| Tesis Doctorales de la Universidad de Alcalá |
| PRESTACIONES AVANZADAS Y APLICACIONES DE SISTEMAS BASADOS EN INTERFEROMETRÍA DE PEINE DUAL | | Autor/a | Escobar Vera, Camilo José | | Departamento | Electrónica | | Director/a | González Herráez, Miguel | | Codirector/a | Fernández Ruiz, María del Rosario | | Fecha de depósito | 30-07-2025 | | Periodo de exposición pública | 31 de julio a 11 de septiembre de 2025 | | Fecha de defensa | Sin especificar | | Modalidad | Presencial | | Programa | Electrónica: Sistemas Electrónicos Avanzados. Sistemas Inteligentes (RD 99/2011) | | Mención internacional | No | | Resumen | Las técnicas basadas en peines de frecuencia ópticos han emergido como herramientas transformadoras en fotónica, por su capacidad para realizar medidas espectrales y temporales con una combinación única de precisión, velocidad y eficiencia. Entre ellas, la interferometría de peine dual —dual-comb interferometry— ha impulsado avances en espectroscopía óptica, adquisición de señales ultrarrápidas y metrología de alta resolución. Su principio consiste en la interferencia entre dos peines de frecuencia con interlineados ligeramente desajustados, lo que permite compresión espectral y detección eficiente en radiofrecuencia, habilitando mediciones ópticas complejas con electrónica estándar.
A partir de este concepto general, esta tesis explora nuevas adaptaciones de la interferometría de peine dual a distintos entornos de medida. Primero, se presenta una configuración eficaz para el sensado espectral resuelto espacialmente, basada en una arquitectura electroóptica simple y robusta para la generación de peines duales, combinada con cámaras infrarrojas. Esta aplicación demuestra el potencial del peine dual más allá del análisis espectral convencional, permitiendo reconstruir mapas espaciales de temperatura con alta sensibilidad y resolución.
Por otro lado, la tesis aborda el desarrollo, validación y aplicación de la técnica de Reflectometría Óptica Sensible a la Fase en el Dominio de Tiempo Expandido (Time-Expanded Phase-Sensitive Optical Time-Domain Reflectometry, TE-ΦOTDR), que combina la interferometría de peine dual con el sensado distribuido en fibra óptica. Estos sensores se han consolidado en ámbitos como la monitorización estructural o los sistemas de alerta, al ofrecer miles de puntos de medida a lo largo de grandes distancias. Entre las tecnologías más relevantes destacan ΦOTDR (Reflectometría Óptica en el Dominio del Tiempo Sensible a la Fase), por su largo alcance y adquisición dinámica, y OFDR (Reflectometría Óptica en el Dominio de la Frecuencia), por su resolución milimétrica. Sin embargo, ninguna de ellas consigue combinar simultáneamente alta resolución espacial, gran alcance y elevada tasa de muestreo, lo que limita su aplicabilidad en ciertos entornos exigentes. La técnica de TE-ΦOTDR cubre ese espacio intermedio, logrando resoluciones espaciales centimétricas, alcances de cientos de metros y tasas de muestreo de centenas de Hz, todo ello con un requerimiento mínimo de ancho de banda en detección.
La tesis aporta avances en diseño experimental, comprensión conceptual y procesado digital. Destaca el modo de cociente cuasi-entero (QIR), una variante de TE-ΦOTDR que amplía el compromiso clásico entre resolución, alcance y muestreo. Esta configuración ha permitido establecer un récord de 100 millones de puntos sensados por segundo, con medidas fiables a 1 km, resolución centimétrica y muestreo de 1 kHz. Además, se demuestra su potencial en el sensado de forma (shape sensing) con fibras multinúcleo. Se valida experimentalmente la recuperación dinámica de curvatura y torsión a partir de deformaciones diferenciales, y se propone una estrategia de calibración que permite obtener medidas absolutas a partir de movimientos predefinidos.
Finalmente, se discuten las líneas de trabajo abiertas, como el desarrollo de interrogadores portátiles para medidas en campo, la implementación con generadores basados en matrices de puertas lógicas programables por campo (Field-Programmable Gate Array, FPGA), y nuevas aplicaciones en sensado químico o monitorización sísmica. En conjunto, esta tesis pone en evidencia que la técnica de peine dual y, en particular, su adaptación al sensado distribuido mediante TE-ΦOTDR, es una tecnología versátil y en expansión, con capacidad de generar impacto en múltiples disciplinas científicas e industriales. |
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