Mở Đầu
Sự phát triển của nền công nghiệp quang điện tử và thông tin quang trong những thập niên qua đã góp phần phát triển nhiều lĩnh vực nghiên cứu khác nhau. Trong đó, lĩnh vực nghiên cứu sử dụng sợi quang trong thiết kế các cảm biến đang rất được quan tâm.
Các cảm biến quang phát triển nhanh chóng thể hiện nhiều ưu điểm vượt trội như:
- Kích thước nhỏ
- Khối lượng nhẹ
- Băng thông rộng
- Độ nhạy cao
- Ít bị ảnh hưởng của nhiễu điện từ trường
- Bền trong môi trường khắc nghiệt
Cảm biến quang học dựa trên cách tử Bragg (Fiber Bragg Gratting (FBG)) đã thu hút sự chú ý ngay từ khi nó được phát minh. FBG không chỉ được biết đến trong các lĩnh vực quang tử, truyền thông mà nó còn được nghiên cứu rộng rãi trong lĩnh vực nghiên cứu cảm biến. Cảm biến sử dụng FBG có khả năng đo được các thông số như sức căng, nhiệt độ, áp suất, hóa học hay sinh học và nhiều thông số khác [4,7,11]. Với sự linh hoạt trong thiết kế cảm biến FBG có thể sử dụng đơn điểm hoặc thành một dãy nhiều điểm với chi phi rẻ. Bởi vậy nó trở thành một thiết bị lý tưởng được áp dụng cho vô số các ứng dụng cảm biến khác nhau trong các lĩnh vực khác nhau và công nghiệp. Với bất kỳ sự thay đổi bước sóng phản xạ của cách tử Bragg đều bị ảnh hưởng bởi các yêu tố như nhiệt độ, áp suất hay sức căng. Ví dụ như đáp ứng nhiệt của cảm biến dựa trên FBG bị ảnh hưởng bởi cả hai yếu tố: sự giãn nở nhiệt của vật liệu và sự thay đổi chiết suất do nhiệt độ. Sự thay đổi bước sóng phản xạ của FBG thường được phát hiện bằng cách đo bước sóng thông qua máy phân tích phổ quang. Điều đó là một bất lợi của cảm biến dựa trên FBG do có giá thành của sản phẩm lớn.
Trong luận văn này chúng tôi đề xuất một phương pháp mới phát hiện sự dịch bước sóng phản xạ của FBG thông qua điều chỉnh bước sóng phát xạ của laser đơn mode DFB (Distributed Feedback Gratings) thông qua sự thay đổi nhiệt độ trên đế laser. Chúng tôi sẽ thu được cường độ lớn nhất ở detector khi bước sóng phát xạ của laser trùng với bước sóng phản xạ của cách tử. Hệ số giãn nở nhiệt theo nhiệt độ của cách tử chế tạo trên sợi thủy tinh là rất nhỏ 11pm/ °C [5,3]. Do vậy các nghiên cứu thường bọc cách tử FBG bằng các vật liệu có hệ số giãn nở nhiệt lớn hơn để tăng độ đáp ứng nhiệt của cách tử. Khi nhiệt độ tăng lên vật liệu bọc sẽ bị giãn nở tạo ứng suất lực lên cách tử FBG. Tuy nhiên nếu vật liệu bọc phủ không đều trên bề mặt cách tửdẫn tới ứng suất lực gây lên cách tử không đồng nhất gây hiện tượng giãn phổ phản xạ của cách tử hoặc gây hỏng cách tử [8]. Chúng tôi đã trộn hạt nano CdSe vào vật liệu bọc trước khi phủ ra ngoài cách tử với mục đích làm cho vật liệu bọc được phủ trên bề mặt của cách tử đồng nhất do vậy sẽ tránh hiện tượng giãn phổ hoặc gây hỏng cách tửđồng thời tăng được độ đáp ứng nhiệt của cách tử là 22.7pm/°C. Các mẫu thử nghiệm đã cho thấy đáp ứng nhiệt tốt cho việc đô nhiệt độ trong vùng 0 – 100 °C khi nhiệt độ đế laser thay đổi trong khoảng 10-50 °C và tỷ lệ ∆λ/∆T của DFB laser là 77,5 pm. K¯¹. Các kết quả ban đầu chúng tôi thu được rất khả quan và đã được đăng trên tạp chí khoa học chyên ngành như: Tạp chí Communication in Physics, tạp chí Khoa học và Công nghệ năm 2013
Nội dung của luận văn được trình bày trong 4 chương:
Chương 1: Tổng quan về cảm biến quang
Chương 2: Nghiên cứu cảm biến sử đo nhiệt độ sử dụng cách tử trong sợi quang
Chương 3: Chế tạo cách tử Bragg có bước sóng phản xạ trong vùng 1550 nm
Chương 4: Kết quả thực nghiệm xây dựng hệ cảm biến
