طراحی و بهینه‌سازی نانو حسگرهای دما و کرنش توری براگ فیبری با استفاده از ناخالصی BaO و فیبرهای پلیمری

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

دانشکده مهندسی برق، واحد نجف آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجف آباد، ایران.

چکیده

در این مقاله به طراحی نانوحسگرهای دما و کرنش با استفاده از توری‌های براگ فیبری پرداخته‌ایم. طول‌موج‌های براگ برای حسگرهای دما و کرنش به ترتیب 1555 و 1549 نانومتر در نظر گرفته شده است. با استفاده از ناخالصی باریوم و تزریق آن به هسته‌ی فیبر سیلیکا و همچنین با استفاده از فیبر پلیمری متیل متاکریلات به طراحی حسگرهای کرنش و دما پرداخته شده است. تغییرات دما در حسگرهای توری براگ باعث تغییر عمق مدولاسیون ضریب شکست شده و در نتیجه تغییر طول موج براگ می‌گردد. در نتیجه با استفاده از فیبر پلیمری و تزریق ناخالصی از جمله بنزوفنون به هسته فیبر پلیمری، پارامترهای حرارتی - اپتیکی افزایش یافته و در نتیجه حساسیت دمایی حسگر طراحی شده به شدت ارتقاء می‌یابد. حساسیت به دست آمده برای حسگر دمایی با استفاده از فیبر پلیمری -0.3223nm/°C به دست آمده است. همچنین تغییرات کرنش در توری‌های براگ علاوه بر تغییر عمق مدولاسیون ضریب شکست، باعث تغییر در دوره تناوب توری نیز می‌شود. با تزریق ناخالصی باریوم به هسته فیبر سیلیکا، پارامترهای کرنش - اپتیکی زیاد شد و با توجه به رابطه کرنش با تغییرات طول‌موج براگ، حساسیت کرنش حسگر طراحی شده دچار افزایش می‌شود. حساسیت به دست آمده برای حسگر کرنش طراحی شده 0.0019nm/µ به دست آمد. همچنین با توجه به انتخاب مناسب پارامترهای توری، شدت بازتاب در طول‌موج براگ حسگرهای طراحی شده تقریباً برابر صد در صد است و شدت انتقال توری در طول‌موج براگ کاهش یافته است که در نتیجه کاهش این شدت، اتلاف حسگرهای طراحی شده به طرز قابل قبولی کاهش یافته است.
 

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Design and optimization of fiber bragg lattice temperature and strain nanosensors using impurity BaO and resin fibers

 
[1] D.H. Gijsbers, J.H.S. Lurvink, Ann Occup Hyg, ''Personal exposure to ultrafine particles in the workplace: exploring sampling techniques and strategies''. 439-453, (2004)
[2] J. A. Ruemmele, W.P.Hall, L.K. Ruvuna, A Localized Surface Plasmon Resonance Imaging The Instrument for Multiplexed Biosensing. Analytical Chemistry, 85(9), 114-120, (2013).
[3] R. W. Wood, On a remarkable case of uneven distribution of light in a diffraction grating spectrum." London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science 4.21, 396-402, (1902)
[4] F. Turker, Grating coupler integrated photodiodes for plasmon resonance based sensing. Lab on a Chip, 45, 112-118, (2011).
[5] W.P. Hall, Localized Surface Plasmon Resonance Sensors-Department of Physics and Astronomy- 8,110-118, (2011).
[6] G. Mie, Speziell kolloider Metall?sungen. Ann Phys,  25, 377389, (1908).
[7] A.J. Haes, Desing Localized Plasmon Resonance Sensors, 31, 78-85, (2010).
[8] M. Svedendahl, S. Chen, A. Dmitriev, Refractometric Sensing Using Propagating versus Localized Surface Plasmons: A Direct Comparison. Nano Letters, 9 (12), 4428-4433. (2009).
[9] F.P. Zamborini, L. Bao, R. Dasari, Anal. Chem. 84, 112-117, (2012).
[10]  W.P. Hall, S.N. Ngatia, R.P.V. Duyne, J. Pharm. Chem. C 115 (2011) 1410.
[11] – S. Nengsih, A. Ali Umar, M. Mat Salieh, M. Yahaya, Sains Malaysiana, 40, 231-238, (2011).
[12]  A.J. Haes, W.P. Hall, L. Chang, W.L. Klein, R.P.V. Duyne, Nano Lett. 4 (2004) 1029.