| | SLO | ENG | Cookies and privacy

Bigger font | Smaller font

Show document

Title:TERMO-OPTIČNE VLAKENSKE NAPRAVE NA OSNOVI Z VANADIJEM DOPIRANIH OPTIČNIH VLAKEN
Authors:Matjašec, Žiga (Author)
Đonlagić, Denis (Mentor) More about this mentor... New window
Files:.pdf DR_Matjasec_Ziga_2014.pdf (6,83 MB)
 
Language:Slovenian
Work type:Dissertation (m)
Typology:2.08 - Doctoral Dissertation
Organization:FERI - Faculty of Electrical Engineering and Computer Science
Abstract:V okviru disertacije so predstavljena optična vlakna, ki jih je mogoče učinkovito, vseoptično segreti. Segrevanje vlakna povzroči nastanek termo-optičnega pojava, ki ga je mogoče izkoristiti za gradnjo različnih termo-optičnih naprav. Takšna vlakna imajo v jedru poleg standardnih dopandov za uravnavanje lomnega količnika dodane majhne koncentracije vanadijevih ionov. Vanadij v optičnem vlaknu povzroči absorpcijo svetlobe, pri krajših valovnih dolžinah v območju med 600 nm in 1000 nm. Na razširjanje svetlobe z daljšimi valovnimi dolžinami, še posebej pri standardnih telekomunikacijskih valovnih dolžinah 1310 nm in 1550 nm, pa vanadijevi ioni nimajo znatnega vpliva, zato ostaja absorpcija pri teh valovnih dolžinah relativno nizka. Omenjeno dejstvo omogoča uporabo standardnih in komercialno dobavljivih črpalnih laserskih diod z velikimi izhodnimi optičnimi močmi in valovno dolžino 980 za gretje vanadijevega vlakna, saj se vsa absorbirana svetloba v vanadijevem vlaknu pretvori v toploto. Toplota, ki v vanadijevem vlaknu nastane zaradi absorbirane grelne optične moči, se lahko izkoristi za termo-optično modulacijo optične poti. Vlaknu se zaradi dovedene toplote poviša temperatura, ki vpliva na spremembo lomnega količnika vlakna. Ker je optična pot v vlaknu odvisna od produkta dolžine optičnega vlakna in lomnega količnika, je mogoče na ta način doseči nadzorovano modulacijo optične poti. Skupna sprememba optične poti, ki se pojavi v gretem vlaknu po vzpostavitvi toplotnega ravnovesja, in časovna konstanta prehodnega pojava sta neposredno odvisni od toplotne prevodnosti snovi, v kateri se greto vlakno nahaja, in od premera gretega optičnega vlakna. Skupna sprememba optične poti po vzpostavitvi toplotnega ravnovesja pa je še dodatno odvisna od amplitude grelne optične moči. Z znižanjem toplotne prevodnosti snovi, v kateri se greto vlakno nahaja, se skupna sprememba optične poti in časovna konstanta povečata, s stanjšanjem premera gretega vlakna pa se časovna konstanta zmanjša, medtem ko se skupna sprememba optične poti poveča. Eksperimentalno je bilo pokazano, da je mogoče z grelnim optičnim virom, z izhodno optično močjo 500 mW ter vanadijevim vlaknom s premerom 20 μm, ki je izpostavljeno ksenonovi atmosferi, doseči skupno spremembo optične poti v velikosti do 1 mm ter časovno konstanto prehodnega pojava 50 ms, medtem ko lahko časovna konstanta za enako vlakno na zraku znaša le 11 ms. To omogoča rabo termo-optičnega modulatorja v mnogih aplikacijah, kot je v disertaciji predstavljeno na primeru rabe v nizkokoherenčnem interferometru. Skupna sprememba optične poti po vzpostavitvi toplotnega ravnovesja in časovna konstanta prehodnega pojava sta neposredno odvisni od toplotne prevodnosti snovi, v kateri se greto vlakno nahaja. Zato je mogoče s spremljanjem enega ali obeh parametrov izvesti merilni sistem za merjenje toplotne prevodnosti in s toplotno prevodnostjo povezanih fizikalnih veličin. V disertaciji predstavljen merilni sistem temelji na merjenju časovne konstante gretega optičnega vlakna in omogoča razločevanje med raznimi plini in tekočinami, pri čemer je mogoče razlikovati med tekočinami, ki so si po toplotni prevodnosti tudi zelo podobne, kot so na primer različni alkoholi, omogoča merjenje masnega razmerja binarnih mešanic plinov ali tekočin z merilno ločljivostjo do 0,3 %, ter merjenje nizkih tlakov v področju atmosferskega tlaka od 103 mBar pa vse do 10-2 mBar. Predlagani merilni sistem je sestavljen iz standardnih komercialno dobavljivih elektrooptičnih komponent in predstavlja celovito rešitev za merjenje toplotne prevodnosti in s toplotno prevodnostjo povezanih fizikalnih veličin.
Keywords:termo-optične naprave, z vanadijem dopirano optično vlakno, modulator optične poti, senzor toplotne prevodnosti, senzor masnega razmerja, senzor nizkih tlakov
Year of publishing:2014
Publisher:[Ž. Matjašec]
Source:Maribor
UDC:681.7.068:681.586.5(043.3)
COBISS_ID:274530048 Link is opened in a new window
NUK URN:URN:SI:UM:DK:XDLO4PAV
Views:1392
Downloads:150
Metadata:XML RDF-CHPDL DC-XML DC-RDF
Categories:KTFMB - FERI
:
  
Average score:(0 votes)
Your score:Voting is allowed only for logged in users.
Share:AddThis
AddThis uses cookies that require your consent. Edit consent...

Hover the mouse pointer over a document title to show the abstract or click on the title to get all document metadata.

Secondary language

Language:English
Title:ALL-FIBER THERMO-OPTICS' DEVICES BASED ON THE VANADIUM DOPED FIBERS
Abstract:This dissertation presents the optical fibers, which can be effective and all-optical heated. The heating of the fiber is caused by thermo-optics effect which can be efficiently used to build various thermo-optical devices. Such fibers have a core doped with standard dopands for refractive index control, and with vanadium. The vanadium as a dopand within the optical fiber’s core causes high absorption of light with shorter wavelengths and has an absorption peak of around 980 nm. The absorption at longer wavelengths like standard telecommunication wavelengths having 1310 nm and especially 1550 nm remains relatively low. These allow for the use of standard and widely available commercial pump diodes that have high output optical powers and wavelengths of around 980 nm, and are generally used for pumping the fiber amplifiers or fiber lasers. The absorbed light with a wavelength of 980 nm is thus fully converted into heat via a non-radiative process which raises the fiber’s temperature. The change in temperature causes a change in the fiber’s refractive index, which leads to optical path-length change. Thus the optical path length change can be controlled through the heat diode output optical power control. The total change in optical path difference and the time constant of the system depends on the thermal conductivity of the surrounding fluid, and on the heated fiber’s diameter, whilst the total change in optical path difference also depends on the heated optical power. This all-optical thermo-optical modulator was presented in practice by utilizing a 500 mW, 980 nm pump-diode for the vanadium-doped fiber heating. A total change in optical path difference in excess of 1 mm and a time constant of 11 ms were demonstrated in practice. The presented modulator was further used as a scanning interferometer within a white light interferometer. The total change in optical path length and the time constant of the heated fiber depends on the thermal conductivity of the surrounding fluid. It is therefore possible to realize a measurement system for thermal conductivity measurement by the monitoring of one or both parameters. The presented measurement systems is based on time constant measurement of the heated optical fiber, and allows for gas distinguishing, the measurements of the mass ration in binary mixtures with a measurement resolution of 0,3 % and a vacuum measurement within the pressure range from 10-2 mBar up to 1 Bar. This measurement system utilizes standard telecommunication electro-optics’ components and presents a complete solution for thermal conductivity measurements and for thermal conductivity-related physical quantity measurements.
Keywords:thermo-optics’ devices, vanadium-doped fibers, optical-path-length modulation, thermal conductivity sensor, mass-ratio sensor, vacuum sensor


Comments

Leave comment

You have to log in to leave a comment.

Comments (0)
0 - 0 / 0
 
There are no comments!

Back
Logos of partners University of Maribor University of Ljubljana University of Primorska University of Nova Gorica