Sensores são dispositivos que traduzem as variações de uma determinada grandeza (temperatura, pressão, corrente, campo magnético, etc.) em sinais que podem ser interpretados pelo ser humano, ou por sistemas que necessitem dessas informações. Neste trabalho o enfoque será dado aos sensores ópticos a fibra óptica. Esses sensores se utilizam das perturbações que a luz sofre quando a fibra em que é guiada é exposta à influência externa da grandeza que se quer medir para percebê-la e, por meio de um processamento adequado das variações de suas características, ser capaz de traduzi-las em sinais elétricos. Desde meados da década de 80, pesquisadores do Instituto de Estudos Avançados (IEAv) trabalham no sentido de desenvolver sensores a fibra óptica, com o intuito de responder às necessidades da Força Aérea Brasileira (FAB) e da sociedade brasileira de forma geral. Tal trabalho visa proporcionar uma independência tecnológica nessa área. A principal área de desenvolvimento no IEAv é a área de sensores inerciais, presentes em aeronaves, veículos lançadores de satélites, satélites, mísseis, embarcações navais, entre outros. Tais sensores são estratégicos quando se pensa em soberania nacional, buscando-se evitar atrasos de desenvolvimento causados por eventuais embargos na área de navegação inercial. No desenvolvimento de sensores inerciais a fibra óptica, vários obstáculos tecnológicos têm de ser vencidos para que o sistema final atenda as especificações impostas pela finalidade do uso, tais como, faixa dinâmica, estabilidade, resistência a radiação eletromagnética, custo, etc. Um dos caminhos para se reduzir custos é a substituição de componentes do sistema por outros mais baratos. Geralmente nessa troca ganha-se no custo, porém perde-se em outros requisitos e para voltar ao estágio de performance anterior, novas técnicas precisam ser aplicadas. Com o intuito de reduzir o custo, pode-se substituir diodos superluminescentes (SLD';s), por diodos laser multimodo (MMLD';s), que são da ordem de 10 vezes mais baratos. Quando esta substituição se dá em sistemas interferométricos, percebe-se a presença de determinados tipos de ruído que deterioram as características dos sensores. Os ruídos podem ser classificados em ruídos eletrônicos e ópticos. As fontes do ruído eletrônico podem ser o efeito térmico nos componentes (ruído térmico ou Johnson), bem como a existência de correntes de fuga e correntes de superfície nos fotodetectores. O ruído óptico também pode ser dividido em categorias, de acordo com a sua fonte. Há o ruído shot ou quântico, o ruído de partição de modos, o ruído de fase, o ruído de frequência, e outros que, uma vez descorrelacionados entre si, somam-se para formar o ruído total de intensidade. Neste trabalho busca-se aperfeiçoar um sensor interferométrico no sentido de aumentar a relação sinal-ruído ao reduzir-se o ruído óptico de intensidade proveniente do ruído de partição de modos do diodo laser multimodo utilizado através do uso de uma topologia específica e através de um sistema de controle de ruído.

Laser ultrasonics is an all-optical non-destructive testing technique which employs ultrasonic waves as a means of ascertaining the internal part of an opaque material (for light). The difference from a conventional ultrasonics testing technique relies on the generation and detection of these waves which, in the laser ultrasonics technique, is performed by a laser pulse and an optical detector of ultrasound, respectively. This technique is employed in the aerospace and aeronautics industry for flaw detection or material characterization, since it is couplant free, non-contact and remote from the inspected object. The high cost and complexity of a commercial laser ultrasonics system, however, led to the development in this work, of an intensity-modulated fiber optic sensor to be employed as the optical detector of a laser ultrasonics system. This fiber optic sensor is capable to detect angular displacement in the range of microradians and presents high sensitivity, optical fiber compatibility, wide bandwidth and, furthermore, is simple to assembly and low cost. The fiber optic sensor comprises two optical fibers, a positive lens, a reflective surface, a laser, and a photodetector. A mathematical model was developed to determine and simulate the static characteristic curve of the sensor and to analyze the influence of geometrical parameters in its performance. Different sensor configurations were assembled and experimental static characteristic curves were acquired to validate the mathematical model. The normalized sensitivity, for the configurations tested, ranges from (0.25×Vmax) to (2.40×Vmax) mV/?rad and the linear range, from 194 to 1840 ?rad. Regarding an specific sensor configuration (the sensor 4/4) with reflective surface of 100% of reflectivity, the sensor presented an unnormalized sensitivity of 7.7 mV/?rad, an estimated resolution of approximately 1 ?rad and signal-to-noise ratio of 32 dB. The sensor was tested on the dynamic operation for sound and ultrasound detection and, finally as the optical detector of the complete laser ultrasonics system developed in this work. The sensor also proved to be suitable for time-of-flight measurements and nondestructive testing, being an alternative to the piezoelectric or the interferometric detectors.