طراحی و شبیه سازی فیبر نوری توری براگ سنسور فشار
چکیده
با پیشرفت علم در زمینه مخابرات نوری و الکترواپتیک نمونه ی جدیدی از حسگرهای فیبر نوری مورد توجه قرار گرفتند. حسگرهای fbgاز یک توری فیبری بازتابی تشکیل شده اند. این توری ها از طریق ایجاد تغییرات ضریب شکست هسته فیبر نوری در اثر تابش فرابنفش ساخته می شوند. اندازه گیری فشار یکی از موارد کاربرد این حسگرهاست که در این پایان نامه به آن پرداخته شده است. این حسگرها قادر به اندازه گیری فشار اعمالی در راستای محوری و شعاعی فیبر نوری می باشند. یکی از مشکلات پیش رو در کاربرد این حسگرها تداخل حساسیت بین پارامترهای گوناگون اندازه گیری می باشد که راهکارها و روش های گوناگونی برای جلوگیری از این پدیده ی نامطلوب پیشنهاد شده است. استفاده همزمان از چند توری پشت سر هم از جمله روش های جلوگیری از تداخل حساسیت است که نمونه های مختلف کاربردی آن شبیه سازی شده است. در این شیوه یک سنسور توری براگ با دو توری براگ یکسان که بر روی یک فیبر نوری تک مد نوشته شده اند، توانایی اندازه گیری دو پارامتر دما و کرنش را به طور همزمان دارا می باشد. این امر زمانی میسر است که یکی از توری ها، توری مرجع، نسبت به یکی از پارامترهای دما و کرنش غیر حساس باشد. در این وضعیت بازتاب طول موج براگ توری دوم، برخلاف توری مرجع، نسبت به هر دو عامل دما و کرنش تغییر می کند. در این پایان نامه با استفاده از شبیه سازی نشان خواهیم داد که چگونه می توان دو عامل تغییر دما و کرنش را از یکدیگر متمایز و در عین حال آنها را اندازه گیری نمود. همچنین نمونه ی دیگری از توری های فیبری هستند که lpfg نامیده می شوند. اندازه گیری توسط این حسگرها بر اساس تغییر طول موج های تشدید نسبت به تغییرات محیط صورت می گیرد. در این پایان نامه طراحی و شبیه سازی سنسور فیبری توری براگ با دوره طولانی را با استفاده از tmm انجام داده، نمودارهای تغییرات طول موج تشدید نسبت به تغییرات دما و کرنش به صورت مجزا بدست آمده است. مقایسه نمودار های بدست آمده نشان می دهند که هر دو نوع سنسور دارای حساسیت یکسان نسبت به دما و حساسیت نسبت به کرنش lpfg ها تقریبا 40 برابر fbg ها می باشد. چون امکان تشکیل طول موج های تشدید با حساسیت های مختلف فقط به یک پارامتر وجود دارد می توان از این توری ها برای جداسازی حساسیت به پارامترهای مختلف استفاده کرد. همچنین، با توجه به اینکه تغییرات طول موج های کاهش یافته و شدت آن ها برای مدهای متفاوت به ویژگی های فیبر نوری و توری نوشته شده بستگی دارد، افزایش حساسیت و بهینه سازی اینگونه سنسورها از طریق رسم نمودارهای مجزا برای مدهای گوناگون مورد بررسی قرار گرفته است. در پایان، استفاده از ترکیب fbg و lpfg به عنوان راهکار دیگری برای جلوگیری از تداخل حساسیت بین پارامترهای فیزیکی و اندازه گیری همزمان این پارامترها پیشنهاد شده و نتایج آن شبیه سازی گردیده است.