شبیه سازی سنسور نوری بر اساس کوپلینگ رزونانس انتخابی

محورهای موضوعی : مهندسی الکترونیک

ساحل جواهرنیا ¹ (گروه برق، دانشگاه آزاد اسلامی واحد صوفیان، صوفیان، آذربایجان شرقی)

تاریخ دریافت : 1399/01/23 تاریخ پذیرش : 1399/05/01 تاریخ انتشار : 1399/05/01

کلید واژه: حساسیت, Sensitivity, سنسور ضریب شکستی, فیبر بلور فوتونی دو هسته‌ای, حد تشخیص, Refractive index sensor, Dual-core photonic crystal fiber, Recognition limit,

چکیده مقاله :

سنسور های ضریب شکستی یکی از سنسورهای پرکاربرد در صنعت بیوالکترونیک و الکترونیک نوری هستند. استفاده از مواد و ساختارهایی که بتواند ضریب شکست مواد ناشناس را تشخیص دهد دارای کاربردهای مهمی در بیو شیمی و مهندسی پزشکی می باشد. در این مقاله یک نوع فیبر بلور فوتونی دو هسته ای برپایه پلیمر برای سنجش ضریب شکست سیال معرفی شده است. اندازه سوراخ های هسته های آنالیت و هسته جامد عبور دهنده نور به گونه ای مهندسی شده اند که توانایی عبور تک مد اصلی را داشته باشند. بدلیل ارزان بودن، توانایی مکانیکی بالا و راحتی ساخت، بستر فیبر بلور فوتونی از پلیمر PMMA استفاده شده است. پس از شبیه سازی ساختار و استفاده از روابط ریاضی موجود و بررسی مد های انتشاری، برای انتقال کامل نور از هسته جامد به هسته کانال آنالیت، طول فیبر 0.13 سانتی متر بدست آمده است. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که برای ضریب شکست 1.44 مقدار حساسیت 1000 و حد تشخیص توسط این سنسور قابل حصول است. تمام مراحل شبیه سازی در حوزه FDTDدر نرم افزار Lumerical بدست آمده است.

چکیده انگلیسی:

Refractive index sensors are one of the most widely used sensors in the bioelectronics and optoelectronics industries. The use of materials and structures that can detect the refractive index of unknown materials has important applications in biochemistry and medical engineering. In this paper, a polymer-based dual-core photon crystal fiber is introduced to measure the refractive index of a fluid. The size of the holes of the analyte cores and the light-transmitting solid core are engineered to be able to pass the main single mode. Due to its cheapness, high mechanical ability and ease of fabrication, the photon crystal fiber substrate is made of PMMA polymer. After simulating the structure and using the existing mathematical relations and examining the diffusion modes, for the complete transfer of light from the solid core to the core of the analyte channel, a fiber length of 0.13 cm has been obtained. The simulation results show that for a refractive index of 1.44, a sensitivity value of 1000  and a detection limit can be achieved by this sensor. All simulation steps in the field of FDTD are obtained in Lumerical software.

منابع و مأخذ:

 [1] A. Argyros, “Microstructured polymer optical fibers,” J. Lightwave Technol. 27(11), 1571–1579 (2009).

[2] S. G. Leon-Saval, R. Lwin, and A. Argyros, “Multicore composite single-mode polymer fiber,” Opt. Express 20(1), 141–148 (2012).

[3] https://kb.lumerical.com/en/pic_passive_waveguide_couplers_evanescent.html

[4] I. M. White and X. D. Fan, “On the performance quantification of resonant refractive index sensors,” Opt. Express 16(2), 1020–1028 (2008).

[5] B. Sun, M.-Y. Chen, Y.-K. Zhang, J.-C. Yang, J.-Q. Yao, and H.-X. Cui, “Microstructured-core photonic-crystal fiber for ultra-sensitive refractive index sensing,” Opt. Express 19(5), 4091–4100 (2011).

[6] Kwang Jo Lee, et all,“Refractive index sensor based on a polymer fiber directional coupler for low index sensing,”Opt. Express 19(5), 17497 (2014).

[7] Graham E. Town, et all, “Microstructured optical fiberrefractive index sensor,”OPTICS LETTERS / Vol. 35, No. 6 / March 15, 2010.

[8] L. Rindorf, J. B. Jensen, M. Dufva, L. H. Pedersen, P. E. Høiby, and O. Bang, “Photonic crystal fiber long-period gratings for biochemical sensing,” Opt. Express 14(18), 8224–8231 (2006), http://www.opticsinfobase.org/abstract.cfm?id=97940&CFID=12293554&CFTOKEN=19235945