Ανακλαστήρες οπτικής ίνας ως αισθητήρες και στοιχεία οπτικών δικτύων

Abstract

Τα φράγματα οπτικών ινών αποτελούν ανακλαστήρες με συγκεκριμένα χαρακτηριστικά ανακλαστικότητας, εύρους ζώνης και διαπερατότητας. Εγγράφονται στον πυρήνα μιας μονορυθμικής ίνας όπως αυτή εφαρμόζεται στις σύγχρονες επικοινωνίες υψηλού ρυθμού μετάδοσης. Οι εφαρμογές τους είναι εκτεταμένες και καλύπτουν τόσο τις τηλεπικοινωνίες όσο και τις εφαρμογές των αισθητήρων για μέτρηση καταπόνησης, θερμοκρασίας, επιτάχυνσης αλλά και ανίχνευσης συγκεκριμένων χημικών ενώσεων και βιολογικών στοιχείων. Στην παρούσα εργασία εξετάζεται η τρέχουσα τεχνολογία για την εγγραφή, τις χρήσεις και εφαρμογές καθώς και την θεωρητική ανάλυση της λειτουργίας τους. Τα FBGs ως αισθητήρια εμφανίζουν πολλαπλά πλεονεκτήματα στα οποία περιλαμβάνονται η ανοσία στις ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές , το ελαφρύ και μικρό μέγεθος, η υψηλή ευαισθησία, το μεγάλο εύρος ζώνης λειτουργίας και η ευκολία πολυπλεξίας. Σε αυτή την εργασία θα παρουσιαστούν περιληπτικά οι τύποι των FBG’s (Fiber Bragg Gratings), θα εξεταστούν οι εφαρμογές τους, ως στοιχεία σε οπτικά δίκτυα καθώς και οι εφαρμογές τους ως αισθητήρια. Επιπλέον, θα περιγράψουμε τις διαφορετικές μεθόδους που χρησιμοποιούνται για την εγγραφή (inscription) των Bragg Gratings στις οπτικές ίνες. Επιπλέον, παρουσιάζουμε τη Coupled Mode Theory (CMΤ) για να περιγράψουμε την ανάλυση της λειτουργίας των Bragg Gratings στις οπτικές ίνες ενώ εξετάζουμε τους περιορισμούς στην εφαρμογή της και την ανάγκη χρήσης αριθμητικών και άλλων μοντέλων για ειδικές περιπτώσεις FBG. Επιπροσθέτως, παρουσιάζουμε την CMT σε συνδυασμό με την T-Matrix Method για να αναλύσουμε την συμπεριφορά ενός chirped FBG και την Θεωρία Γραμμών Μεταφοράς (TLM) σε αντιστάθμιση των μειονεκτημάτων- περιορισμών της CMT-ΤΜΜ. Τέλος, χρησιμοποιώντας την σπάνια γαία που ονομάζεται έρβιο λόγω των ιδιοτήτων που παρουσιάζουν οι ενεργειακές του στάθμες για ενίσχυση ή απορρόφηση συγκεκριμένων μηκών κύματος μετά από επιβολή συγκεκριμένων επιπέδων ισχύος άντλησης, αναλύουμε με χρήση της TLM την φασματική απόκριση και το group delay ενός chirped FBG που είναι εγγεγραμμένο σε ένα κομμάτι ίνας ντοπαρισμένο με ιόντα τρισθενούς ερβίου (ED-CFBG) και εξάγονται χρήσιμα αποτελέσματα.