Технология формирования интерферометрических чувствительных элементов на основе микрополостей, полученных катастрофическим плавлением оптического волокна тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Нурмухаметов Даниль Илдарович

• Нурмухаметов Даниль Илдарович
• кандидат наук
• 2025

Оглавление диссертации кандидат наук Нурмухаметов Даниль Илдарович

Введение

Глава 1. Анализ существующих и перспективных методов формирования полостей внутри оптического волокна

1.1 Сенсорные системы с мембраной

1.2 Резонаторы в виде многослойной структуры

1.3 Формирование резонатора путем сварки оптических волокон

1.4 Резонаторы, формируемые путем микромеханической обработки

1.5 Контроль параметров окружающей среды

1.5.1 Методы и способы контроля температуры

1.5.2 Измерение статического давления

1.5.3 Интерферометрические датчики влажности

1.5.4 Измерение показателя преломления

1.5.5 Определение воздействия электромагнитных полей

1.6 Выводы

Глава 2. Математическая модель чувствительного элемента открытого и закрытого типов

2.1. Математическая модель чувствительного элемента открытого типа

2.2 Уравнение состояния газа в полости. Зависимость размера газовой фазы от параметров системы

2.3 Оценка чувствительности интерферометра к изменению длины его резонатора

2.4 Математическая модель чувствительного элемента закрытого типа

2.5 Выводы

Глава 3. Технология формирования интерферометрических чувствительных

элементов внутри оптического волокна

3.1 Волоконно-оптический диффузор

3.2 Формирование макроскопической полости внутри волокна

3.3 Технологические процесс

3.4 Изготовление линз с обратной геометрией

3.5 Выводы

Глава 4. Практические рекомендации по формированию различных конфигураций чувствительных элементов и области их применения

4.1 Датчик давления на основе торцевой полостиоткрытого типа

4.2 Особенности применения полости открытого типа в жидких средах

4.3 Взаимодействие наполненной газом открытой полости с жидкостью

4.4 Рекомендации по проектированию датчика электромагнитных полей

4.4.1 Свойства нематико-холестерической смеси

4.4.2 Экспериментальная установка контроля электромагнитных полей

4.4.3 Результаты эксперимента

4.5 Изготовление датчика давления закрытого типа с мембраной

4.6 Выводы

Заключение

Список литературы

ПРИЛОЖЕНИЕ А

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

ПРИЛОЖЕНИЕ В

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Технология формирования интерферометрических чувствительных элементов на основе микрополостей, полученных катастрофическим плавлением оптического волокна»

ВВЕДЕНИЕ

В последние десятилетия волоконно-оптические сенсоры прочно заняли лидирующие позиции среди средств измерения [1-5] физических, химических и биологических параметров благодаря их уникальным преимуществам: высокой чувствительности, устойчивости к электромагнитным помехам, возможности работы в агрессивных и взрывоопасных средах, малым габаритам и массе, а также способности к мультиплексированию и распределённому зондированию. Особенно перспективными среди них являются датчики на основе интерферометра Фабри - Перо (ИФП), сочетающие простоту конструкции, высокую точность, широкий диапазон измеряемых величин и устойчивость к внешним шумам.

С момента изобретения ИФП в конце XIX технология датчиков на его основе претерпела значительное развитие [6-9]. Сегодня такие датчики успешно применяются в авиации, космонавтике, нефтегазовой отрасли, биомедицине, гидроакустике, навигации и «умных» конструкциях. При этом разнообразие конструкций чувствительных элементов весьма богато — от внутриволокон-ных элементов до внешних резонаторов, что позволяет адаптировать ИФП-датчики под самые разные измерения: давления, температуры, акустических колебаний, показателя преломления, магнитных полей, концентрации газов, скорости потоков и т.д.

Однако, несмотря на очевидный потенциал, широкое коммерческое внедрение волоконно-оптических ИФП-датчиков сдерживается рядом факторов, главным из которых остаётся сложность и низкая воспроизводимость технологий их изготовления. Существующие методы — от напыления полупрозрачных покрытий и микромеханической обработки до использования MEMS-тех-нологий и фотонных кристаллических волокон требуют дорогостоящего оборудования, трудоёмки и, зачастую, не обеспечивают достаточной гибкости для создания универсальной платформы под разные типы измерений.

В этих условиях разработка воспроизводимой, технологичной и масштабируемой методики формирования микрополостей в оптическом волокне, позволяющей создавать как открытые, так и закрытые ИФП-резонаторы с заданными геометрическими и оптическими параметрами, приобретает особую научную и практическую значимость [10-20]. Такая технология может стать основой для стандартизации и серийного производства волоконно-оптических сенсоров нового поколения, сочетающих высокую функциональность, низкую себестоимость и широкую область применения — от промышленного мониторинга до лабораторной диагностики. Более того стремительный рост развития фотонно-интегральных схем требует также улучшения в методах ввода излучения в волноводы.

Таким образом, актуальность настоящей работы обусловлена созданием универсальной платформы для построения широкого спектра высокоточных, компактных и надёжных волоконно-оптических датчиков.

Степень разработанности темы. Применение интерферометров Фабри - Перо нашли отражения в работах зарубежных ученых O. Hill, P. Dakin, J.T. Boyd, F.J. Arregui, J.S. Sirkis и др. Существенный вклад в методы и способы реализации оптоволоконных интерферометрических датчиков внесли такие ученые, как N.D. Rees, J. Kou, F. Farahi, L.H. Chen, M. Fatima Domingues и др.

Объект исследования — оптоволоконные интерферометрические чувствительные элементы, сформированные внутри и на торце оптического волокна.

Предмет исследования — методы формирования и технологический процесс создания макроскопической полости внутри или на торце оптического волокна, используя в качестве заготовки участок оптического волокна, подвергнутый катастрофическому плавлению.

Цель работы — разработка технологии создания конструктивных элементов в оптическом волокне, позволяющей формировать полости заданного

размера и формы, используемые в последствии в качестве чувствительных элементов для построения интерферометрических оптоволоконных датчиков.

Для достижения поставленной цели необходимо выполнить следующие задачи:

1. Провести аналитический обзор существующих методов и средств создания внутри и на торце оптических полостей макроскопического размера, используемых в качестве чувствительных элементов датчиков интерферомет-рического Фабри - Перо типа. Выявить резервы, позволяющие упростить создание таких элементов и обеспечить повторяемость процесса.

2. Разработать математическую модель чувствительного элемента открытого типа с границей раздела газ/жидкость, с учетом уравнения состояния газа, оценить чувствительность смещения спектрального отклика к изменению его параметров. Разработать математическую модель чувствительного элемента закрытого типа, использующего упругую мембрану, закрывающую полость и разделяющую среды воздействия.

3. Разработать элементы технологии изготовления макрополостей внутри оптических волокон, используя в качестве заготовки фрагмент оптического волокна, содержащий микрополости, сформированные путем катастрофического температурного плавления. Разработать формализованный регламент выполнения технологических операций, определив последовательность действий и режимы, позволяющие формировать макрополости заданного размера и формы.

4. Создать экспериментальную установку для исследования области применимости полученного чувствительного элемента. Разработать методику формирования различных конфигураций чувствительных элементов волоконно-оптических датчиков на основе создаваемой макрополости. Дать практические рекомендации по областям применения создаваемых макрополостей.

Научная новизна работы состоит в следующем:

1. Развиты математические модели чувствительных элементов двух типов. Для открытой полости с границей газ/жидкость выведены соотношения спектрального отклика с учётом уравнения состояния газа, капиллярных и термо-капиллярных эффектов. Получены аналитические выражения чувствительности к давлению, температуре и показателю преломления, определены условия снижения дрейфа сигнала. Для закрытой полости с упругой мембраной построена связанная механо-оптическая модель. Получены зависимости характеристик от толщины, радиуса и модуля упругости, а также диапазоны параметров, обеспечивающие требуемый компромисс чувствительности, линейности и полосы пропускания.

2. Предложена и обоснована технологическая платформа формирования макрополостей на торце/внутри оптического волокна, формализован регламент операций. Показана возможность управляемого получения полости заданной геометрии (высота полости, апертура, радиус кривизны) с воспроизводимостью, достаточной для лабораторно-серийного цикла, и погрешностью, не превышающей 5 %. Введён критерий технологического контроля, связывающий малое число геометрических параметров со спектральными метриками, что переводит контроль качества в оптико-спектральную плоскость.

3. Впервые визуализированы процессы движения сплошных жидких сред внутри открытых макрополостей, сформированных на торце оптического волокна. Осуществлен подбор параметров лазерного инфракрасного излучения: длина волны и мощность, позволяющий повысить точность и работоспособность датчиков рассматриваемого типа.

4. Разработан метод изготовления мембран на основе комбинации макрополости и доступных материалов, обеспечивающий снижение себестоимости, упрощение процесса изготовления и высокую технологичность. Предло-

женный подход позволяет создавать различные мембраны, эффективно применяемые для измерения различных полей, что расширяет их потенциал использования в прикладных задачах.

Основные положения, выносимые на защиту (соответствуют пунктам паспорта специальности):

1. Разработана и реализована технология получения открытых/закрытых макрополостей на торце и внутри оптического волокна с формализованным регламентом операций, обеспечивающая управляемую геометрию полости размером от 57 до 127 мкм с воспроизводимостью, достаточной для лабора-торно-серийного производства с погрешностью целевых геометрических параметров, не превышающей 5 %.

2. Экспериментально выявлены и визуализированы особенности течений жидкой фазы в открытых макрополостях на торце волокна под действием инфракрасного излучения (980 и 1550 нм). На длине волны 980 нм при мощности 29 мВт и на длине волны 1550 нм при мощности излучения 2,5 мВт обеспечивается долговременная стабильность газового включения внутри макрополости диаметром 100 мкм. Увеличение мощности влечет за собой нагрев газового включения, расширение и выход за пределы макрополости с уменьшением времени стабильности.

3. Разработана воспроизводимая методика нанесения и интеграции упругих мембран на открытый конец макрополости, сформированной на торце волокна, обеспечивающая изготовление датчиков статического и акустического давления с требуемым компромиссом чувствительности и диапазона за счёт подбора материала и толщины мембраны.

4. Путем объёмного травления предварительно созданной каплевидной макрополости 40% плавиковой кислотой при выдержке от 20 до 30 минут можно получить линзу обратной геометрии на торце одномодового оптического волокна с глубиной линзы от 28,5 до 34,2 мкм. Повторение операции травления под действием введенного в волокно оптического излучения

(1550 нм, 10 дБм) обеспечивает формирование обратной линзы до 100 мкм при времени травления, не превышающем 5 мин.

Диссертация соответствует паспорту специальности 2.2.6 - Оптические и оптикоэлектронные приборы и комплексы по пунктам: 1. Исследование и разработка новых методов и процессов, которые могут быть положены в основу создания оптических и оптико-электронных приборов, систем и комплексов различного назначения, функционирующих в оптическом диапазоне спектра и терагерцовом диапазоне и 2. Разработка новых оптико-информационных технологий, в том числе технологий, основанных на волоконной, адаптивной, интегральной оптике и волноводной оптике. (В части разработки технологии формирования макрополостей внутри и на торце оптического волокна, которые могут быть положены в основу универсальных чувствительных элементов волоконно-оптических сенсорных систем для измерений физических полей различной природы).

Личный вклад автора заключается в научно-техническом обосновании, подготовке и проведении экспериментов, исследовании основных составляющих погрешностей измерений, проведении натурных экспериментов, формировании практических рекомендаций, апробации, публикации и внедрении результатов исследований. Все результаты, составляющие научную новизну настоящей работы, получены автором лично.

Достоверность полученных результатов обусловлена использованием методов математической физики, оптомеханики волоконных структур, математических методов моделирования, и апробированных экспериментальных методов. Достоверность и обоснованность результатов определяются использованием известных положений фундаментальных наук, корректностью используемых математических моделей, их адекватностью реальным физическим процессам, совпадением теоретических результатов с экспериментальными данными и результатами исследований других авторов.

Практическая и теоретическая значимость работы:

1. Сформирован модульный принцип построения чувствительных элементов, допускающий быструю переконфигурацию без смены оптической оснастки. Показано, что открытая макрополость применима для рефрактометрии, гидро- и ультраакустики, закрытая макрополость с мембраной применима для измерений статического и динамического давления и вибраций, макрополость с функциональными наполнителями может быть применима для контроля электроагнитных полей. Предложена и экспериментально подтверждена процедура спектральной калибровки макрополости для оперативного восстановления фактического размера полости и коррекции чувствительности.

2. Ключевой прикладной результат — разработка технологических карт формирования макрополостей Фабри - Перо в сердцевине и на торце оптического волокна с их последующей конфигурацией под целевое применение. Разработанные технологические карты переводят процесс из единичного процесса в регламентированную, воспроизводимую технологию.

Методы и методология исследования. Для выполнения поставленных в работе задач использованы теоретические и эмпирические методы исследования. Для обработки результатов использовались типовые математические пакеты и хорошо зарекомендовавшие себя популярные среды программирования. Экспериментальные стенды создавались на основе аттестованных и паспортизованных компонентов, элементов и устройств.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на следующих конференциях: Всероссийская конференция по волоконной оптике ВКВО (г. Пермь, 2023 г.), XI Международная научно-техническая конференция молодых ученых, аспирантов и студентов «Прикладная электродинамика, фотоника и живые системы-2024» (г. Казань, 2024 г.), Прикладная электродинамика, фотоника и живые системы (г. Казань, 2024 г.), XI Международный семинар по волоконным лазерам. Материалы семинара.

(г. Новосибирск, 2024 г.), Электроника, фотоника и киберфизические системы (г. Пермь, 2024 г.).

Публикации. Основные положения диссертации изложены в 20 работах, в том числе 4 публикации в журналах, включенных в перечень ВАК Министерства образования и науки РФ по специальности 2.2.6 и приравненных к ним, включая 2, входящие в базу данных Scopus.

Структура и объем работы:

Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы, включающего 165 наименование. Объем работы без приложения составляет 125 страниц, включая 49 рисунков и 7 таблиц.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ И ПЕРСПЕКТИВНЫХ МЕТОДОВ ФОРМИРОВАНИЯ ПОЛОСТЕЙ ВНУТРИ ОПТИЧЕСКОГО ВОЛОКНА

Развитие волоконно-оптических технологий привело к созданию новых типов датчиков, среди которых особое место занимают волоконные решетки Брэгга и волоконные интерферометрические датчики. Первые брэгговские решетки были предложены О. Хилл и его коллегами в 1978 году. Они формируются в сердцевине германосиликатных оптических волокон путем записи периодической структуры показателя преломления с использованием Аг-лазера [21, 22]. С тех пор волоконно-оптические датчики получили широкое распространение благодаря своим уникальным преимуществам перед электронными аналогами: они работают в экстремальных условиях, обладают высокой чувствительностью, устойчивостью к электромагнитным помехам и возможностью мультиплексирования сигналов.

В последние годы особый интерес вызывает интеграция таких датчиков в композитные материалы для измерения деформации, температуры и вибрации в различных конструкциях, включая железобетонные сооружения, космические аппараты и элементы авиационной техники, такие как крылья самолетов [23].

Начиная с 1980 года помимо брэгговских решеток находят широкое применение волоконно-оптические датчики на основе интерферометров [24], а в частности широкое распространение получил интерферометр Фабри - Перо (ИФП), который был изобретен физиками Чарльзом Фабри и Альфредом Перо в 1897 году [25]. Волоконные датчики на основе ИФП выделяются на фоне других интерферометрических датчиков тем, что не требуют дополнительных элементов для разделения излучения по каналам, но обладают высокой точностью, универсальностью, быстрым откликом и хорошо изученным математическим аппаратом для обработки сигналов.

Датчики на основе ИФП обычно изготавливаются с использованием воздушно-стеклянных отражателей, брэгговских решеток внутри волокна или с помощью полуотражающих сварочных мест. Современные датчики на основе ИФП конструктивно разделяют на внутренние и внешние. Обе конструкции датчиков нашли применение в различных областях, таких как контроль реактивных двигателей самолетов, где присутствуют горючие материалы и высокое напряжение, мониторинг интеллектуальных структур, сейсмические и гидролокационные приложения, нефтяная промышленность, измерения в нефтяных скважинах, биомеханика и инженерия, биологическое и химическое детектирование.

При разработке интерферометрических датчиков, как и любых других, исследователи расставляли акценты на увеличении их эффективности в конкретных областях применения. Так, например, Ли и Тейлор [26] представили конструкцию датчика температуры, в которой использовался светодиод в качестве источника излучения. Волоконно-оптический датчик температуры на основе ИФП, описанный в работах Тсенга и Чена, может различать повышение и понижение температуры [27].

В современных работах представлены различные конструкции волоконно-оптических датчиков ИФП. Одним из таких методов подразумевает встраивание ИФП в эпоксидную смолу и погружения в воду для оценки ультразвуковых характеристик [28]. При помощи технологии микрообработки с использованием трехслойной мембраны из нитрида и оксида кремния возможно реализовать датчик для измерения давления [29]. Сборка с вихревым расходомером позволяет измерять скорость потока жидкости в трубе [30], а изготовление полости Фабри - Перо [31], на основе оптического резонатора по технологии ионной самосборки монослоя формирует датчик для измерения влажности. В работе [3] разработана и представлена схема пассивной квадратурной цифровой фазовой демодуляции на основе трех длин волн, которая позволяет улучшить считывание данных с волоконных датчиков

на основе ИФП. Путем сваривания нескольких волокон с разным диаметром сердцевины возможно сформировать датчик для использования в жестких условиях гамма-излучения [33]. Нанесение частично отражающего диэлектрического или металлического покрытия на торец оптоволокна при помощи кремниевой или полимерной подложки с отражающим покрытием из полимерной пленки позволяет реализовать датчик на основе ИФП [34]. Схожая конструкция достигается путем склеивания оптического волокна, ферулы, трубки и мембраны вместе для создания интерферометра на основе герметичной микрополости для детектирования акустического сигнала [35]. Встраивание МЭМС-структуры на торец волоконно-оптического ИФП позволяет реализовать чувствительный элемент для измерения давления [36]. Определение содержания аммиака в газах достигается путем нанесения слоев полианилина и нафиона на поверхность будущего ИФП [37]. Ещё одним методом формирования отражательных стенок интерферометра в оптическом волокне является каскадное сваривание одномодового волоконного световода (ВС), фотонного кристаллического волокна (ФКВ) и полого оптического волокна для высокотемпературного детектирования [38]. При измерении показателя преломления предлагается использовать оптические волокна с полой структурой, которые встраивают между двумя одномодовыми волокнами для изготовления датчика Фабри - Перо [39]. Нередко конструкции ИФП с мембранами на основе полимерного материала применяются для акустического детектирования [40], а ИФП со встроенным чувствительным элементом в виде волоконной брэггов-ской решеткой позволяет определять различные поля, такие как: температура и давление [41-43]. Внедрение магнитной жидкости [44-47] в конструкцию ИФП применяется для измерения магнитных полей, что также возможно достигнуть путем покрытия тонкой пленкой фоторезиста SU-8 и последующего погружения в нано-магнитную жидкость для измерения магнитных полей [48].

В настоящее время разработка датчиков на основе ИФП использует различные виды оптических волокон. К примеру, Йосино и др. в работе [49] используют ВС, отполированные торцевые поверхности которых покрыты многослойной диэлектрической пленкой по методу вакуумного напыления. Для одновременного измерения температуры и деформации использовалось оптическое волокно с двойным покрытием (double-clad). Конструкция такого ИФП включает в себя пару брэгговских решеток с низким коэффициентом отражения, которые были записаны голографическим методом при помощи мультиплексирования. В литературе описан широкий спектр различных интерферо-метрических датчиков на основе Фабри - Перо.

1.1 Сенсорные системы с мембраной

Так одним из популярных методов реализации резонатора Фабри - Перо строится на формировании мембраны. К примеру, в работе [50] полость ИФП формируют двумя светоотражающими поверхностями, как показано на рисунке 1.1. Количество света, проходящего через полость, зависит от ширины зазора между двумя отражающими поверхностями.

Рисунок 1. 1 Схема структуры датчика. Свет передается и принимается через волокно с сердцевиной 100 мкм. Длина полости составляет около 7 мкм, а

толщина мембраны - 8 мкм [50]. 15

Соответственно, если одна из поверхностей сделана из мембраны, которая прогибается под давлением, то характеристики светового излучения меняются в зависимости от величины прогиба мембраны. Такая конструкция была реализован в датчике на основе ИФП, изготовленном из кварцевой мембраны толщиной 200 мкм с помощью технологии микрообработки. Датчик прикреплен на конце трубки Согш^Ругех с внутренним диаметром 1 мм. Для реализации разделения между двумя поверхностями используется травление глубиной 6,8 мкм с одной стороны. Зазор используется для того, чтобы было удобно использовать светодиодный источник света. Кварцевая мембрана изготавливается методом анизотропного травления в гидроксиде калия.

Верхняя сторона мембраны полируется в том месте, где должно происходить отражение излучения. Дополнительно в микро-полости создается отверстие, чтобы избежать любого зашумления в сигнале при высоких значениях давления. В работе [51] также проводились исследования над микрополостной структурой на основе ИФП для измерения давления. На основе этой же технологии Бойд и др. разработали [52] волоконно-оптический датчик на основе ИФП, который был запатентован.

В случае, если требуется измерение акустического давления [53], то использование тонкой полимерной пленки в качестве мембраны для чувствительного ИФП компонента является отличным решением, поскольку приводит к уменьшению длины пути внутри слоя, а следовательно, к низкой чувствительности при изменении давления и температуры.

Подобным образом был изготовлен ИФП, конструкция которого была запатентована [54-56]. В качестве источника излучения используется перестраиваемый лазерный диод, а оптическая схема собирается на многомодовом оптическом волокне. Когда акустическая волна с некоторой модуляцией попадает на датчик, возникает оптическое фазовое рассогласование между двумя отражениями, в результате чего происходит модуляция оптической мощности, которая после отражения возвращается обратно на фотоприемник (рисунок 1.2).

Рисунок 1.2. Принципиальная схема ультразвукового датчика ИФП [53],

где ФП - Фотоприемник.

Путем контроля длины волны лазерного диода возможно достичь наилучшей линейности и чувствительности датчика. Дополнительно полость между концом волокна и чувствительной пленкой можно заполнить водой, что дает несколько преимуществ: улучшение видности интерференционной картины и большее акустическое согласование между концом волокна и чувствительной пленкой. Однако такой способ нарушает равномерность частотной характеристики датчика.

Сами по себе мембраны могут быть, как герметичными, так и проницаемыми, что позволяет формировать чувствительные элементы для влажности и различных газов. Так в работе [56] представлен миниатюрный ИФП-датчик влажности с использованием стандартного ВС, в котором используется полое волокно с длиной 50 мкм, на конце которого нанесен тонкий слой гидрофильного полимера - хитозана, как показано на рисунок 1.3. Мембрана датчика влажности на основе ИФП выполнена из пленки с концентрацией хитозана порядка 1%, что обеспечивало её повышенную проницаемость и эластичность. Перед свариванием ВС скалывается под прямым углом, обеспечивающий отражательную способность в ~4 %.Для формирования микрополости полый

стержень волокна Ро1утюгоТ8Р050150 с внешним диаметром 125 мкм и внутренним диаметром 75 мкм сваривают с подготовленным ВС при помощи сварочного аппарата с мощностью дуги 8 бит, зазором между волокнами - 23 мкм и длительностью дуги - 300 мс. Затем под микроскопом производят скалывание полого волокна с целью получения полости нужных размеров.

50 мкм

Мембрана из хитозана Рисунок 1.3. Схема конструкции датчика относительной влажности ИФП, покрытого хитозаном [56].

На заключительном этапе ВС с микрополостью помещают в однопроцентный раствор хитозана, после чего полученную мембрану на торце ВС устанавливают в сушильную камеру с влажностью 9 % и температурой 25 °С, в результате чего образуется эластичная мембрана из тонкого хитозана.

1.2 Резонаторы в виде многослойной структуры

Еще одним из известных реализуемых методов формирования резонатора ИФП является нанесение слоев различными способами. Так в работе [31] представлен метод ионной самосборки был впервые предложен Аррегуи и др. для изготовления нано-ИФП для использования в качестве датчика влажности.

Данная методика давно применяется для изготовления различных тонкопленочных материалов на подложках различных форм и размеров. В основе этого метода лежит принцип электростатической силы притяжения между противоположными зарядами молекул тонкой пленки, нанесенной на подложку. Оптическое волокно, используемое в качестве подложки, зачищают и обрабатывают специальным образом для наведения поверхностных зарядов. Затем обработанный торец ВС погружают поэтапно в различные растворы противоположно заряженных полимеров для получения многослойной тонкой пленки. В работе использовался раствор 4-стиренсульфоната натрия в качестве анионного электролита для изготовления датчика влажности, а поли^-478 (антра-пиридоновый хромофор) был использован в работе для увеличения скорости отклика датчика по времени. Катионный электролит Au:PDDA образуют из раствора золотых коллоидов, защищенных полимерным покрытием из поли-диаллилдиметил аммоний хлорида. Используя вышеупомянутые растворы, на конце волокна при помощи МИСМ формируется двухслойная структура [Au:PDDA+/PSS-]n, где п обозначает количество созданных бислоев. Принципиальная схема устройства работы с нанесенным покрытием из [Au:PDDA+/PSS-]n датчика влажности показана на рисунке 1.4. В работе [31] используются два фотоприемника для контроля оптической мощности: один в качестве измерения опорного сигнала, падающего на покрытие, второй для измерения отраженного сигнала. Для наблюдения интерферометрической картины вместо лазерного источника используется широкополосный источник. Датчик влажности устанавливается через небольшое отверстие в герметичной розетке и подвешивается в воздухе вблизи заданных растворов.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Нурмухаметов Даниль Илдарович, 2025 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Ferreira, M. S., Bierlich, J., Kobelke, J., Schuster, K., Santos, J. L., et al. (2012). Towards the control of highly sensitive Fabry-Perot strain sensor based on hollow-core ring photonic crystal fiber. Optics express, 20(20), 21946-21952.

2. Novais, S., Ferreira, M. S., Pinto, J. L. (2017). Lateral load sensing with an optical fiber inline microcavity. IEEE Photonics Technology Letters, 29(17), 1502-1505.

3. Domingues, M. F., Rodriguez, C. A., Martins, J., Tavares, C., Marques, C., et al. (2018). Cost-effective optical fiber pressure sensor based on intrinsic Fabry-Perot interferometric micro-cavities. Optical Fiber Technology, 42, 56-62.

4. Alberto, N., Tavares, C., Domingues, M. F., Correia, S. F. H., Marques, C., et al. (2016). Relative humidity sensing using micro-cavities produced by the catastrophic fuse effect. Optical and Quantum Electronics, 48, 1-8.

5. Paixao, T., Ferreira, R., Domingues, M. F., Antunes, P. (2021). Fiber optic load cells with enhanced sensitivity by optical Vernier effect. Sensors, 21(22), 7737.

6. Konin Y.A., Petrov A.A., Scherbakova V.A., Bulatov M.I., Lucenko A.S., Starikov S.S., Grachev N.A., Perminov A.V., Malkov N.A. / Structural Characteristics Of Internal Microcavities Produced In Optical Fiber Via The Fuse Effect // Journal of Optical Technology. 2021. T. 88. № 11. C. 672-677.

7. Konin Y.A., Petrov A.A., Perminov A.V., Starikova V.A., Petukhova A.Y., Smolnikov A.G., Lucenko A.S., Trushnikov V.S. Fiber Optic Sensor for Cryogenic Liquids//Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics, 2024, Vol. 88, No. 6, pp. 983-985.

8. Martins, J., Diaz, C. A., Domingues, M. F., Ferreira, R. A., Antunes, P., et al. (2019). Low-cost and high-performance optical fiber-based sensor for liquid level monitoring. IEEE Sensors Journal, 19(13), 4882-4888.

9. Antunes, P. F., Domingues, M. F. F., Alberto, N. J., André, P. S. (2013). Optical fiber microcavity strain sensors produced by the catastrophic fuse effect. IEEE Photonics Technology Letters, 26(1), 78-81.

10. Nurmukhametov, D. I., Lutsenko, A. S., Ponomarev R. S., Shmyrova,

A. I., Konin, Y. A. et. al. (2023). Formation of an open cavity at the end of the optical fiber, as an element of the sensitive part of the universal sensor Fabry-Perot. Photon express, 5(189), 15-17

11. Shuto Y. (2014) Simulation of fiber fuse phenomenon in single-mode optical fibers. Advances in Optical Fiber Technology. InTech. Rijeka, Croatia

12. Kashyap, R., Blow, K. J. (1988). Observation of catastrophic self-propelled self-focusing in optical fibers. Electronics Letters, 24, 47-49.

13. Kashyap, R., Sayles, A. H., Cornwell, G. F. (1997). Heat-flow modeling and visualization of catastrophic self-propagating damage in single-mode optical fibers at low powers. Proceedings of Laser-Induced Damage in Optical Materials: 1996. SPIE. 2966, 586-591, Boulder, CO, United States.

14. Morozov, O., Agliullin, T., Sakhabutdinov, A., Kuznetsov, A., Valeev,

B., Qaid, M., et. al. (2024). Fiber-Optic Hydraulic Sensor Based on an End-Face Fabry-Perot Interferometer with an Open Cavity.Photonics, 11(1),22(1-16).

15. Domingues, M. F.F., Paixâo, T., Mesquita, E. F. T., Alberto, N., Frias, A. R., Ferreira, R. A., et al. (2015). Liquid hydrostatic pressure optical sensor based on micro-cavity produced by the catastrophic fuse effect. IEEE Sensors Journal, 15(10), 5654-5658.

16. Tian, Y., Xiao, G., Luo, Y., Zhang, J., Yuan, L. (2022). Microhole fiberoptic sensors for nanoliter liquid measurement. Optical Fiber Technology, 72, 102981.

17. Zhu, Y., Kang, J., Sang, T., Dong, X., Zhao, C. (2014). Hollow fiber-based Fabry-Perot cavity for liquid surface tension measurement. Applied optics, 53(32), 7814-7818.

18. Tian, Y., Xu, B., Chen, Y., Duan, C., Tan, T., et al. (2019). Liquid surface tension and refractive index sensor based on a side-hole fiber Bragg grating. IEEE Photonics Technology Letters, 31(12), 947-950.

19. Gomes, A. D., Kobelke, J., Bierlich, J., Schuster, K., Bartelt, H., et al. (2019). Optical fiber probe viscometer based on hollow capillary tube. Journal of Lightwave Technology, 37(18), 4456-4461.

20. Wang, W., Li, F. (2014). Large-range liquid level sensor based on an optical fiber extrinsic Fabry-Perot interferometer. Optics and lasers in Engineering, 52, 201-205.

21. Hill, O., Fujii, Y., Johnson, D.C., Kawasaki, B.S. Photosensitivity in optical fiber Waveguides: Application to reflection filter fabrication. Appi. Phys. Lett. 1978, 32, 647-649.

22. Wosinski, L., Sahlgren, B., Breidne, M., Stubbe, R., Betend-Bon, J.-P. Fiber gratings for distributed sensors, Proceedings of the SPIE Interferometry '94: Interferometric Fiber Sensing, Warsaw, Poland, 16 May 1994, Volume 2341, pp. 14-20.

23. Lee, C.E., Taylor, H.F., Markus, A.M., Udd, E. Optical-fiber Fabry-Perot embedded sensor. Opt. Lett. 1989, 14, 1225-1227.

24. Farahi, F., Newson, T.P., Jones, J.D.C., Jackson, D.A. Coherence multiplexing of remote fibre Fabry-Perot sensing system. Opt. Commun. 1988, 65, 319331.

25. Fabry, C., Pérot, A. Sur les franges des lames minces argentées et leur application à la mesure de petites épaisseursd'air. Ann. Chim. Phys. 1897, 12, 459501.

26. Lee, C.E., Taylor, H.F. Fiber-optic Fabry-Perot temperature sensor using a low-coherence source. J. Light. Technol. 1991, 9, 129-134.

27. Tseng, S.-M., Chen, C.-L. Optical fiber Fabry-Perot sensors. Appl. Opt. 1988, 27, 547-551.

28. John, D., Sridhar, K., Achenbach, J.D. Response of an embedded fiber optic ultrasound sensor. J. Acoust. Soc. Am. 1997, 101, 257-263.

29. Kim, M.G., Park, J., Kang, S.-W., Sohn, B.-K. Fiber optic Fabry-Perot pressure sensor with the Si3N4/SiO2/Si3N4 diaphragm fabricated using microm-achining technology. Proceedings of the SPIE 3242, Smart Electronics and MEMS, Adelaide, Australia, 14 November 1997, pp. 347-353.

30. Fang, J.X., Taylor, H.F., Choi, H.S. Fiber-optic Fabry-Perot flow sensor. Microw. Opt. Techn. Lett. 1998, 18, 209-211.

31. Arregui, F.J., Liu, Y., Matias, I.R., Claus, R.O. Optical fiber humidity sensor using a nano Fabry-Perot cavity formed by the ionic self-assembly method. Sens. Actuator B Chem. 1999, 59, 54-59.

32. Schmidt, M., Fürstenau, N. Fiber-optic extrinsic Fabry-Perot interferometer sensors with three-wavelength digital phase demodulation. Opt. Lett. 1999, 24, 599-601.

33. Lai, C.-C., Lee, W.-Y., Wang, W.-S. Gamma radiation effect on the Fiber Fabry-Perot interference sensor. IEEE Photon. Tech. Lett. 2003, 15, 11321134.

34. Cox, B.T., Zhang, E.Z., Laufer, J.G., Beard, P.C. Fabry Perot polymer film fibre-optic hydrophones and arrays for ultrasound field characterisation. J. Phys.: Conf. Ser. 2004, 1, 32-37.

35. Deng, J. Development of Novel Optical Fiber interferometric Sensors with High Sensitivity for Acoustic Emission Detection. Ph.D. Thesis, Virginia Polytechnic Institute and State University, Blacksburg, VI, USA, 12 October 2004.

36. Saran, A. MEMS based Fabry Perot Pressure Sensor and Non-Adhesive Integration on Optical Fiber by Anodic Bonding. Ph.D. Thesis, The University of Cincinnati, Cincinnati, OH, USA, 10 May 2004.

37. Opilski, Z., Pustelny, T., Maciak, E., Bednorz, M., Stolarczyk, A., Jadamiec. Investigations of optical interferometric structures applied in toxic gas sensors. Bull. Pol. Ac.: Tech. 2005, 53, 151-156.

38. Choi, H.Y., Park, K.S., Park, S.J., Paek, U.-C., Lee, B.H., Choi, E.S. Miniature fiber-optic high temperature sensor based on a hybrid structured Fabry-Perot interferometer. Opt. Lett. 2008, 33, 2455-2457.

39. Frazao, O., Baptista, J.M., Santos, J.L., Kobelke, J., Schuster, K. Refractive index tip sensor based on Fabry-Perot cavities formed by a suspended core fiber. J. Eur. Opt. Soc. Rapid 2009, 4, 09041.

40. Wang, Q., Yu, Q. Polymer diaphragm based sensitive fiber optic Fabry-Perot acoustic sensor. Chin. Opt. Lett 2010, 8, 266-269.

41. Chen, J.-H., Zhao, J.-R., Huang, X.-G., Huang, Z.-J. Extrinsic fiberoptic Fabry-Perot interferometer sensor for refractive index measurement of optical glass. Appl. Opt. 2010, 49, 5592-5596.

42. Reinsch, T., Blocher, G., Milsch, H., Bremer, K., Lewis, E., Leen, G., Lochmann, S. A fibre optic sensor for the in-situ determination of rock physical properties. Int. J. Rock Mech. Min. 2012, 55, 55-62.

43. Rong, Q., Sun, H., Qiao, X., Zhang, J., Hu, M., Feng, Z. Corrigendum: A miniature fiber-optic temperature sensor based on a Fabry-Perot interferometer. J. Opt. 2012, 14, 059501:1-059501:5.

44. Oh, K.D., Ranade, J., Arya, V., Wang, A., Claus, R.O. Optical Fiber Fabry-Perot interferometric sensor for magnetic field measurement. IEEE Photon. Tech. Lett. 1997, 9, 797-799.

45. Oh, K.D., Wang, A., Claus, R.O. Fiber-optic extrinsic Fabry-Perot dc magnetic field sensor. Opt. Lett. 2004, 29, 2115-2117.

46. Lv, R.-q., Zhao, Y., Wang, D., Wang, Q. Magnetic fluid-filled optical fiber Fabry-Perot sensor for magnetic field measurement. IEEE Photon. Tech. Lett 2014, 26, 217-219.

47. Zhao, Y., Lv, R.-Q., Ying, Y., Wang, Q. Hollow-core photonic crystal fiber Fabry-Perot sensor for magnetic field measurement based on magnetic fluid. Opt. Laser Technol. 2012, 44, 899-902.

48. Jin, X., Huang, X., Chen, L. An extrinsic fabry-perot optical fiber sensor based on nano-magnetic fluid. FiberIntegr. Opt. 2013, 32, 233-241.

49. Yoshino, T., Kurasawa, K., Katsuji, I. Fiber-optic Fabry-Perot interferometer and its sensor applications. IEEE J. Quantum Elect. 1982, 18, 1624-1633.

50. Lee, S.B., Yu, C.M., Ciarlo, D.R., Sheem, S.K. Micromachined Fabry-Perot interferometric pressure sensor for automotive combustion engine. Proceedings of the Sensors Expo 94, Cleveland, OH, USA, 20-22 September 1994, pp. 16.

51. Lee, C.E., Taylor, H.F. Interferometric optical fiber sensors using internal mirrors. Electron. Lett 1988, 24, 193-195.

52. Boyd, J.T., Abeysinghe, D.C., Dasgupta, S., Jackson, H.E. Micromachined Fiber Optic Sensors. US Patent No. 6925213 B2, 2005.

53. Beard, P.C., Mills, T.N. Extrinsic optical-fiber ultrasound sensor using a thin polymer film as a low-finesse Fabry-Perot interferometer. Appl. Opt. 1996, 35, 663-675.

54. Jiang, M., Gerhard, E. A simple strain sensor using a thin film as a low-finesse fiber-optic Fabry-Perot interferometer. Sens. Actuator A Phys. 2001, 88, 4146.

55. Elster, J.L., Davis, R.M., Jones, M.E. Extrinsic Optical Waveguide Sensors. US Patent No. 6,341,185 B1, 2002.

56. Arregui, F.J., Cooper, K.L., Liu, Y., Matias, I.R., Claus, R.O. Optical fiber humidity sensor with a fast response time using the ionic self-assembly method. IEICE T. Electron. 2000, E83-C, 360-365.

57. Rees, N.D., James, S.W., Staines, S.E., Tatam, R.P., Ashwell, G.J. Sub-micrometerfiber-optic Fabry-Perot interferometer formed by use of the Langmuir-Blodgett technique. Opt. Lett. 2001, 26, 1840-1842.

58. Lee, B.H., Kim, Y.H., Park, K.S., Eom, J.B., Kim, M.J., Rho, B.S., Choi, H.Y. Interferometric fiber optic sensors. Sensors 2012, 12, 2467-2486.

59. Lee, C.E., Atkins, R.A., Taylor, H.F. Performance of a fiber-optic temperature sensor from -200 to 1050 °C. Opt. Lett. 1988, 13, 1038-1040.

60. Valis, T., Hogg, D., Measures, R.M. Fiber optic Fabry-Perot strain gauge. IEEE Photon. Tech. Lett. 1990, 2, 227-228.

61. Farahi, F. Fiber-optic interferometric point thermometer. Fiber Integr. Opt. 1991, 10, 205-212.

62. Ezbiri, A., Tatam, R.P. Interrogation of low finesse optical fibre Fabry-Perot interferometers using a four wavelength technique. Meas. Sci. Tech-nol. 1996, 7, 117-120.

63. Perennes, F., Beard, P.C., Mills, T.N. Analysis of a low-finesse Fabry-Perot sensing interferometer illuminated by a multimode optical fiber. Appl. Opt. 1999, 38, 7026-7034.

64. Villatoro, J., Finazzi, V., Coviello, G., Pruneri, V. Photonic-crystal-fiber-enabled micro-Fabry-Perot interferometer. Opt. Lett. 2009, 34, 2441-2443.

65. Wang, Y., Wang, D.N., Wang, C., Hu, T. Compressible fiber optic mi-cro-Fabry-Perot cavity with ultra-high pressure sensitivity. Opt. Express 2013, 21, 14084-14089.

66. Rao, Y.J., Xu, B., Ran, Z.L., Gong, Y. Micro extrinsic fiber-optic Fabry-Perot interferometric sensor based on Erbium and Boron doped fibers. Chinese. Phys. Lett. 2010, 27, 024208.

67. Liao, C.R., Hu, T.Y., Wang, D.N. Optical fiber Fabry-Perot interferometer cavity fabricated by femtosecond laser micromachining and fusion splicing for refractive index sensing. Opt. Express 2012, 20, 22813-22818.

68. Zhang, G., Yang, M., Wang, M. Large temperature sensitivity of fiberoptic extrinsic Fabry-Perot interferometer based on polymer-filled glass capillary. Opt. FiberTechnol. 2013, 19, 618-622.

69. Du, Y., Qiao, X., Rong, Q., Yang, H., Feng, D., Wang, R., Hu, M., Feng, Z. A miniature Fabry-Perot interferometer for high temperature measurement using a double-core photonic crystal fiber. IEEE Sens. J. 2014, 14, 1069-1073.

70. Xie, Z. Two Applications of the Fabry-Perot Interferometric Sensor. Ph.D. Thesis, Texas A&M University, College Station, TX, USA, August 2006.

71. Leilabady, P.A., Jones, J.D. C., Jackson, D.A. Monomodefibre optic interferometric techniques in flow velocity measurement. Opt. Acta Int. J. Opt. 1985, 32, 233-240.

72. Coviello, G., Finazzi, V., Villatoro, J., Pruneri, V. Thermally stabilized PCF-based sensor for temperature measurements up to 1000 °C. Opt. Exp. 2009, 17, 21551-21559.

73. Yao, J., Zhu, T., Duan, D.-W., Deng, M. Nanocomposite polyacryla-mide based open cavity fiber Fabry-Perot humidity sensor. Appl. Opt. 2012, 51, 7643-7647.

74. Jia, P.G., Wang, D.H. Self-calibrated non-contact fibre-optic Fabry-Perot interferometric vibration displacement sensor system using laser emission frequency modulated phase generated carrier demodulation scheme. Meas. Sci. Tech-nol. 2012, 23, 115201: 1-115201: 9.

75. Jia, P., Wang, D. Temperature-compensated fiber optic Fabry-Perot ac-celerometer based on the feedback control of the Fabry-Perot cavity length. Chin. Opt. Lett. 2013, 11, 040601-040605.

76. Zhu, J.-J., Zhang, A.P., Xia, T.-H., He, S., Xue, W. Fiber-optic high-temperature sensor based on thin-core fiber modal interferometer. IEEE Sens. J. 2010, 10, 1415-1418.

77. Chen, L.H., Ang, X.M., Chan, C.C., Shaillender, M., Neu, B., Wong, W.C., Zu, P., Leong, K.C. Layer-by-layer (Chitosan/Polystyrene Sulfonate) membrane-based Fabry-Perot interferometricfiber optic biosensor. IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 2012, 18, 1457-1464.

78. Xu, L.-C., Deng, M., Duan, D.-W., Wen, W.-P., Han, M. High-temperature measurement by using a PCF-based Fabry-Perot interferometer. Opt. LasersEng. 2012, 50, 1391-1396.

79. Davis, C.M. Fiber Optic Interferometric Thermometer with Serially Positioned Fiber Optic Sensors. US Patent No. 4755668, 1986.

80. Andrews, J.P., Pulfrey, R.E. Optical Dual Fabry-Perot Interferometric Strain/Temperature Sensor, and System for Separate Reading Thereof. US Patent No.5907403, 1999.

81. Zhang, Q., Zhu, T., Hou, Y., Chiang, K.S. All-fiber vibration sensor based on a Fabry-Perot interferometer and a microstructure beam. J. Opt. Soc. Am. B 2013, 30, 1211-1215.

82. Pullteap, S. Development of an Extrinsic dual-cavity Fiber Fabry-Perot interferometer: Applications to periodic and non-periodic vibration measurements. Ph.D. Thesis, Institut National Polytechnique de Toulouse, Toulouse, France, December 2008.

83. Gangopadhyay, T.K. Prospects for Fibre Bragg Gratings and Fabry-Perot Interferometers in fibre-optic vibration sensing. Sens. Actuators A Phys. 2004, 113, 20-38.

84. Gangopadhyay, T.K., Chakravorti, S., Chatterjee, S., Bhattacharya, K. Time-frequency analysis of multiple fringe and nonsinusoidal signals obtained from a fiber-optic vibration sensor using an extrinsic Fabry-Pérot interferometer. J. Light. Technol. 2006, 24, 2122-2131.

85. Gibler, W.N., Jeffers, L.A., Lopushansky, R.L., Gillham, F.J. High intensity Fabry-Perot sensor. US Patent No. 7,782,465 B2, 2010.

86. Park, H.S., Thursby, G., Culshaw, B. Detection of laser-generated ultrasound based on phase demodulation technique using a fibre Fabry-Perot interferometer. Meas. Sci. Technol. 2005, 16, 1261-1266.

87. Ma, J., Xuan, H., Ho, H.L., Jin, W., Yang, Y., Fan, S. Fiber-optic Fabry-Pérotacoustic sensor with multilayer grapheme diaphragm. IEEE Photonic Tech. Lett. 2013, 25, 932-935.

88. Berthold, J.W., Roman, G.W. Fiber Optic Acoustic Emission Sensor. US 6289143 B1, 2001.

89. Rao, Y.-J., Wang, W., Zhu, T., Duan, D. In-line fiber-optic Fabry-Perot ultrasound sensor formed by hollowcore photonic-crystal fiber. Proceedings of the IEEE Sensors 2009, Christchurch, New Zealand, 28 October 2009, pp. 858-860.

90. Wang, D.H., Wang, S.J., Jia, P.G. In-line silica capillary tube all-silica fiber-optic Fabry-Perot interferometric sensor for detecting high intensity focused ultrasound fields. Opt. Lett. 2012, 37, 2046-2048.

91. Mozafari, M., Sanjabi, Z., Granpayeh, N. Design and fabrication of pi-ezo-optical Fabry-Perot voltage sensor. Proceedings of the Avionics, Fiber-Optics and Photonics Technology, 30 September 2008, pp. 39-40.

92. Bal, H.K. Optical Fiber Refractive Index, Voltage and Strain Sensors: Fabrication and Applications. Ph.D. Thesis, Victoria University, Melbourne, Australia, 3 March 2011.

93. Chang, D.B., Vali, V. Optical Fiber Having Internal Partial Mirrors and Interferometer Using Same. US Patent No. 5361383, 1994.

94. Davis, C.C., Wagreich, R.B. External Cavity Fiber Fabry-Perot Magnetometer. US Patent No. 5982174, 1999.

95. Zetterlind, V.E., III, Watkins, S.E., Spoltman, M. Fatigue testing of a composite propeller blade using fiber-optic strain sensors. IEEE Sens. J. 2003, 3, 393-399.

96. Xiao, G.Z., Adnet, A., Zhang, Z., Sun, F.G., Grover, C.P. Monitoring changes in the refractive index of gases by means of a fiber optic Fabry-Perot interferometer sensor. Sens. Actuators A Phys. 2005, 118, 177-182.

97. Kao, T.W., Taylor, H.F. High-sensitivity intrinsic fiber-optic Fabry-Perot pressure sensor. Opt. Lett. 1996, 21, 615-617.

98. Dai, L., Wang, M., Cai, D., Rong, H., Zhu, J., Jia, S., You, J. Optical fiber Fabry-Pérot pressure sensor based on a polymer structure. IEEE Photon. Tech. Lett. 2013, 25, 2505-2508.

99. Aref, S.H., Latifi, H., Zibaii, M.I., Afshari, M. Fiber optic Fabry-Perot pressure sensor with low sensitivity to temperature changes for downhole application. Opt. Commun. 2007, 269, 322-330.

100. Bae, H., Yu, M. Miniature Fabry-Perot pressure sensor created by using UV-molding process with an optical fiber based mold. Opt. Express 2012, 20, 14573-14583.

101. Wu, C., Fu, H.Y., Qureshi, K.K., Guan, B.-O., Tam, H.Y. High-pressure and high-temperature characteristics of a Fabry-Perot interferometer based on photonic crystal fiber. Opt. Lett. 2011, 36, 412-414.

102. Taylor, H.F., Kao, T.-W., Gardner, J., Gibler, W.N., Atkins, R.A., Lee, C.E., Swenson, V.P., Spears, M., Perez, R.X. Fiber optic fiber Fabry-Perot Interferometer Diaphragm Sensor and Method of Measurement. US Patent No. 6281976, 2001.

103. Schmidt, S. Rugged Fabry-Perot Pressure Sensor. US Patent No. 7423762, 2008.

104. Lopushansky, R.L., Berthold, J.W. Method and Apparatus for Continuous Readout of Fabry-Perot Fiber Optic Sensor. US Patent No. 7492463, 2009.

105. Bremer, K., Leen, G., Lewis, E., Moss, B.J., Lochmann, S., Mueller, I. Pressure Sensor with an Interferometric Sensor and an In-Fiber Bragg Grating Reference Sensor. US Patent No. 20110190640, 2011.

106. Chtcherbakov, A.A. Reflective Interferometric Fibre Optic Sensors. Ph.D. Thesis, Rand Afrikaans University, Johannesburg, Republic of South Africa, September 1997.

107. Lawrence, C.M., Nelson, D.V., Bennett, T.E., Spingarn, J.R. An embedded fiber optic sensor method for determining residual stresses in fiber-reinforced composite materials. J. Int. Mat. Syst. Str. 1998, 9, 788-799.

108. Quirion, M., Ballivy, G. Concrete strain monitoring with Fabry-Perot fibre-optic sensor. J. Mater. Civil. Eng. 2000, 12, 254-261.

109. Hare, D.A., Moore, T.C., Sr. Characteristics of Extrinsic Fabry-Perot Interferometric (EFPI) Fiber-Optic Strain Gages, Technical Report, NASA Langley Technical Report Server, 2000.

110. Gong, Y., Rao, Y.-J., Guo, Y., Ran, Z.-L., Wu, Y. Temperature-insensitive micro Fabry-Perot strain sensor fabricated by chemically etching er-doped fiber. IEEE Photon. Tech. Lett. 2009, 21, 1725-1727.

111. Tafulo, P.A.R., Jorge, P.A.S., Santos, J.L., Araüjo, F.M., Frazao, O. Intrinsic Fabry-Perot cavity sensor based on etched multimode graded index fiber for strain and temperature measurement. IEEE Sens. J. 2012, 12, 8-12.

112. Tafulo, P.A.R., Jorge, P.A.S., Santos, J.L., Frazao, O. Fabry-Perot cavities based on chemical etching for high temperature and strain measurement. Opt. Commun. 2012, 285, 1159-1162.

113. Machavaram, V.R., Badcock, R.A., Fernando, G.F. Fabrication of intrinsic fiber Fabry-Perot sensors in silica fibers using hydrofluoric acid etching. Sens. Actuators A-Phys. 2007, 138, 248-260.

114. Reich, S.M. Fiber Optic Fabry-Perot Sensor for Measuring Absolute Strain. US Patent No. 6057911, 2000.

115. Reich, S.M. Fiber Optic Fabry-Perot Sensor for Measuring Absolute Strain. US Patent No. 6173091, 2001.

116. Viel, T.E. System and Method for Measuring Engine Rotor Thrust Using Fabry-Perot Fiber Sensor. US Patent 6141087, 2000.

117. Schlubler, R., Fischer, A., Büttner, L., Czarske, J. Application of a Fabry-Perot Interferometer for Multi-Point Flow Measurements. Proceeding-softheDGaOProceedings, Cologne, Germany, 23 November 2012, pp. 1-2.

118. Xu, W., Huang, W.-B., Huang, X.-G., Yu, C.-Y. A simple fiber-optic humidity sensor based on extrinsic Fabry-Perot cavity constructed by cellulose acetate butyrate film. Opt. FiberTechnol. 2013, 19, 583-586.

119. Single Piece Fabry-Perot Optical Sensor and Method of Manufacturing the Same. US Patent No. 7684657, 2010.

120. Liu, J., Sun, Y., Fan, X. Highly versatile fiber-based optical Fabry-Perot gas sensor. Opt. Express 2009, 17, 2731-2738.

121. Tao, L., Zhengjia, L., Xia, D., He, K., Zhang, G. Asymmetric Fabry-Perot fiber-optic pressure sensor for liquid-level Measurement. Rev. Sci. Instrum. 2009, 80, 033104.

122. Lu, T., Yang, S. Extrinsic Fabry-Perot cavity optical fiber liquid-level sensor. Appl. Opt. 2007, 46, 3682-3687.

123. Tong, B., Li, M., Li, Y. Double-fiber Fabry-Perot Interferometry optical fiber liquid level sensor. Proceedings of the SPIE 8351, Third Asia Pacific Optical Sensors Conference, Sydney, Australia, 31 January 2012, pp. 83510T:1-83510T:6.

124. Lai, C.W., Lo, Y.L., Yur, J.P., Chuang, C.H. Application of fiber Bragg grating level sensor and Fabry-Perot pressure sensor to simultaneous measurement of liquid level and specific gravity. IEEE Sens. J. 2012, 12, 827-831.

125. Wang, W., Li, F. Large-range liquid level sensor based on an optical fibre extrinsic Fabry-Perot interferometer. Opt. Laser. Eng. 2014, 52, 201-205.

126. Tian, J., Lu, Y., Zhang, Q., Han, M. Microfluidic refractive index sensor based on an all-silica in-line Fabry-Perot interferometer fabricated with micro-structured fibers. Opt. Express 2013, 21, 6633-6639.

127. Zhao, J.-R., Huang, X.-G., He, W.-X., Chen, J.-H. High-resolution and temperature-insensitive fiber optic refractive index sensor based on fresnel reflection modulated by Fabry-Perot interference. J. Light. Technol. 2010, 28, 2799-2803.

128. Raoa, Y.-J., Denga, M., Duana, D.-W., Zhu, T. In-line fiber Fabry-Perot refractive-index tip sensor based on endlessly photonic crystal fiber. Sens. Actuators A Phys. 2008, 148, 33-38.

129. Jiang, M., Li, Q.-S., Wang, J.-N., Yao, W.-G., Jin, Z., Sui, Q., Shi, J., Zhang, F., Jia, L., Dong, W.-F. Optical response of fiber-optic Fabry-Perot refractive-index tip sensor coated with polyelectrolyte multilayer ultra-thin films. J. Light. Technol. 2013, 31, 2321-2326.

130. Lee, C.-L., Hsu, J.-M., Horng, J.-S., Sung, W.-Y., Li, C.-M. Microcav-ity Fiber Fabry-Perot interferometer with an embedded golden thin film. IEEE Photon. Tech. Lett. 2013, 25, 833-836.

131. FISO Technologies Inc. Available online: http://www.fiso.com/ (accessed on 25 March 2014).

132. Gao, Z.-f., Yan-liang, D., Bao-chen, S., Xiu-mei, J. Strain monitoring of railway bridges using optic fiber sensors. J. Qual. Mainten. Eng. 2007, 13, 186197.

133. Zhang, W., Dai, J., Sun, B., Du, Y. Experiment on Dynamic Response of Fiber Optic Fabry-Perot Sensors and Its Application in Structural Health Monitoring. In World Forum on Smart Materials and Smart Structures Technology, Tomi-zuka, M., Chen, R.W., Yun, C.B., Spencer, B.F., Chen, W.M., Eds., CRC Press: Taylor & Francis, Boca Raton, FL, USA, 2008, p. p. 504.

134. Dong, B., Han, M., Sun, L., Wang, J., Wang, Y., Wang, A. Sulfur hex-afluoride-filled extrinsic Fabry-Perot interferometric fiber-optic sensors for partial discharge detection in transformers. IEEE Photon. Tech. Lett. 2008, 20, 1566-1568.

135. Kersey, A.D., Putnam, M.A., Fernald, M.R., Brucato, R.N., Sirkis, J.S. Fabry-Perot Sensing Element Based on a Large-Diameter Optical Waveguide. U.S. Patent No. 7209606, 24 April 2007.

136. Kersey, A.D., Putnam, M.A., Fernald, M.R., Brucato, R.N., Sirkis, J.S. Fabry-Perot Sensing Element Based on a Large-Diameter Optical Waveguide. U.S. Patent No. 6898338, 24 May 2005.

137. Yu, Q., Zhou, X. Pressure sensor based on the fiber optic extrinsic Fabry-Perot interferometer. Photon. Sens. 2011, 1, 72-83.

138. Gander, M.J., MacPherson, W.N., Barton, J.S., Reuben, R.L., Jones, J.D.C., Stevens, R., Chana, K.S., Anderson, S.J., Jones, T.V. Embedded microm-achined fibre-optic Fabry-Perot pressure sensors in aerodynamics applications. IEEE Sens. J. 2003, 3, 102-107.

139. Sexton, C.D., Beverly, D.D., Mitchell, D.W., Riggsbee, E.T., Morton, G.W., Hashemian, H.M. Advanced Instrumentation and Maintenance Technologies for Nuclear Power Plants. Technical Report NUREG/CR-5501. 1998.

140. Liu, H., Miller, D.W., Talnagi, J. Gamma radiation resistant Fabry-Perot fiber optic sensors. Rev. Sci. Instrum. 2002, 73, 3112.

141. Tuma, M.L., Elam, K.A., Sawatari, T., Gaubis, P., Lin, Y. Fabry-Perot photonic temperature sensor system. Proceedings of the International Congress on Instrumentation in Aerospace Simulation Facilities, ICIASF '97 Record, Pacific Grove, CA, USA, 1997, pp. 369-377.

142. Liu, X., Iordachita, I.I., He, X., Taylor, R.H., Kang, J.U. Miniature fiber-optic force sensor based on low-coherence Fabry-Perot interferometry for vitre-oretinal microsurgery. Biomed. Opt. Express 2012, 3, 1062-1076.

143. Liu, N., Hui, J., Sun, C., Dong, J., Zhang, L., Xiao, H. Nanoporous zeolite thin film-based fiber intrinsic Fabry-Perot interferometric sensor for detection of dissolved organics in water. Sensors-Basel 2006, 6, 835-847.

144. Silva, S., Coelho, L., Frazao, O. An all-fiberFabry-Perot interferometer for pressure sensing in different gaseous environments. Measurement 2014, 47, 418-421.

145. J^drzejewska-Szczerska, M., Kosmowski, B.B., Hypszer, R. The optimal construction of a fiber-optic Fabry-Perot interferometer. Photon. Lett. Pol. 2009, 1, 61-63.

146. Wang, T., Zheng, S., Yang, Z. A high precision displacement sensor using a low-finesse fiber-optic Fabry-Perot interferometer. Sens. Actuator A Phys. 1998, 69, 134-138.

147. Kim, D.-H., Han, J.-H., Lee, I. Vibration measurement and flutter suppression using patch-type EFPI sensor system. Int. J. Aeronaut. Space Sci. 2005, 6, 17-26.

148. Peng, W., Zhang, X., Gong, Z., Liu, Y. Miniature fiber-optic strain sensor based on a hybrid interferometric structure. IEEE Photon. Tech. Lett. 2013, 25, 2385-2388.

149. De Vries, M., Arya, V., Meller, S., Masri, S.F., Claus, R.O. Implementation of EFPI-based optical-fiber sensor instrumentation for the NDE of concrete structures. Cement. ConcreteCommun. 1997, 19, 69-79.

150. Chang, C.-C., Sirkis, J. Absolute phase measurement in extrinsic fabry-perot optical fiber sensors using multiple path-match conditions. Exp. Mech. 1997, 37, 26-32.

151. Wang, X., Li, B., Xiao, Z., Lee, S.H., Roman, H., Russo, O.L., Chin, K.K., Farmer, K.R. An ultra-sensitive optical MEMS sensor for partial discharge detection. J. Micromech. Microeng. 2005, 15, 521-527.

152. Lai, C.-W., Yur, J.-P., Liao, C.-C., Lo, Y.-L. Study on optical fiber pressure sensors with temperature-insensitivity based on Fabry-Perot interferome-try. RecentPat. Signal Process. 2011, 1, 48-54.

153. Zhang, J.Z., Yang, J., Sun, W.M., Jin, W.C., Yuan, L.B., Peng, G.D. Composite cavity based fiber optic Fabry-Perot strain sensors demodulated by an unbalanced fiber optic Michelson interferometer with an electrical scanning mirror. Measur. Sci. Technol. 2008, 19, 085305.

154. Jedrzejewska-Szczerska, M., Gnyba, M., Kosmowski, B. Low-coherence fiber-opticinterferometric sensors. ActaPhys. Pol. A 2011, 120, 621-662. Fra-zao, O., Silva, S.F., Viegas, J., Baptista, J.M., Santos, J.L., Roy, P. A hybrid Fabry-Perot/Michelson interferometer sensor using a dual asymmetric core microstruc-turedfiber. Measur. Sci. Technol. 2010, 21, 025205:1-025205:5.

155. St-Gelais, R., Mackey, G., Saunders, J., Zhou, J., Leblanc-Hotte, A., Poulin, A., Barnes, J.A., Loock, H.-P., Brown, R.S., Peter, Y.-A. Gas sensing using polymer-functionalized deformable Fabry-Perot interferometers. Sens. Actuator B Chem. 2013, 182, 45-52.

156. Gangopadhyay, T.K., Chakravorti, S., Bhattacharya, K., Chatterjee, S. Wavelet analysis of optical signal extracted from a non-contact fibre-optic vibration sensor using an extrinsic Fabry-Perot interferometer. Meas. Sci. Technol. 2005, 16, 1075-1082.

157. Vahala, K.J. Optical microcavities. Nature 2003, 424, 839-846.

158. Zhang, Y., Yuan, L., Lan, X., Kaur, A., Huang, J., Xiao, H. High-temperature fiber-optic Fabry-Perot interferometric pressure sensor fabricated by femtosecond laser. Opt. Lett. 2013, 38, 4609-4612.

159. Zhou, G., Sim, L.M. Damage detection and assessment in fibre-reinforced composite structures with embedded fibre optic sensors-Review. Smart Mater. Struct. 2002, 11, 925-939.

160. Wild, G., Hinckley, S. Acousto-ultrasonic optical fiber sensors: overview and state-of-the-art. IEEE Sens. J. 2008, 8, 1184-1193.

161. Jorge, P.A.S., Silva, S.O., Gouveia, C., Tafulo, P., Coelho, L., Caldas, P., Viegas, D., Rego, G., Baptista, J.M., Santos, J.L., et al. Fiber optic-based refractive index sensing at INESC porto. Sensors 2012, 12, 8371-8389.

162. Zhu, T., Wu, D., Liu, M., Duan, D.-W. In-line fiber optic interferometric sensors in single-mode fibers. Sensors 2012, 12, 10430-10449.

163. Yin, S., Ruffin, P.B., Yu, F.T.S. Fiber Optic Sensors, 2nd ed., CRC Press: Taylor & Francis, Boca Raton, FL, USA, 2008, p. p. 496.

164. Kashyap, R. Fiber Bragg Gratings, 2nd ed., Academic Press: Elsevier, Amsterdam, The Netherlands, 2009, p. p. 632.

165. Dakin, P., Wade, C.A., Henning, M. Novel optical fiber hydrophone array using a single laser source and detector. Electron. Lett. 1984, 20, 53-54.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ КАРТА

Формирование макрополости на торце одномодового оптического волокна

Код документа '¡'A— V'M С Версия /

Ответственный Подразделение тиф

1. Назначение и область применения. Настоящая технологическая карта устанавливает порядок получения макрополостеи на торце одномодового оптического волокна при помощи сварочного аппарата. Область применения — изготовление чувствительных элементов для оптоволоконных датчиков в лабораторных и опытно-производственных условиях.

2. Материалы и оснастка. SJVTF-28, волоконно-оптический диффузор, безворсовые салфетки; изопропиловый спирт.

3. Оборудование и программное обеспечение, сварочный аппарат для оптических волокон INNO Instrument VIEW 8; стриппер; скалыватель оптических волокон INNO Instrument V7; микроскоп >200х; индикаторный лазер;

4. Требования безопасности. Соблюдать лазерную безопасность (класс установки 1М/ЗВ по паспорту); соблюдать безопасное обращение с изопропиловым спиртом; все операции над оптическими волокнами проводить над тарой.

5. Технологические операции и режимы

№ Операция Оборудование/оснасг Режим/параметр Контроль/допуск Примечани

(переход) ■ ка ы и е

5. 1 Подготовка образцов оптического волокна: Скалыватель оптических волокон INNO Instrument V7, стриппер Длина очистки 35-45 мм; угол скола <0,6°

зачистка буффера и ЗУП, скалывание

5. 2 Очистка торца Изопропиловый спирт, безворсовые салфетки, оптический микроскоп >200 х Протирка х2; Визуальная оценка чистоты торца под микроскопом: отсутствие загрязнений/плёно к

5. 3 Установка образцов в сварочный аппарат Сварочный аппарат INNO Instrument VIEW 8 Фокус по торцу; зазор 50-150 мкм Фокусировка по изображению

5. 4 Сваривание образцов оптических волокон Сварочный аппарат INNO Instrument VIEW 8 1 дуги 1000-3500 мс Визуальная оценка: симметрия макрополости Подбор t по партии волокна

5. 5 Корректировка при помощи мощности дуги (при необходимости) Сварочный аппарат INNO Instrument VIEW 8 Д1=50-100 мс Корректировка геометрии Не более 2 раз

5. 6 Скапывание образца каплевидной макрополости Скалыватель оптических волокон INNO Instrument V7, изопропиловый спирт, оптический микроскоп >200 х

5. 7 Метрологически й контроль геометрии микрополости Оптический микроскоп >200 х Измерить диаметр (с!), длина (Ь) Цели: с)=40-80 мкм, 11=10-40 мкм; допуск ±5%

2

5. Оформление Регистрация

Протокол Полнота записи

8 результатов образцов

6. Критерии приёмки. Образцы, удовлетворяющие допускам по п. 5.7. Минимальный объём партии: 5 шт.

7. Действия при несоответствии. Скорректировать время дуги ±100 мс; при недостаточном изменении — уменьшить d (дополнительно сократить время дуги -1) или повторно подготовить торец.

8. Оформление результатов. В протоколе указывать: дату/время, оператора, номер партии волокна, параметры дуги, диаметр (d), длину макрополости (h).

9. Ссылки и стандарты. ГОСТ Р 8.820-2013; внутренние регламенты; паспорта оборудования (сварочный аппарат INNO Instrument VIEW 8).

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ КАРТА

Формирование линз обратной геометрии на торце одномодового оптического волокна при помощи макрополости

Код документа

ТК- ^¿£>1 Версия х (.'

Ответственный «Ф/ Подразделение //////^

1. Назначение и область применения. Настоящая технологическая карта устанавливает порядок получения линз обратной геометрии на торце одномодового оптического волокна при помощи микрообработке методом травления. Область применения — изготовление чувствительных элементов и методов подвода к фотонно-интегральным схемам для оптоволоконных датчиков в лабораторных и опытно-производственных условиях.

2. Материалы и оснастка. Оптическое волокно БМР-28 с макрополостью на торце; кювета стойка к плавиковой кислоте; плавиковая кислота (Ш); ксилол; безворсовые салфетки; изопропиловый спирт.

3. Оборудование и программное обеспечение. Источник лазерного излучения с 00%!« длиной волны 1550 нм; микроскоп >200х;

4. Требования безопасности. Соблюдать лазерную безопасность (класс установки 1М/ЗВ по паспорту); соблюдать безопасное обращение с изопропиловым спиртом; все операции над оптическими волокнами проводить над тарой.

» Операция (переход) Оборудование/оснаст ка Режим/параметр ы Контроль/допус Примечание

5. 1 Очистка торца Изопропиловый спирт, оптический микроскоп >200 х Протирка ><2; Визуальная оценка чистоты торца под микроскопом: отсутствие загрязнений/плён ок

5. 2 Заполнение кюветы плавиковой кислотой Кювета, плавиковая кислота Плавиковая кислота 40%

5. 3 Нанесение слоя ксилола на поверхность кислоты Ксилол, оптический микроскоп >200* Толщина слоя 510 мм Визуальная оценка толщины слоя

5. 4 Пофужение торца оптического волокна с макрополостью в объем кислоты Кювета, плавиковая кислота, Оптическое волокно 8МР-28е с макрополостью на торце Время травления 20-30 мин Подключить источник излучения для интенсификац ии процесса травления, выбрав нужную мощность

5. 5 Осмотр полученной линзы обратной геометрии на торце оптического волокна Оптический микроскоп >200х, Изопропиловый спирт Визуальная оценка обратной линзы под микроскопом Перед осмотром протереть изопропиловы м спиртом полученный образец

5. 6 Метрологическ ий контроль геометрии линзы Оптический микроскоп >200* Измерить диаметр (с1), длина(Ь)

2

5. Оформление Протокол Регистрация Полнота записи

7 результатов образцов

6. Критерии приёмки. Диаметр и длина полученных образцов может варьироваться от задач.

7. Действия при несоответствии. Скорректировать время травления ±5 минут; при недостаточном изменении — уменьшить <3 (дополнительно увеличить время травления - 1); повторно подготовить торец или подключив лазерный источник, произвести травление под излучением.

8. Оформление результатов. В протоколе указывать: дату/время, оператора, номер партии волокна, параметры дуги, диаметр (с1), длину макрополости (И).

9. Ссылки и стандарты. ГОСТ Р 8.820-2013; внутренние регламенты; паспорта оборудования источника излучения.

АКТ о внедрении в ООО МИП "Пермские технологии"