Application of titanium dioxide thin films in fiber optic senors

• Autorzy: Hirsch M.

Warianty tytułu

PL

Zastosowanie cienkich warstw TiO2 w czujnikach światłowodowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The advance in the nanotechnology and fabrication of micro- and nanostructures has significant impact on development of new optical sensors. Presented study focuses on the applications of the titanium dioxide (TiO2) thin films in fiber optic sensors. The concept of a sensing fiber optic interferometer integrating TiO2 thin film is presented. The cavity of this interferometer is delimited by a 80 nm film fabricated on the end-face of the standard telecommunication single mode optical fiber (SMF-28) by use of the Atomic Layer Deposition (ALD) and a protected silver mirror. The simulation of spectral reflectance of the thin film is performed and its performance in a multi-cavity structure of the fiber optic Fabry-Pérot interferometer is analyzed. The results show that proposed interferometer could be successfully implemented in optical fiber sensors of selected physical and biochemical quantities.

PL

Rozwój nanotechnologii i możliwości wytwarzania mikro- i nanostruktur otworzyło nowe możliwości w projektowaniu czujników optycznych. Poniższa praca skupia się na zastosowaniach cienkich warstw dwutlenku tytanu (TiO2) w czujnikach światłowodowych. Zaprezentowana została koncepcja czujnika interferometrycznego wykorzystującego takie warstwy. Projekt sensora światłowodowego zakłada 82 nm warstwę osadzoną na czole standardowego jednomodowego włókna telekomunikacyjnego (SMF28) dzięki wykorzystaniu metody osadzania warstw atomowych (Atomic Layer Deposition (ALD) ). Przeprowadzone i zaprezentowane zostały wyniki modelowania reflektancji cienkiej warstwy w tej konfiguracji oraz przeanalizowany jej wpływ na pracę w konfiguracji wielownękowego interferometru Fabry-Pérot. Wyniki pozwalają stwierdzić, że zaproponowana konstrukcja może być z sukcesem zaimplementowana w czujniku interferometrycznym.

Słowa kluczowe

EN

titanium dioxide; fiber optic sensor; TiO2

PL

cienkie warstwy TiO2; czujnik światłowodowy

• Wydawca: Wydział Elektroniki, Telekomunikacji i Informatyki Politechniki Gdańskiej
• Czasopismo: Zeszyty Naukowe Wydziału ETI Politechniki Gdańskiej. Technologie Informacyjne
• Rocznik: 2018
• Tom: T. 23
• Strony: 40--45
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Hirsch M.

• Department of Metrology and Optoelectronics, Faculty of Electronics, Telecommunications and Informatics, Gdańsk University of Technology, Narutowicza Street 11/12, 80-233 Gdańsk, Poland

Bibliografia

• [1] S. Zhu et al.: High Sensitivity Refractometer Based on TiO2-Coated Adiabatic Tapered Optical Fiber via ALD Technology, Sensors, vol. 16, no. 8, p. 1295, Aug. 2016.
• [2] D. He et al.: Micro fiber with cladding of titanium dioxide (TiO2) nanoparticles and its violet light sensing, Opt. Mater. Express, vol. 7, no. 1, p. 264, Jan. 2017.
• [3] D. Majchrowicz, M. Hirsch, P. Wierzba, M. Bechelany, R. Viter, and M. Jędrzejewska‑ Szczerska: Application of Thin ZnO ALD Layers in Fiber-Optic Fabry-Pérot Sensing Interferometers, Sensors, vol. 16, no. 3, p. 416, Mar. 2016.
• [4] D. Lee, M. Yang, C. Qi, J. Dai, X. Wen, and W. Xie: An in-line optical fiber refractometer with porous thin film coating, Sens. Actuators B Chem., vol. 209, pp. 602–605, Mar. 2015.
• [5] S. Zhu, F. Pang, S. Huang, F. Zou, Y. Dong, and T. Wang: High sensitivity refractive index sensor based on adiabatic tapered optical fiber deposited with nanofilm by ALD, Opt. Express, vol. 23, no. 11, p. 13880, Jun. 2015.
• [6] D. Milewska, K. Karpienko, and M. Jędrzejewska-Szczerska: Application of thin diamond films in low-coherence fiber-optic Fabry Pérot displacement sensor, Diam. Relat. Mater., vol. 64, pp. 169–176, Apr. 2016.
• [7] M. Jędrzejewska-Szczerska et al.: ALD thin ZnO layer as an active medium in a fiber-optic Fabry–Perot interferometer, Sens. Actuators Phys., vol. 221, pp. 88–94, Jan. 2015.
• [8] H. Lu et al.: Optical fiber with nanostructured cladding of TiO_2 nanoparticles self-assembled onto a side polished fiber and its temperature sensing, Opt. Express, vol. 22, no. 26, p. 32502, Dec. 2014.
• [9] M. Yang and J. Dai: Review on optical fiber sensors with sensitive thin films, Photonic Sens., vol. 2, no. 1, pp. 14–28, Mar. 2012.
• [10] M. Jiang et al.: TiO2 nanoparticle thin film-coated optical fiber Fabry-Pérot sensor, Opt. Express, vol. 21, no. 3, p. 3083, Feb. 2013.
• [11] M. Hirsch, D. Majchrowicz, P. Wierzba, M. Weber, M. Bechelany, and M. Jędrzejewska-Szczerska: Low-Coherence Interferometric Fiber-Optic Sensors with Potential Applications as Biosensors,” Sensors, vol. 17, no. 2, p. 261, Jan. 2017.
• [12] M. Hirsch, P. Wierzba, and M. Jędrzejewska-Szczerska: Application of thin dielectric films in low coherence fiber-optic Fabry-Pérot sensing interferometers: comparative study, Proc. SPIE 10161, 101610D (2016).
• [13] P. Wierzba and M. Jędrzejewska-Szczerska: Spectral reflectance modeling of ZnO layers made with Atomic Layer Deposition for application in optical fiber Fabry-Pérot interferometric sensors, Proc. SPIE 9448, 944819 (2015).
• [14] H. van de Stadt and J. M. Muller: Multimirror Fabry–Perot interferometers, J. Opt. Soc. Am. A, vol. 2, no. 8, p. 1363, Aug. 1985.
• [15] M. Hirsch and A. Szreder: Spectral reflectance and transmission modeling of multi-cavity Fabry-Pérot interferometer with ZnO thin films, Proc. SPIE 10031, 1003115 (2016).
• [16] P. Wierzba: Modeling of multi-cavity Fabry-Pérot optical fiber sensors, Proc. SPIE 9816, 98160V (2015).
• [17] Polyanskiy M. N.: "Refractive index database, [Online]. Available: http://refractiveindex.info/?shelf=main&book=TiO2&page=Devore-o. [Accessed: 08-June-2017].