طراحی و مدل سازی نانوحسگر گاز مبتنی بر فیبر شکاف باند فوتونی با هسته هوایی

یکی از افزاره¬هایی که به دلیل ابعاد کوچک و دقت بالا در سال¬های اخیر بیشتر مورد توجه قرار گرفته¬اند، فیبرهای کریستال فوتونی هستند. این فیبرها دارای حفره¬های هوا در پوشش خود هستند و به دونوع کلی هسته جامد و هسته توخالی، تقسیم می¬شوند. فیبرهای کریستال فوتونی با هسته توخالی و یا فیبرهای شکاف باند فوتونی با هسته هوا، مزایای منحصر¬به¬فردی دارند که قادرند در کاربردهای حسگری، به جای فیبرهای نوری مرسوم قرار گیرند. یک نوع جدید از موجبرهای نوری که فیبرهای شکاف باند فوتونی با هسته توخالی نامیده می¬شود، در این پایان¬نامه مورد توجه قرار گرفته است. این فیبرها به دلیل هم¬پوشانی زیاد بین مود نوری و هسته توخالی، می¬توانند جایگزین خوبی برای تجهیزات حسگری باشند. در این پایان¬نامه استفاده از فیبر شکاف باند فوتونی برای حسگری گاز مورد بررسی قرار می¬گیرد. برهم¬کنش بین نور و نمونه گاز موجب می¬شود تا نور درون هسته توخالی تضعیف شود. گاز درون هسته توخالی، با اندازه¬گیری مقدار نور تضعیف شده بر اثر جذب، مورد آشکارسازی قرار می¬گیرد. حتی با این روش می¬توان ضریب نفوذ گاز را نیز محاسبه کرد. بدیهی است که حساسیت و تلفات تحدید دو پارامتر مهم در حسگرهای گاز کریستال فوتونی هستند. بنابراین با طراحی و بهینه¬سازی دقیق مشخصات ساختاری فیبر، تلاش شده است که حساسیت بالا و تلفات تحدید کم به طور هم¬زمان تحقق یابند. در این پایان¬نامه دو ساختار حسگر گاز بر مبنای فیبر شکاف باند فوتونی پیشنهاد شده است. در ساختار اول با بهینه کردن شعاع هسته فیبر در یک محدوده مشخص ، با غلبه بر آثار مودهای سطحی به حساسیت 5/92% در تلفات تحدید ، رسیدیم. در ساختار دوم هسته فیبر با حذف نوزده حفره هوایی در مرکز ساختار، شکل گرفت. در این ساختار با بهینه کردن ضخامت لایه سیلیکایی محصورکننده هسته توخالی با انتخاب ضخامت بهینه ، و تعبیه شش هسته کوچک در پوشش فیبر با فاصله یک حفره هوایی از هسته مرکزی، به ترتیب بر آثار مودهای سطحی و مودهای مرتبه¬بالا غلبه کردیم و توانستیم به حساسیت 97% در تلفات تحدید ، دست یابیم.