طراحی و شبیه سازی میکرو ftir(طیف نگاری تبدیل فوریه مادون قرمز) برای تشخیص مواد آلی در باند میانی مادون قرمز

چکیده: طیف سنجی مادون قرمزامروزه به یکی از روش های دقیق و متداول برای شناسایی مواد تبدیل گردیده است. با استفاده از تبدیل فوریه در طیف سنجی مادون قرمز که منجر به بهبود عملکرد این تجهیزات در مقایسه با دستگاه طیف سنج مادون قرمز معمولی گردیده و مزایای فراوانی بهمراه داشته است. برای نمونه سرعت بالای جمع آوری اطلاعات و نسبت سیگنال به نویز بهتر در دسترس قرار گرفته است. در این پایان نامه هدف طراحی و شبیه سازی یک نمونه طیف سنج مادون قرمز تبدیل فوریه در ابعاد میکرو بوده است که در ابتدا شبیه سازی در سطح سیستمی انجام گرفته است. در نرم افزار matlab با شبیه سازی تداخل سنج مایکلسون و بررسی المانهای متغیر در این تداخل سنج تلاش شد که سیگنال تداخل نما و طیف حاصل از این سیگنال را در خروجی بدست آوریم و در مرحله بعدی تغییرات المانهای متغیر در کیفیت سیگنال خروجی بررسی شد که با مقایسه نتایج سعی شد سیستم مناسبی طراحی شود. در قدم بعدی با بررسی امکانات ساخت و تلاش برای طراحی یک طیف سنج مادون قرمز به این نتیجه رسیدیم که استفاده از تداخل سنج توری های پراش گزینه مناسبتری برای ساخت خواهد بود. در این راستا انواع توری پراش بررسی شد و با گزینش نمونه مناسب بر اساس تداخل سنجهای ساخته شده در تحقیقات پیشین، شبیه سازی یک نمونه تداخل سنج توری پراش را در نرم افزار matlab انجام دادیم و با بررسی المانهای تاثیر گذار در سیگنال تداخل نمای خروجی سعی شد طراحی مناسبی برای این تداخل سنج انجام شود. مرحله بعدی مدل کردن وشبیه سازی پارامترهای اپتیکی ماده نمونه در برنامه matlab و استفاده از مشخصات اپتیکی ماده مورد نظر برای تاثیر بر سیگنال تداخل نما در برنامه بود که با بررسی مدل های اپتیکی مختلف، مدل درود-لورنتس برای تخمین ماده مورد نظر در نرم افزار انتخاب شد. مشخصات اپتیکی آب خالص در برنامه شبیه ساز وارد شد و نتیجه طیف خروجی با طیف این ماده در منابع علمی مقایسه شد. با توجه به این که مدل مناسبی برای تخمین مشخصات اپتیکی ماده آلی یافت نشد، نمونه ای از تحلیل مواد آلی در این پایان نامه وارد نگردید. ولی در صورت بدست آمدن مدل اپتیکی یک ماده آلی و ورود آن در برنامه امکان تخمین طیف ماده مورد نظر وجود دارد. بعد از شبیه سازی در برنامه matlab تصمیم به شبیه سازی در برنامه های تخصصی اپتیک گرفته شد تا شبیه سازی دقیقتر و با حضور شرایط واقعی تر نوری انجام بگیرد و با بررسی برنامه های مختلفی همچون comsol و optifdtd و rsoft و tracepro با در نظر گرفتن امکانات نرم افزاری دانشکده، تصمیم به استفاده از optifdtd و شبیه سازی تداخل سنج در این نرم افزار گرفته شد که نتایج این شبیه سازی ها در پایاننامه آورده شده است. در آخر برای ساخت تداخل سنج توری پراش دو نمونه روش ساخت مختلف پیشنهاد شده است. در روش اول که روش ساده تری است امکان استفاده از زیر لایه های قابل دسترس در نظر گرفته شده است. دراین پایاننامه هدف شبیه سازی در ناحیه طول موجی مادون قرمز میانی بوده است در صورتی که در نتایج شبیه سازی ناحیه های طول موجی مادون قرمز نزدیک و مادون قرمز دور نیز مورد بررسی قرار گرفته است.