شماره ركورد
34479
پديد آورنده
احمد روغنگير قزويني
عنوان
طراحي حسگرهاي تشخيص سرطان براساس اثر ورنيه
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
مهندسي برق-گرايش مخابرات ميدان
سال تحصيل
1401
تاريخ دفاع
1404/07/27
استاد راهنما
دكتر امير سامان نورامين
استاد مشاور
دكتر امير سامان نورامين
دانشكده
مهندسي برق
چكيده
با پيشرفت فناوريهاي فوتونيكي و نياز روزافزون به سيستمهاي حسگري دقيق، استفاده از سنسورهاي مبتني بر فيبر نوري به دليل مزاياي منحصربهفردي همچون ابعاد كوچك، تلفات انتشار پايين، ايمني در برابر تداخل الكترومغناطيسي و امكان استفاده در محيطهاي سخت، مورد توجه فراوان قرار گرفته است. در ميان ساختارهاي مختلف، تداخلسنجهاي فيبر نوري فابري–پروت به دليل سادگي ساختار، حساسيت بالا و قابليت يكپارچهسازي، جايگاه ويژهاي در كاربردهاي زيستي، صنعتي و محيطي دارند.
در اين پژوهش، طراحي و تحليل دو حسگر فيبر نوري بر پايه تداخلسنج فابري–پروت و ساختار ورنيه موازي ارائه شده است. ساختار نخست شامل يك تداخلسنج فابري–پروت مبتني بر آينههاي بازتاب داخلي بوده و ساختار دوم بر پايهي دو فيبر نوكتيز (تيپر شده) روبهرو طراحي شده است. پاسخ طيفي هر يك براي ضرايب شكست مختلف شبيهسازي و بررسي گرديده است. سپس، با قرار دادن دو حفره با طولهاي متفاوت در ساختار موازي، اثر ورنيه ايجاد شد كه منجر به بزرگنمايي جابهجايي طيفي و افزايش چشمگير حساسيت سيستم گرديد.
نتايج شبيهسازي نشان ميدهد كه ساختار ورنيه مبتني بر آينههاي داخلي به حساسيتي در حدود 6000 nm/RIU و ساختار ورنيه مبتني بر فيبر تيپشده به حساسيتي در حدود 53,200 nm/RIU دست يافته است. همچنين، ضريب بزرگنمايي (M-factor) اين دو ساختار بهترتيب 5 و 4 محاسبه گرديد. تحليل تغييرات FSR نيز نشان داد كه اختلاف بازه طيفي آزاد بين بازوهاي موازي، نقش مهمي در تعيين موقعيت قلههاي تداخلي و بهبود حساسيت دارد.
بهمنظور بهبود عملكرد نوري و افزايش دقت اندازهگيري، بررسيهايي در زمينه ضريب شكست مؤثر، طول كاويتي، فاصله بين بازوها و استفاده از مواد مرجع مختلف انجام گرفت. مقايسه نتايج با مقالات مشابه نيز نشان ميدهد كه ساختارهاي پيشنهادي از نظر حساسيت و محدوده كاري، عملكرد رقابتي دارند. از سوي ديگر، اين سنسورها با توجه به قابليت تشخيص تغييرات بسيار جزئي در ضريب شكست محيط، ميتوانند نقش مؤثري در تشخيص زودهنگام سلولهاي سرطاني ايفا كنند. يافتههاي اين پژوهش ميتواند در طراحي نسل جديد سنسورهاي فيبر نوري با حساسيت بالا براي كاربردهاي زيستي، شيميايي و صنعتي بهكار گرفته شود.
تاريخ ورود اطلاعات
1404/11/16
عنوان به انگليسي
Design of Vernier effect cancer detection sensors
تاريخ بهره برداري
10/22/2025 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
احمد روغن گيرقزويني
چكيده به لاتين
precision sensing systems, fiber-optic sensors have gained significant attention due to their unique advantages, such as compact size, low transmission loss, immunity to electromagnetic interference, and suitability for operation in harsh environments. Among various structures, fiber-optic Fabry–Perot interferometers (FPIs) have a special place in biological, industrial, and environmental applications because of their simple configuration, high sensitivity, and ease of integration.
In this research, two parallel Vernier-based fiber-optic sensors have been designed and analyzed. The first structure employs a Fabry–Perot interferometer with internal reflective mirrors, while the second is based on two opposing tapered optical fibers. The spectral response of both structures was simulated in the wavelength range of 1500–2000 nm for different refractive indices. By placing two cavities with different lengths in a parallel configuration, the Vernier effect was achieved, resulting in a significant amplification of spectral shifts and an overall increase in sensitivity.
Simulation results indicate that the Vernier structure with internal mirrors achieved a sensitivity of approximately 6000 nm/RIU, while the tapered-fiber Vernier sensor reached a sensitivity of 53,200 nm/RIU. The corresponding magnification factors (M-factors) were calculated to be 5 and 4, respectively. Analysis of the Free Spectral Range (FSR) revealed that the spectral spacing difference between the parallel arms plays a key role in determining the location of interference peaks and improving the overall sensitivity.
To further enhance optical performance and measurement accuracy, analyses were conducted on the effective refractive index, cavity length, distance between the two sensors, and the use of different reference materials. A comparison with similar reported structures demonstrates that the proposed designs offer competitive performance in terms of sensitivity and operating range. Furthermore, because of their ability to detect minute changes in the refractive index, these sensors can be effectively used for early detection of cancer cells. The findings of this study can be applied to the development of a new generation of high-sensitivity fiber-optic sensors for biological, chemical, and industrial applications.
كليدواژه هاي فارسي
فيبر نوري , سنسور-فابري پروت , اثر ورنيه , كوپلر
كليدواژه هاي لاتين
: optical fiber , sensor , fabry-perot , vernier effect , coupler
Author
Ahmad Roghangir Qazviny
SuperVisor
Dr. Amir Saman Nooramin