Uporaba telekomunikacijskih laserskih diod za določitev merilne vrednosti pri spektralno razločljivih optičnih vlakenskih senzorjih : doktorska disertacija

slovenski

doktorska dela

2013

Braggove rešetke   DFB laser diode   DFB laserska dioda   Disertacije   Fabry-Perot interferometer   Fabry-Perotov interferometer   optic sensors   Optični senzorji   valovnodolžinski zaklepalnik

Univerza v Mariboru, Fakulteta za elektrotehniko računalništvo in informatiko

Spektralno razločanje spektralno razločljivih optičnih senzorjev je dandanes še vedno kompleksno in posledično drago, zato je uporaba optičnih senzorjev omejena na aplikacije, kjer preostali senzorji ne omogočajo zanesljive meritve. Zaradi tega se pojavi potreba po razvoju preprostejših in cenejših naprav za spektralno razločanje optičnih vlakenskih senzorjev, ki bi optičnim senzorjem omogočile prodor v širšo uporabo. Možno rešitev ponujajo standardni telekomunikacijski elementi, ki so v široki uporabi, z njihovo pravilno uporabo pa je mogoče zgraditi preproste naprave za spektralno razločanje optičnih vlakenskih senzorjev, ki omogočajo razločanje optičnih senzorjev z visoko ločljivostjo. V okviru doktorske disertacije sta bili raziskani in izdelani dve zasnovi novih naprav za spektralno razločanje optičnih vlakenskihsenzorjev na osnovi standardnih telekomunikacijskih optoelektronskihelementov. DWDM laserski modul lahko uporabimo kot spektrometer, pri čemer lasersko diodo uporabimo za nastavljanje izhodne valovne dolžine, vgrajen valovnodolžinski zaklepalnik pa za merjenje izhodne valovne dolžine. Na ta način je mogoče določiti spektralno karakteristiko optičnega senzorja in iz nje razbrati informacijo o merjeni veličini. Izkaže se, da lahko z uporabo takšnega laserskega modula dosežemo spektralno ločljivost boljšo od 1 pm, kar je pri meritvah temperature ekvivalentno 0,1 °C, pri meritvah raztezka pa 1 ?. Dosežena hitrost vzorčenja je 45 Hz, zaradičesar je tovrstna naprava za spektralno razločanje optičnih vlakenskih senzorjev primernejša za statične meritve. Nadalje pa cenovno učinkovito rešitev ponuja uporaba običajnih telekomunikacijskih DFB laserskih diod, ki jih vzbujamo s tokovnimi sunki velikih amplitud. Aktivno področje laserske diode se zaradi velikega toka lokalno segreje, kar povzroči premik izhodne valovne dolžine, ki znaša več kot 10 nm. S časovno korelacijo spremembe valovne dolžine laserske diode med tokovnim sunkom in odbojem optičnega sunka od optičnega senzorja je mogoče določiti informacijo o merjeni veličini. Pasovna širina naprave za spektralno razločanje optičnih vlakenskih senzorjev znaša 30 kHz, spektralna ločljivost pa 2 pm. Ker laserska dioda deluje v režimu kratkih tokovnih sunkov, je tovrstna naprava za spektralno razločanje optičnih vlakenskih senzorjev primerna za časovno razvrščanje optičnih senzorjev, s čimer lahko odčitavamo večje število optičnih senzorjev v isti optični veji. Obe predstavljeni napravi za spektralno razločanje optičnih vlakenskih senzorjev omogočata cenovno učinkovito izvedbo merilnega sistema z uporabo vlakenskih optičnih senzorjev.

07.08.2023