Mikrostrukturiranje in razločevanje naprednih optičnovlakenskih senzorskih strukturJavornik, Jure (Avtor) Đonlagić, Denis (Mentor) Mikrostrukturiranjenapredne senzorske strukturesenzoroptično vlaknorazločevanjekvaziporazdeljeno merjenjeraztezektemperaturapospešeknaklonFabry-Pérot interferometerPodročje optičnovlakenskih senzorjev je v zadnjih desetletjih doživelo znaten razvoj, saj ti omogočajo meritve fizikalnih in kemičnih veličin z visoko ločljivostjo in občutljivostjo ter hkrati ponujajo edinstvene lastnosti, kot so odpornost na elektromagnetne motnje, zmožnost delovanja v zahtevnih okoljih, električno pasivna zgradba in možnost enostavne implementacije porazdeljenih merilnih shem. Kljub vsem prednostim je njihova uporaba v širšem naboru aplikacij omejena s kompleksnostjo in cenovno neugodnostjo sistemov za njihovo branje oziroma razločevanje kot tudi z zahtevnostjo senzorskih struktur samih. Predstavljeni omejitvi, ki preprečujeta širšo uporabo optičnovlakenskih senzorjev, se trenutno naslavljata z razvojem enostavnejših zasnov senzorjev in merilnih konfiguracij, ki zmanjšujejo kompleksnost in posledično ceno sistemov ob hkratnem ohranjanju zmogljivosti. V okviru doktorske disertacije so bile zasnovane in s postopki mikrostrukturiranja izdelane tri napredne optičnovlakenske senzorske strukture, ki lahko prispevajo k širitvi področja uporabe optičnovlakenskih senzorjev. Razviti so bili senzorji za kvaziporazdeljeno merjenje raztezka in temperature na kratkih območjih merjenja, električno pasivni dvoosni senzor pospeška na vrhu štirijedrnega vlakna in kompakten dvoosni senzor nagiba. Prvi senzorski sistem predstavlja kvaziporazdeljen senzor za merjenje raztezka in temperature, ki je bil realiziran z vpisom zrcal v jedro optičnega vlakna s femtosekundnim laserjem. Senzorska struktura vključuje kratko merilno območje (nekaj 10 mm), vzdolž katerega so razporejeni merilni segmenti enakih dolžin. Struktura je zasnovana tako, da omogoča enostavno spektralno razločevanje oziroma branje z uporabo telekomunikacijske DFB diode, fotodetektorja in mikrokrmilnika. Princip delovanja temelji na analizi interferenčnih vzorcev z izračunom medsebojnih faznih zamikov posameznih vzorcev za zaznavanje majhnih sprememb dolžin optičnih poti posameznih segmentov. Predstavljen senzor skupaj s cenovno učinkovitim sistemom za branje dosega ločljivosti, primerljive s sorodnimi, kompleksnejšimi izvedbami. Prav tako je bilo v okviru disertacije demonstrirano vgrajevanje senzorja v mehke materiale za potrebe taktilnih aplikacij. Naslednji, drugi, sklop doktorske raziskave je zajemal miniaturen dvoosni optičnovlakenski merilnik pospeška na osnovi štirijedrnega optičnega vlakna in vztrajnostne mase, ki je na vrh vlakna vpeta s superelastično žičko, narejeno iz zlitine nikelj-titan, medtem ko je izmik vztrajnostne mase iz ravnovesne lege odvisen od pospeška, ki deluje na njo. Izdelana struktura na vrhu štirijedrnega vlakna skupaj z vztrajnostno maso tvori štiri Fabry–Pérot interferometre, ki so nadalje uporabljeni za diferencialno, temperaturno kompenzirano merjenje premikov mase, ki jih povzroči pospešek, v dveh oseh. Razvit postopek izdelave omogoča nastavljivost senzorja v širokem razponu lastnih frekvenc ter občutljivosti. Tretji sklop raziskave se je nanašal na kompakten dvoosni optičnovlakenski inklinometer, zasnovan na osnovi vlakenskega HfO2 zrcala in štirijedrnega vlakna, na konec katerega je s palčko SiO2, premera približno 15 µm, pripeta keramična vztrajnostna masa. Odmik vztrajnostne mase iz ravnovesne lege je sorazmerno odvisen od nagiba strukture, kar omogoča neposredno razločevanje kota nagiba iz meritev odmika vztrajnostne mase iz ravnovesne lege. Vlakensko zrcalo, vrh štirijedrnega vlakna in vztrajnostna masa tvorijo skupek dvanajstih Fabry-Pérot interferometrov (skupina treh interferometrov različnih dolžin na eno jedro štirijedrnega vlakna), ki so nadalje uporabljeni za diferencialno meritev odmika mase v dveh dimenzijah in meritev spremembe temperature strukture. Doktorska disertacija predstavlja kompaktne, visokozmogljive, enostavno razločljive in električno pasivne senzorske strukture, ki so bile izdelane s posebnimi postopki mikrostrukturiranja optičnih vlaken.[J. Javornik]20262026-05-15 10:04:40Doktorsko delo/naloga98095sl