Pomiar czułości włókien mikrostruturalnych przy wykorzystaniu interferometru Macha-Zehndera

• Autorzy: Murawski M. , Szymański M. , Hołdyński Z. , Tenderenda T. , Ostrowski T. , Pawlik K. , Łukowski A. , Krisch H. , Marć P. , Jaroszewicz L., R. , Nasiłowski T.

Warianty tytułu

DE

Sensitivity measurement in microstructured fibers with use Mach-Zehnder interefometer

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Właściwości włókien mikrostrukutralnych takie jak: jednomodowe prowadzenie światła w szerokim zakresie spektralnym (od ultrafioletu do podczerwieni), bardzo wysoka dwójłomność, bardzo duże lub bardzo małe pole modu są przedmiotem badań wielu zespołów naukowych na świecie. Właściwości te wynikają przede wszystkim z rozmiaru, kształtu oraz lokalizacji otworów powietrznych w strukturze włókna mikrostrukturalnego. Zmiana tych parametrów pozwala na zastosowania takich włókien do różnych aplikacji. Sprawia to rosnące zainteresowanie włóknami mikrostrukturalnymi które widoczne jest w powstających czujnikach opartych na ich bazie - m. in. Czujniki interferometryczne do detekcji rozmaitych parametrów fizycznych. Jednym z takich czujników jest światłowodowy interferometr Macha-Zehndera wykorzystujący jako gałąź czujnikową włókno mikrostrukturalne. Interferometr ten jest jednym z układów który nie został opisany w fachowej literaturze. Czujnik zbudowany w oparciu o taki interferometr może być użyty do pomiarów wibracji, dynamicznego lub statycznego nacisku, rozciągania lub skręcania. W pracy tej przedstawione zostało porównanie czułości temperaturowej oraz mechanicznej włókien mikrostrukturalnych ze standardowymi włóknami jednomodowymi. Do tego celu wykorzystaliśmy interferometr Macha- Zehndera z wymiennym ramieniem czujnikowym. Zastosowanie takiego rozwiązania pozwoliło na zbadanie wielu światłowodów w jednym układzie pomiarowym. Czułość temperaturowa jest najistotniejszym czynnikiem przy projektowaniu czujników. Włókna mikrostrukturalne zbudowane są z czystego szkła krzemiankowego z heksagonalną macierzą otworów powietrznych co powoduje brak naprężeń termicznych pomiędzy płaszczem a rdzeniem jak w przypadku włókien z domieszkowanym rdzeniem.

EN

Microstructured fibres (MSFs) reveal unique properties including endlessly single-mode operation from ultraviolet to infrared wavelengths, very high birefringence or nonlinearity, very large or very small effective mode field area, and many others. The size, shape and the location of the air holes allow for tailoring MSF parameters in a very wide range, way beyond the classical fibres, what opens up the possibilities for various applications. Due to their advantages MSFs obtain growing attention for their perspectives in sensing applications. Different MSF sensors have already been investigated, including interferometrie transducers for diverse physical parameters. Until now, there have not been any publications reporting on the sensing applications of MSF Mach-Zehnder interferometers, targeting the mechanical measurements of vibrations, dynamic or static pressure, strain, bending and lateral force. Moreover, a critical feature opening the prospective of optical fibre transducer to successfully accomplish a particular sensing task remains its cross-sensitivity to temperature. Studied MSF is made of pure silica glass in the entire cross-section with a hexagonal structure of the holes. Consequently, there is no thermal stress induced by the difference in thermal expansion coefficients between the doped core region and the pure silica glass cladding, in contrast to standard fibres.

Słowa kluczowe

PL

PCF; MOF; interferometr Mach-Zehndera; światłowody; czułość włókien światłowodowych

EN

PCF; MOF; Mach-Zehnder interferometer; fibers; fiber sensitivity

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania
• Rocznik: 2012
• Tom: Vol. 53, nr 11
• Strony: 52--54
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz., il., wykr., rys.

Twórcy

autor

Murawski M.

autor

Szymański M.

autor

Hołdyński Z.

autor

Tenderenda T.

autor

Ostrowski T.

autor

Pawlik K.

autor

Łukowski A.

autor

Krisch H.

autor

Marć P.

autor

Jaroszewicz L., R.

autor

Nasiłowski T.

• Wojskowa Akademia Techniczna, Instytut Fizyki Technicznej, Warszawa

Bibliografia

• [1] Russell P. S. J.: Photonic-Crystal Fibers, Journal of Lightwave Technology 24, 2006, 4729-4749.
• [2] Birks T. A., Knight J. C., Russell P. S. J.: Endlessly single-mode photonic crystal fiber, Optics Letters 22, 1997, 961-963.
• [3] Ferrando A., i in.: Designing a photonic crystal fibre with flattened chromatic dispersion, Electronics Letters. 35, 1999, 325-326.
• [4] Renversez G., Kuhlmey B., McPhedran R.: Dispersion management with microstructured optical fibers: ultraflattened chromatic dispersion with low losses, Optics Letters, 28, 2003, 989-991.
• [5] Mogilevtsev D., Birks T. A., Russell P. S. J.: Group-velocity dispersion in photonic crystal fibers, Optics Letters 23, 1998, 1662-1664.
• [6] Knight J. C. i in.: Large mode area photonic crystal fibre, Electronics Letters, 34, 1998, 1347-1348.
• [7] Martynkien T. i in.: Measurements of polarimetric sensitivity to temperature in birefringent holey fibres, Measurement Science and Technology 18 (10), 2007, 3055-3060.
• [8] Nasiłowski T. i in.: Sensing with photonic crystal fibres, 2007 IEEE International Symposium on Intelligent Signal Processing, WISP, Alcala de Henares, 2007.
• [9] Kim D.-H., Kang J. U.: Sagnac loop interferometer based on polarization maintaining photonic crystal fiber with reduced temperature sensitivity, Optics Express. 12, 2004, 4490-4495.
• [10] Bohnert K. i in.: Temperature and vibration insensitive fiber-optic current sensor, Journal of Lightwave Technology 20, 2002, 267-276.
• [11] Dong X., Tam H. Y., Shum P.: Temperature-insensitive strain sensor with polarization-maintaining photonic crystal fiber based Sagnac interferometer, Applied Physics Letters 90, 2007, 151113-151116.
• [12] Villatoro J. i in.: Temperature-insensitive photonic crystal fiber interferometer for absolute strain sensing, Applied Physics Letters 91, 2007, 091109-091112.
• [13] Dong B., Zhou Da-P., Wei L.: Temperature Insensitive All-Fiber Compact Polarization-Maintaining Photonic Crystal Fiber Based Interferometer and Its Applications in Fiber Sensors, Journal of Lightwave Technology 28, 2010, 1011-1015.
• [14] Tian Z., Yam S. S.-H.: In-Line Abrupt Taper Optical Fiber Mach Zehnder Interferometrie Strain Sensor, IEEE Photonics Technology Letters, 21, 2009, 161-163.
• [15] Villatoro J., Minkovich V. P., Monzon-Hernandez D.: Compact modal interferometer built with tapered microstructured optical fiber, IEEE Photonics Technology Letters18, 2006, 1258-1260.
• [16] Bock W. J., Urbańczyk W., Wójcik J.: Measurements of sensitivity of the single-mode photonic crystal holey fibre to temperature, elongation and hydrostatic pressure, Meas. Sci. Technol. 15, 2004, 1496-1500.
• [17] Choi H. Y., Kim M. J., Lee B. H.: All-fiber Mach-Zehnder type interferometers formed in photonic crystal fiber, Optics Express 15, 2007, 5711-5720.
• [18] Jaroszewicz L. R. i in.: Methodology of splicing large air filling factor suspended core photonic crystal fibres, Opto-Electronics Review, 19, 2011, 256-259.
• [19] Jaroszewicz L. R. i in.: Low-Loss Patch Cords by Effective Splicing of Various Photonic Crystal Fibers With Standard Single Mode Fiber, Journal of Lightwave Technology 29, 2011, 2940-2946.
• [20] Murawski M., Jaroszewicz L. R., Stasiewicz K.: A photonic crystal fiber splice with a standard single mode fiber, Photonics Letters of Poland, 1, 2009, 115-117.
• [21] Murawski M., i in. Możliwość wytworzenia niskostratnych połączeń włókna telekomunikacyjnego z włóknem fotonicznym o zawieszonym rdzeniu (Low loss splicing between standard telecom fiber and photonic crystal fiber with suspended core), Elektronika, LI nr 6/2010, str 39-41.