Optické vláknové senzory

Abstract

Tato bakalářská práce se zabývá optickými vláknovými senzory založenými na principu povrchové plazmonové rezonance. Cílem práce bylo navrhnout, vyrobit a měřením ověřit senzorickou funkci speciálně upravených jednovidových i mnohovidových optických vláken. V teoretické části návrhu je především řešeno, jak závisí výkonové poměry mezi jádrem a pláštěm vlnovodu na šířce pláště. Základním předpokladem fungování senzoru je totiž požadavek na přenos energie záření do okolního prostředí, tedy požadavek opačný než pro jaký jsou optická vlákna standardně navrhována. Analytické řešení tohoto problému je velmi komplikované, a proto bylo řešení této úlohy provedeno simulacemi ve specializovaném návrhovém softwaru. Práce popisuje způsoby zvýšení vyzařování energie z jádra vláken. Jedním způsobem jak toho dosáhnout je ztenčení vrstvy pláště a druhým pak vytvoření Braggovy mřížky v jádře. Dále je objasněna fyzikální podstata vzniku povrchového plazmonu a vysvětleno, proč je nutné optická vlákna upravit pokovením jejich povrchu, aby mohl povrchový plazmon na rozhraní kovu a analyzovaného dielektrika vzniknout. Praktická část pak obsahuje popis a výsledky měření na vzorcích jednovidových i mnohovidových optických vláken.

This bachelor thesis deals with optical fiber sensors based on surface plasmon resonance. The aim of the work was to design, manufacture and measure sensory function of specially modified singlemode and multimode optical fibers. Theoretical part mainly covers power ratio between fiber core and coating in dependence on coating width. The key concept behind sensor function is emitting energy into surrounding environment i.e. the inverse demand that is essential for standard use of optical fibers. Analytical solving of this problem is very complicated, therefore simulations in specialized software was used to deal with this task. This thesis covers two ways how to reach enhanced radiation from fiber core. One way depends on etching the fiber coating and another on creating the Bragg grating in core. Further, physical principle of the origin of surface plasmon is clarified and explained the necessity of metal coating for successful surface plasmon excitation along metal-dielectric boundary. Practical part of the thesis includes the description of used methods and results of measurements on samples of singlemode and multimode optical fibers.