Fiber Bragg ızgara tabanlı optik sensörlerin analizi
Analysis of Fiber Bragg grating sensors
Yazar: LALE KARAMAN
Danışman: YRD. DOÇ. DR. N. ÖZLEM ÜNVERDİ
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2009
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Günümüzde optik fiber haberleşme sistemleri, teknolojinin ana yapısını oluşturmaktadır. Optik fiber haberleşme teknolojisindeki hızlı ve belirgin gelişme, elektronik alanda kullanılan sensör sistemlerinin yaygınlaşmasına neden olmuştur.Tezin Birinci Bölümü'nde, optik fiber yapısı anlatılmış ve optik fiberin temel özellikleri hakkında bilgiler verilmiştir. İkinci Bölüm'de, optik dalga kılavuzlarının düzlemsel yapıdaki elektromagnetik özellikleri ve basamak indisli fiber için silindirik yapıdaki elektromagnetik özellikleri incelenmiştir. Üçüncü Bölüm'de, elektronik sistemlerin büyük bir kısmında kullanılan optik fiber sensörlerin kullanım yerleri, çalışma prensibi ve sensör çeşitleri anlatılmıştır. Dördüncü Bölüm'de, optik fiber sensör çeşitleri arasında yer alan fiber Bragg ızgara tabanlı sensörler analiz edilmiştir. Fiber Bragg ızgaralar, ızgara uzunluğu boyunca kırılma indisi değişimiyle oluşan ve yansıma modunda çalışan yapılardır. Izgaraların karakteristik özelliklerini oluşturan dalgaboyu, band genişliği, yansıma ve iletim spektrumu gibi özellikleri incelenmiştir. Fiber Bragg ızgaralar yansıma modunda tasarlandığı için, Bragg dalgaboyundaki yansıyan güç miktarının büyük değerlerde olması, ızgaranın performansının yüksek olmasını sağlamaktadır. Bu nedenle, yapılan analizlerde, büyük değerli yansıyan güç miktarının elde edilebilmesi için, seçilecek ızgaranın değişik özellikleri incelenmiştir. Sıcaklık ve gerilmeye bağlı olarak, yansıyan dalgaboyunda meydana gelen değişim miktarları araştırılmış ve duyarlılık analizleri yapılmıştır. Beşinci Bölüm'de elde edilen sonuçlar değerlendirilmiştir. Elde edilen sonuçlara göre, ızgara uzunluğu arttığında yansıyan güç miktarının da arttığı görülmekte ve kırılma indisinde meydana gelen değişim miktarı sabit tutulduğu durumda daha büyük uzunluklu fiber Bragg ızgaralar kullanılarak yüksek yansıtıcılık değerleri elde edilebilmektedir. Kırılma indisi değişiminin artan değerleri için yansıyan güç miktarı artış göstermektedir. Ayrıca, kırılma indisi değişiminin yüksek değerleri için, çok daha kısa ızgaralarla, yansıtılırlığın en yüksek değere ulaştığı noktaya erişilebileceği görülmüştür. Yapılan analizler sonucunda, gerilme kuvvetinin dalgaboyuna etkisinin, sıcaklık değişiminin dalgaboyuna etkisinden daha kuvvetli olduğu belirlenmiştir.

Abstract:
Nowadays, optical fiber communication systems are the main structure of technology. Sensor systems which are usually used in electronic fields, is very widespread because of the fast and clear development of technology.In Section 1, optical fiber structure is explained and information about basic properties of optical fiber are given. Section 2 describes electromagnetic characteristics of light in slab waveguides and step index fiber waveguides. Section 3 contains information about optical fiber sensors which are used commonly in many electronic systems and also in this section involves information about fields in which optical sensors are widely used, and about kind of optical sensors. In Section 4, an analysis is made about fiber Bragg grating sensors which are a kind of optical sensors. Fiber Bragg gratings are structures whose refractive index varies periodically in a given spatial direction. Fiber Bragg grating characteristics such as wavelength, bandwidth, reflection and transmission spectrum are given. Due to the fact that fiber Bragg gratings are designed at reflection mode, grating performance increases when reflection power at Bragg wavelength is increased. Because of this factors, characteristics of grating are investigated. Variation of power which is reflected and transmitted from grating with grating period, grating length and refraction index, is researched. Temperature and strain changes applied to the gratings cause a shift in the reflecting wavelength therefore shift of wavelength is surveyed and sensitivity analyses are made. In Section 5, the results of survey are given. When grating lenght is increased, reflection power at Bragg Wavelength is increased too. If variation of refraction index is choosen as a constant, reflection power at Bragg wavelength will increase with longer grating lenght. When variation of refraction index is increased, reflection power at Bragg Wavelength is increased too. Besides, if big value of refraction index?s variation is choosen, reflection power at Bragg wavelength will increase with shorter grating lenght. As a result of analyses, it is surveyed that effects of strain is bigger than effects of temperature on wavelength.