Çok damarlı fiber tabanlı optik algılayıcının tasarımı ve geliştirilmesi
Design and improvement of optical sensor based on multicore fiber
Yazar: ZINAH ABBAS ABED AL-MASHHADANI
Danışman: DOÇ. DR. İSA NAVRUZ
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Optik fiberler bilgi taşıma kapasitesi oldukça yüksek kablolardır. Pek çok türü bulunan optik fiberlerin gelişen üretim teknolojileri sayesinde, standart telekom fiberlerinden farklı çok damarlı fiberler de sunulmuştur.  Çok damarlı fiberler, başlangıçta veri iletim uygulamalarında kullanılmak üzere geliştirilmiştir. Çok damarlı fiber türleri geliştikçe, çok sayıda farklı alternatif uygulamada kullanılması söz konusu olmuştur. Bu tür fiberler için en hızlı büyüyen alanlardan biri algılama uygulamasıdır. Hali hazırda, biyomedikalden savunmaya kadar çeşitli endüstrilerde incelenen birçok çok damarlı fiber sensör tasarımı ve cihazı bulunmaktadır. Bu tezde, hendek destekli çok damarlı (TAMCF) konik fiber kullanan bir kırılma indisi sensörü önerilmiş ve deneysel olarak gösterilmiştir. Sensör yapısı, TAMCF' nin iki tek modlu fiber (SMF) arasında birleştirilmesi ve orta kısmından inceltilmesiyle elde edilmiştir. SMF-TAMCF-SMF yapısını oluşturan konik sensörü üretmek için elektrik ark boşaltma tekniği kullanılmıştır. Hendek katmanının kırılma indisi duyarlılığı üzerindeki etkisinin yanı sıra konikleştirmenin TAMCF üzerindeki faydasını araştırmak için ışık yayılımı yöntemi kullanılmıştır. Araştırmada, fiberde oluşturulan konikliğin, ışığın merkez ve dış öze kuplajına olanak sağlayarak sensör hassasiyetini arttırdığı keşfedilmiştir. Deneysel çalışmalarda, fiber sensörleri başarıyla üretilmiş ve konsantrasyonu dikkatlice hazırlanan bal/su çözeltisinde test edilmiştir. Geliştirilen sensör ile 35089.28 nm/RIU gibi oldukça yüksek bir duyarlılığa ulaşılmıştır. Bu değer, farklı türdeki çok damarlı fiber sensörleri içinde literatürde sunulan edilen en yüksek değerdir. Bu tezde geliştirilen sensör, sadece kırılma indis duyarlılığı için değil, sıcaklık ve gerilme gibi farklı fiziksel büyüklüklerin duyarlılıkları için yapılacak çalışmalara da ışık tutacaktır.

Abstract:
Optical fibers are high capacity information transmission cables. Many types of optical fibers different from standard telecom fiber are available thanks to improved fabrication technologies. Multicore fiber (MCF) is initially developed to be used in data transmission fields. As MCF types advanced, many other alternative applications are established. One of the fastest growing fields for MCF is sensing application. Currently, there are many MCF designs being investigated in various fields from biomedical to defense. In this thesis, a refractive index (RI) sensor using tapered trench-assisted multicore fiber (TAMCF) is proposed and experimentally demonstrated. The sensor was obtained by splicing one segment of TAMCF between two single mode fibers (SMF) and tapering the middle part. Electric arc discharge technique was used to fabricate a tapered sensor forming a tapered SMF-TAMCF-SMF structure. Numerical beam propagation was used to investigate the benefit of tapering on TAMCF also, the effect of trench layer on RI sensitivity. In the study, it was observed that the tapering increase the sensitivity of the sensor by allowing the light to be coupled from center to outer cores. In experimental studies, fiber sensors have been successfully fabricated and carefully tested within prepared honey/water solution. With the developed sensor, a very high sensitivity of 35089.28 nm/RIU was obtained. This is the highest value presented in the literature of multicore fiber sensor with different types. The studies carried out in this thesis will shed light not only on RI sensitivity, but also on different physical sensitivities such as temperature and stress.