طراحي و شبيه‌سازي حسگر فيبرنوري نازك‌شده غير‌بي‌دررو جهت آشكارسازي گاز هيدروژن

Design and Simulation of Hydrogen Gas Non-adiabatic Tapered Optical Fiber Sensor

در اين مقاله طراحي و شبيه #8204;سازي يك حسگر گازي براساس فيبر نازك #8204;شده به ازاي غلظت #8204;هاي مختلف گاز هيدروژن گزارش شده است. در اين حسگرها، به علت تداخل مدها در ناحيه نازك شده، براي طول موج #38;shy;هاي مختلف يك طرح تداخلي ايجاد خواهد شد كه به #38;shy;علت گستردگي ميدان نور در خارج از ناحيه نازك شده به مشخصات محيط خارجي وابسته است. با بررسي طرح تداخلي حاصل از عبور نور از ناحيه #8204; نازك #8204;شده فيبرنوري و محاسبه ميزان جابه #8204;جايي طرح تداخلي براي غلظت #8204;هاي مختلف هيدروژن، مي #38;shy;توان درصد گاز هيدروژن موجود در محيط را تعيين كرد. شبيه #38;shy;سازي براي فيبرهاي نوري به #38;shy;روش انتشار باريكه با مشخصات فيبرهاي ساخته شده در آزمايشگاه انجام شده است. فيبر مورد نظر يك فيبر نوري تك #38;shy;مد تجاري (با قطر پوسته 125 ميكرومتر و قطر هسته 9 ميكرومتر) مي #38;shy;باشد كه با قطرها و در زواياي مختلفي نازك #38;shy;سازي شده است. طول #38;shy;موج نور ورودي 1550 نانومتر مي #38;shy;باشد. نتايج شبيه #8204;سازي تطابق خوبي با نتايج تجربي دارند. در حالت كلي، حساسيت حسگر با افزايش زاويه و كاهش قطر افزايش مي #38;shy;يابد. تغيير محسوس شدت در غلظت #8204;هاي زير 4 درصد، امكان شناسايي هيدروژن را ساده و دقيق مي #8204;سازد.

In this paper, we report simulation of a gas sensor based on tapered optical fiber in the presence of different hydrogen concentrations. It is shown that by increasing the percentage of the hydrogen gas in the surrounding medium, we can see the shift of the interference pattern. The Beam Propagation Method (BPM) is used to simulate the fibers. The fiber parameters used for simulations are those of the laboratory prepared fibers. The fiber is a commercial optical fiber (with 125 #38;mu;m cladding and 9 #38;mu;m core) that is tapered to different diameters at different angles. The input wavelength is 1550 nm. Results demonstrate good agreement with experimental results. The sensitivity of the sensor increases by increasing the taper angle and reducing the taper diameter. The obtained sensitivity makes hydrogen detection below 4% easy and accurate.