26583

بررسي عوامل موثر بر عملكرد حسگر تار نوري نازك شده براي آشكارسازي مواد

دكتري

فيزيك اتمي مولكولي

93

25-11-1400

محمد واحدي

جواد خليل زاده

فيزيك

در اين رساله به شبيه¬سازي و تست آزمايشگاهي حسگر تار نوري باريك شده و لايه¬نشاني مدنظر ‌بر روي آن پرداخته مي¬شود. در مرحله شبيه¬سازي، تأثير پارامترهاي هندسي اعم از قطر، زاويه و سپس تأثير ضخامت لايه جاذب بر حساسيت حسگر با نرم¬افزار متيمتيكا و روش پله¬اي موردبررسي قرارگرفته و مشخص شد كه براي تارهاي نازك شده با زاويه نازك¬سازي ثابت، افزايش قطر از 12 تا 28 ميكرومتر سبب كاهش حساسيت مي¬شود. براي تارهاي نازك شده مشخص شد كه (در طول و قطر نازك شده¬ي ثابت) با افزايش قطر مياني (زاويه نازك¬سازي) تا نقطه¬اي حساسيت حسگر افزايش و سپس شروع به كم شدن مي¬كند؛ بنابراين ارتباط حساسيت به زاويه نازك¬سازي داراي نقطه بهينه‌اي است كه در آن نقطه حساسيت بيشينه است. بررسي تأثير ضخامت لايه جاذب بر حساسيت بستگي به ضريب شكست لايه دارد؛ به‌طوري‌كه اگر ضريب شكست لايه كمتر از ضريب شكست تار باشد، با افزايش ضخامت لايه، حساسيت حسگر بالاتر مي¬ر¬ود؛ اما اگر ضريب شكست لايه جاذب بيشتر از ضريب شكست تار باشد، با افزايش ضخامت، نقاط بهينه¬اي براي ضخامت لايه خواهيم داشت. در آزمايش‌هاي تجربي، به¬منظور تائيد نتايج شبيه¬سازي، تأثير قطر و زاويه نازك¬سازي موردبررسي قرار گرفت كه به اين منظور، از لايه¬نشاني پالاديم به¬منظور آشكارسازي گاز هيدروژن استفاده شد. با كاهش قطر مي¬توان افزايش حساسيت را مشاهده نمود كه با نتايج شبيه‌سازي مطابقت دارد. در اين آزمايش، به-طور خاص تارهايي با قطرهاي 15 و 26 ميكرومتر نيز موردبررسي قرار گرفت و مشاهده شد كه قطر 15 ميكرومتر حساسيت بيشتري نسبت به 26 ميكرومتر را داراست. همچنين به¬منظور بررسي تأثير زاويه نازك¬سازي بر حساسيت حسگر، از تارهاي نازك شده با طول 11 ميلي¬متر استفاده شد و نتايج تجربي نيز نشان داد كه با افزايش زاويه نازك¬سازي از 1 تا 3 درجه حساسيت حسگر افزايش مي¬يابد. به¬منظور بررسي تأثير ضخامت لايه جاذب بر حساسيت حسگر، از لايه¬نشاني پلي¬پيرول براي آشكارسازي دي ميتيل متيل فسفات استفاده شد كه نحوه تأثير ضخامت لايه جاذب بر حساسيت حسگر با نتايج شبيه¬سازي مطابقت دارد.

1401/03/17

Investigation of factors affecting the performance of tapered fiber optic sensor for material detection

1/1/1900 12:00:00 AM

In this thesis, the output spectrum of the tapered fiber sensor is simulated and experimentally is investigated. In the simulation section, the effect of geometric parameters including diameter and angle and then the effect of adsorbent layer thickness on the sensitivity of the sensor were investigated with Mathematica software and staircase method. It was found that, for fixed angle, increasing the taper diameter from 12 to 28 micrometers reduces the sensitivity of the sensor. On the other hand, for fixed taper diameter and length, there is an optimum point for taper angle that the sensitivity becomes maximum. The effect of adsorbent layer thickness on sensitivity depends on the refractive index of the adsorbent layer: If the refractive index of the adsorbent layer is less than the refractive index of the fiber, as the thickness of the adsorbent layer increases, the sensitivity of the sensor increases. However, if the refractive index of the adsorbent layer is greater than that of the fiber, we will have optimal points for the sensitivity of the sensor as the thickness of the adsorbent layer increases. In the experimental section, in order to confirm the results of the simulation, the effect of diameter and angle has been investigated. For this purpose, palladium coating is used to detect hydrogen gas. By decreasing the diameter, an increase in sensitivity can be observed, which is consistent with the simulation results. In our experiments, fibers with diameters 15 and 26μm were examined and it was observed that a diameter of 15μm is more sensitive than 26μm. In order to investigate the effect of the tapering angle on the sensitivity of the sensor, tapered fibers with a length of 11 mm were used. The experimental results showed that by increasing the tapering angle from 1 to 3 degrees, the sensitivity of the sensor is increased. In addition, in order to investigate the effect of adsorbent layer thickness on sensor sensitivity, poly pyrrole coating was used to detect dimethyl methyl phosphate. The effect of adsorbent layer thickness on sensor sensitivity is consistent with the simulation results.

تار نوري نازك شده، هندسه تار نوري نازك شده، ضخامت لايه جاذب، حسگر گاز هيدروژن، حسگر عوامل شيميايي

Tapered optical fiber, tapered fiber geometry, absorbent layer thickness, hydrogen gas sensor, chemical agent sensor.

ali riahi

mohammad vahedi