Çok amaçlı ölçümler için inceltme tekniği kullanan tek damarlı fiber sensörlerin geometrik tasarımı
Geometrical design of single core fiber sensors using tapering technique for multipurpose measurements
Yazar: MUSTAFA BİLSEL
Danışman: PROF. DR. İSA NAVRUZ
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Kırılma indisi = Refractive index ; Sıcaklık = Temperature

Özet:
Modern haberleşme teknolojilerinin gelişimindeki en büyük katkıyı kuşkusuz ışıkla bilgi taşıyabilen optik fiberler sağlamıştır. Çok yüksek iletişim bant genişliği, düşük güç kaybı, küçük boyut ve sinyal bozucu dış etkenlere karşı güvenli olması yönüyle avantajlar sunan optik fiberler, sadece telekomünikasyon sektöründe değil farklı disiplinlerde ve özellikle sensör teknolojisi araştırmalarında da oldukça dikkat çekmektedir. Bu tez çalışmasında, standart tek modlu telekom fiberini deforme ederek kırılma indisi, sıcaklık ve gerinim ölçebilen sensörler üzerine bir araştırma ve geliştirme çalışması yürütülmüştür. Sensör tasarımlarında fiberi incelterek ve kalınlaştırarak farklı geometrik deformasyonların sensör performansına etkileri araştırılmış ve analiz edilmiştir. Deneysel çalışmaların ilk aşamasında sayısal hesaplamalar ve simülasyon yöntemiyle sensör başlığının maksimum duyarlılık için optimum geometrisi belirlenmiştir. Devam eden aşamalarda ısıl yöntem kullanan bir fiber inceltme düzeneği geliştirerek fiber sensörlerinin deneysel üretimi çalışmaları yürütülmüştür. Üretilen fiber sensörleri için birer test düzeneği kurarak kırılma indisi, sıcaklık ve gerinim duyarlılıkları ayrı ayrı test edilmiş ve sensör duyarlılıkları analiz edilerek rapor edilmiştir. Ayrıca fiberi periyodik ızgara desenli biçimlendirerek dalgaboyu spektrumunda iki rezonans dip noktasına sahip bir fiber sensörü geliştirilmiştir. Bu sensör eşzamanlı sıcaklık ve gerinim ölçebilen yenilikçi bir fiber sensörü tasarımı olarak literatürde bir ilktir. Tasarlanan sensörün üretimi gerçekleştirilerek sensör duyarlılığı deneysel çalışmalarla test edilmiş ve literatür ile karşılaştırmalı başarılı sonuçlar elde edilmiştir. Sonuç olarak bu tezde geliştirilen geometrik deformasyon teknikleri ile kırılma indisi, sıcaklık ve gerinimi ayrık yada eş zamanlı ölçebilen yüksek duyarlılığa sahip, ucuz maliyetli fiber sensörlerin kolayca üretilebileceği gösterilmiştir.

Abstract:
Optical fibers that can carry information by light have undoubtedly made the greatest contribution to the development of modern communication technologies. Optical fibers, which offer advantages such as very high communication bandwidth, low power loss, small size and safety against signal external factors, attract much attention not only in the telecommunication sector but also in different disciplines and especially in sensor technology researches. In this thesis, a research and development study was carried out on sensors that can measure refractive index, temperature and strain by deforming a standard single-mode telecommunication fiber. The effects of different geometric deformations on sensor performance by tapering and enlarging the the fiber diameter in sensor designs have been investigated and analyzed. In the first stage of the experimental studies, the optimum geometry of the sensor head for maximum sensitivity was determined by numerical calculations and simulation method. In further stages, experimental fabrication of fiber sensors were carried out by developing a setup using thermal method to taper the fiber. Refractive index, temperature and strain sensitivity were tested separately by establishing test setups for the fabricated fiber sensors and the sensor sensitivities were analyzed and reported. Also, a fiber sensor having two resonance dip points in the wavelength spectrum has been designed by shaping the fiber with a periodic grating pattern. This sensor that can measure temperature and strain simultaneously is novel in the literature with its unique design. By fabricating the designed sensor, the sensitivity of the sensor has been tested in experimental studies and successful results when compared with the literature have been obtained. As a result, it has been shown that with the geometric deformation techniques developed in this thesis, high-sensitivity and low-cost fiber sensors that can measure the refractive index, temperature and strain discretely or simultaneously can be easily fabricated.