ). O primeiro sensor híbrido desenvolvido foi baseado na fusão de um tubo capilar de sílica entre duas fibras monomodo onde se adicionaram canais de acesso através de dois métodos diferentes, tendo sido possível obter sensores com até dois canais de acesso. Foi feita a caracterização à pressão e temperatura de vários sensores com diferentes comprimentos onde se observam simultaneamente FP e AR. Foi feita uma proposta para medição simultânea dos dois parâmetros devido às diferentes sensibilidades dos interferómetros. Uma outra configuração foi explorada onde o sensor foi curvado num formato balão, com o tubo capilar na posição superior central do mesmo balão. Num esquema em transmissão, um sensor com 1.2 cm num balão com 4 cm de comprimento apresentou AR e excitou um interferómetro de MZ forçado pela curvatura induzida pelo balão. A medição simultânea de deformação e temperatura foi obtida para a AR e MZ. Adicionalmente, foi criado um canal de acesso no capilar que permitiu deteção de pressão para ambos os interferómetros. O último sensor desenvolvido foi baseado numa fibra de núcleo quadrado oco fundida entre uma fibra monomodo e um tubo capilar de sílica. Em reflexão, um sensor com 439 μm permitiu a excitação de três cavidades de FP distintas num só elemento sensor. Os vários modos foram monitorizados a vários parâmetros físicos através do método de filtros passa-banda de Fourier. O sensor foi proposto para medição simultânea de pressão, temperatura e curvatura, para uma certa rotação fixa. Os dispositivos fabricados contendo apenas um elemento sensor revelaram possíveis aplicações como sensores híbridos para medição simultânea de vários parâmetros. Os sensores possuem tamanho reduzido e alta robustez, juntamente com configurações simples, tornando-os excelentes candidatos para a sua implementação em várias aplicações. Mestrado em Engenharia Física |
