Curriculum Vitae di Aldo Minardo

Lo scattering stimolato di Brillouin (SBS) può essere alla base di sensori ottici distribuiti di strain
e di temperatura. Infatti, la dipendenza dello shift di frequenza di Brilllouin dalle variabili
ambientali rendono l’SBS estremamente attraente per applicazioni sensoristiche in strutture ampie
quali dighe, gallerie, ecc. dove non è conveniente invece l’adozione di sensori puntuali. La tecnica
più largamente utilizzata per la misura distribuita di shift di Brillouin in fibra è la cosiddetta
tecnica “pump e probe”. Essa si basa sull’utilizzo di due sorgenti ottiche separate: la prima viene
utilizzata per pompare il mezzo, mentre la seconda genera un segnale di probe accordabile in
frequenza e che si contropropaga rispetto alla luce di pompa. Lo spettro di guadagno di Brillouin
(BGS) è determinato misurando l’amplificazione o l’attenuazione del segnale di probe, che
avviene quando la differenza di frequenza tra i due segnali ottici coincide con lo shift in frequenza
di Brillouin. L’informazione spaziale può essere ricavata utilizzando una luce di pompa pulsata; in
questo modo, il processo di Brillouin avviene solo nella sezione della fibra dove l’impulso è
localizzato. E’ sufficiente quindi correlare i tempi di arrivo del segnale di probe al ricevitore alle
locazioni dell’impulso viaggiante in fibra. Tuttavia, l’analisi diretta degli spettri pone limitazioni
sulla risoluzione spaziale e sull’accuratezza delle misure.
Per superare queste limitazioni sono stati sviluppati due diversi approcci:
Approccio nel dominio del tempo
L’attività ricerca svolta in questo settore riguarda l’analisi sistematica dello scattering stimolato di
Brillouin nel dominio del tempo e l’individuazione di tecniche atte a superare le limitazioni
relative all’analisi diretta degli spettri. E’ possibile, infatti, mostrare come tale limitazione possa
essere superata adottando una nuova tecnica di elaborazione del segnale di Brillouin, basata sulla
decomposizione del profilo cercato in un numero finito di funzioni di base, e quindi sulla
determinazione dei coefficienti di queste funzioni attraverso un algoritmo di minimizzazione
multidimensionale. I risultati teorici ottenuti indicano che le metodologie proposte possono
garantire una migliore precisione nella valutazione del profilo di temperatura o strain, e inoltre un
aumento del range dinamico dei sensori basati sullo SBS. Le procedure proposte sono state
verificate sperimentalmente mediante misure eseguite presso il laboratorio di Optoelettronica della
Seconda Università di Napoli e presso l’École Polytéchnique Fédérale du Lausanne – Svizzera-,
nell’ambito di una collaborazione scientifica.
Approccio nel dominio della frequenza
L’attività di ricerca riguarda lo sviluppo di metodologie innovative di misura e di analisi dei dati
per la esecuzione di misure distribuite di temperatura e/o deformazione mediante sensori in fibra
ottica basati sullo scattering di Brillouin dominio della frequenza. In particolare partendo dalla
consueta formulazione differenziale (due equazioni non lineari accoppiate) che descrive il
fenomeno dello scattering di Brillouin si è passati ad una formulazione integrale, approssimata,
che ha permesso di analizzare meglio il legame fra misure ed incognite. Successivamente sulla
base di questa formulazione si è sviluppate un algoritmo per la determinazione del profilo di
deformazione/temperatura lungo la fibra partendo da misure nel dominio della frequenza. Poiché
tale algoritmo lavora direttamente sulle equazioni che descrivono il trasferimento di potenza
dall'onda continua a quella modulata, consente di analizzare i dati direttamente nel dominio della
frequenza e di prendere in considerazione gli effetti non locali legati all'amplificazione
dell'impulso durante la sua propagazione lungo la fibra, con l'immediato vantaggio di eliminare gli
errori sistematici che affliggono la ricostruzione convenzionali. Inoltre, poiché la ricostruzione
non è più affidata all'analisi degli spettri di potenza relativi alle diverse sezioni della fibra, non
sarà necessario, come nella ricostruzione diretta, l'impiego di numerose misure effettuate per
diversi valori dello shift in frequenza tra pump e probe, sarà sufficiente, invece, un limitato
numero di misure. Le procedure proposte sono state verificate sperimentalmente mediante misure
eseguite presso il laboratorio di sensoristica dell’istituto IREA del CNR, ove è stato allestito un
apparato sperimentale per l’esecuzione di misure nel dominio della frequenza.