Optické vláknové senzory fyzikálních veličin.

Jan Militký

Doctoral thesis

Abstract:

Tato disertační práce je zaměřena na využití vysoce dvojlomných optických vláken v optických vláknových senzorech, především ke sledování teploty. K tomuto účelu se využívá spektrální interferometrie v bílém světle. Práce uvádí principy šíření elektromagnetického pole v optických vláknech, popisuje speciální optická vlákna a analyzuje spektrální interferenci vln na výstupu experimentální sestavy. Dále jsou prezentovány a diskutovány výsledky měření spektrální interference s využitím různých experimentálních sestav a typů dvojlomných vláken. V experimentech se využívá interference optických vln, přičemž jde o ortogonálně polarizované vidy dvojlomných optických vláken, nebo o řádnou a mimořádnou vlnu dvojlomného krystalu. Výhodné je, že se jedná o vlny ve viditelné a blízké infračervené oblasti spektra, což snižuje nároky na použitý světelný zdroj i detektor. Popisované experimenty ukazují, jak lze využít optická vlákna v senzorech pro měření různých fyzikálních veličin, a demonstrují možnost využití Vernierova jevu ke zvýšení citlivosti daného měření. Kromě optických vláknových senzorů teploty se práce v experimentální části zabývá také optickým senzorem posunutí využívající Michelsonův interferometr ve standardní konfiguraci a v konfiguraci využívající Vernierův jev ke zvýšení citlivosti měření.

Abstract:

This thesis deals with uzilization of highly birefringent optical fibers in fiber optic sensors, mainly in temperature sensing. For this purpose white-light spectral interferometry is exploited. The thesis introduces principles of guiding of electromagnetic field in optical fibers, describes special optical fibers and analyzes spectral interference of waves at the output of an experimental setup. Furthermore, results of measurements of spectral interference with utilization of diverse experimental setups and birefringent fibers types are presented and discussed. In experiments, interference of optical waves is exploited, whereas these are orthogonally polarised modes of birefringent optical fibers or ordinary and extraordinary wave of a birefringent crystal. It is advantageous that these waves are in visible or near infrared part of spectrum which lowers demands on used light source and detector. Described experiments show how optical fibers can be used in sensors for sensing diverse physical quantities and demonstrate a possibility of utilization of the Vernier effect for given measurement sensitivity enhancement. Beside optical fiber temperature sensors the thesis in experimental part also deals with an optical displacement sensor utilizing a Michelson interferometer in a standard configuration and in a configuration utilizing the Vernier effect to measurement sensitivity enhancement.

Keywords

spektrální interferometrie, bílé světlo, senzory, vysoce dvojlomné optické vlákno, dvojlomný krystal, měření teploty, Michelsonův interferometr, polarimetrická citlivost, citlivost měření, Vernierův jev, zvýšení citlivosti měření

Keywords

spectral interferometry, white-light, sensors, highly birefringent optical fiber, birefringent crystal, temperature sensing, Michelson interferometer, polarimetric sensitivity, measurement sensitivity, Vernier effect, measurement sensitivity enhancement

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 17. 5. 2017

Thesis defence

• Date of defence: 27. 6. 2017
• Supervisor: Petr Hlubina
• Reader: Daniel Káčik, Jaroslav Vlček, Pavel Pavlíček

VŠB - Technical University of Ostrava

Univerzitní studijní programy

Doctoral programme / field:
Fyzika / Aplikovaná fyzika