Nghiên cứu ứng dụng cách tử quang sợi Bragg với chu kỳ nano trong kỹ thuật sensor nhạy nhiệt độ và vi dịch chuyển

1 I H C QU C GIA HÀ N I TR NG I H C CỌNG NGH TR N THÀNH CỌNG Nghiên C u ng d ng cách t quang s i Bragg v i chu k nano k thu t sensor nh y nhi t đ vƠ vi d ch chuy n Ng ih ng d n: PGS.TS Tr n Th Tơm HƠ N i, 2008 L ic m n Tôi xin g i l i c m n chơn thƠnh vƠ sơu s c t i cô giáo Tr n Th Tơm, Ng i Th y đƣ t n tình h ng d n su t th i gian th c hi n lu n v n nƠy Không có s quan tơm d n d t c a cô b n lu n v n nƠy không th hoƠn thƠnh! Tôi xin g i l i c m n t i anh Ng c Chung vƠ cán b phòng K thu t Laser, Vi n Khoa h c V t li u đƣ t o u ki n cho đ c lƠm thí nghi m t i phòng Tôi xin bƠy t lòng kính tr ng vƠ bi t n sơu s c t i nh ng th y cô c a tr ng i h c Công Ngh Nh ng Ng i Th y đƣ truy n th cho nh ng ki n th c quý báu su t hai n m h c v a qua Tôi s nh t i lòng nhi t tình vƠ s quan tơm dìu d t mƠ h đƣ dƠnh cho chúng tôi! hoƠn thƠnh b n lu n v n nƠy, đƣ dƠnh đ c m t s đ ng viên r t l n t phía gia đình vƠ b n bè c bi t, s đ ng viên vƠ mong đ i t nh ng ng i thơn gia đình lƠ đ ng l c đ hoƠn thƠnh lu n v n nƠy Tôi ngh t i h v i lòng yêu quý, s kính tr ng vƠ bi t n sơu s c! L i cam đoan Tôi cam đoan nh ng k t qu nghiên c u lu n v n lƠ hoƠn toƠn trung th c vƠ ch a t ng đ c công b b i b t k n i nƠo khác Hà N i, ngày 07 tháng 12 n m 2007 H c viên: Tr n ThƠnh Công M CL C L i c m n L i cam đoan Danh m c b ng bi u Error! Bookmark not defined Danh m c hình v , đ th .iii Danh m c t vi t t t .iv M C L C M CH U NG 1: S L 1.1 S l C V S I QUANG c v s i quang 1.1 Các thông s v s i quang 1.1.2 S bi n đ i chi t su t c a s i quang 10 1.1.̀ C u trúc s i quang 10 1.1.́ M t s ph ng pháp ch t o s i quang Error! Bookmark not defined 1.1.5 Phân lo i s i quang Error! Bookmark not defined 1.2 Các lo i cách t Error! Bookmark not defined 1.2.1 Cách t r ng c a Error! Bookmark not defined 1.2.2 Cách t hình sin Error! Bookmark not defined 1.2.̀ Cách t l p Error! Bookmark not defined 1.2.́ Cách t Bragg Error! Bookmark not defined 1.2.5 Cách t quang s i Bragg Error! Bookmark not defined CH NG2: CÁCH T 2.1 Khái ni m cách t QUANG S I BRAGG Error! Bookmark not defined quang s i Bragg (FBG)Error! Bookmark not 2.2 Các tính ch t c a cách t quang s i BraggError! Bookmark not defined defined 2.2.1 Các tính ch t chung Error! Bookmark not defined 2.2.2 S ph thu c c a b c sóng Bragg vào nhi t đ s kéo c ng Error! Bookmark not defined 2.3 Ch t o cách t quang s i Bragg Error! Bookmark not defined 5 2.3.1 V t li u đ ch t o cách t quang s i Bragg Error! Bookmark not defined 2.̀.2 Các k thu t quang kh c cách t quang s i BraggError! Bookmark not defined 2.4 Các lo i cách t đ c bi t Error! Bookmark not defined 2.5 ng d ng c a cách t quang s i Bragg Error! Bookmark not defined 2.5.1 B l c b c sóng WDM Error! Bookmark not defined 2.5.2 Thi t b bù tán s c Error! Bookmark not defined 2.5.̀ Thi t b laser khuy ch đ i quang Error! Bookmark not defined 2.5.́ Thi t b sensor Error! Bookmark not defined CH NG 3: CÁC SENSOR D A TRểN CÁCH T QUANG S I BRAGG Error! Bookmark not defined 3.1 Các lo i sensor d a cách t quang s i BraggError! Bookmark not defined ̀.1.1 Sensor đo đ c ng Error! Bookmark not defined ̀.1.2 Sensor đo d ch chuy n Error! Bookmark not defined 3.1.3 Sensor đo nhi t đ Error! Bookmark not defined ̀.1.́ Sensor đo áp su t Error! Bookmark not defined ̀.1.5 Sensor đo gia t c Error! Bookmark not defined ̀.1.6 Sensor đo sóng âm Error! Bookmark not defined 3.2 M t s h ng nghiên c u đáng quan tơm v sensor d a FBG Error! Bookmark not defined 3.2.1.Các ph ng pháp phơn tích s li u tích h pError! Bookmark not defined ̀.2.2.Các ph ng pháp phân tách, đo k t h p nhi u thông s Error! Bookmark not defined ̀.2.̀.Tích h p FBG c u trúc h v t li u thông minh Error! Bookmark not defined 3.3 Nh ng u m c a sensor d a cách t FBG Error! Bookmark not defined 6 ̀.̀.1 Kích th c nh Error! Bookmark not defined ̀.̀.2 Kh n ng đa tích h p cao Error! Bookmark not defined ̀.̀.̀.Không b nhi u lo n b i n tr ng Error! Bookmark not defined ̀.̀.́ Kh n ng ng d ng đa d ng Error! Bookmark not defined ̀.̀.5 L p đ t d dàng giá thành r Error! Bookmark not defined ̀.̀.6 Kh n ng đo đ c nh ng kho ng cách xaError! Bookmark not defined ̀.̀.7 Tu i th cao Error! Bookmark not defined 3.4 Th tr ng c a sensor d a cách t FBGError! Bookmark not defined CH NG 4: CH T O VÀ KH O SÁT SENSOR VÀ NHI T D A TRểN CÁCH T O VI D CH CHUY N QUANG S I BRAGG Error! Bookmark not defined 4.1 Sensor đo vi dich chuyên Error! Bookmark not defined ́.1.1 Thi t k Error! Bookmark not defined ́.1.2 Ch t o Error! Bookmark not defined ́.1.̀ Nguyên t c ho t đ ng Error! Bookmark not defined ́.1.́ K t qu th c nghi m Error! Bookmark not defined ́.2 Kh o sát đ nh y nhi t đ c a cách t quang s i Bragg Error! Bookmark not defined 4.2.1 Nguyên t c Error! Bookmark not defined 4.3.2 Th c nghi m Error! Bookmark not defined 4.2.3 Vê vân đê nâng cao đô nh y c a sensor nhi t đ FBG Error! Bookmark not defined K T LU N Error! Bookmark not defined TÀI LI U THAM KH O 11 M U Trong nh ng n m g n đơy, v n đ ki m soát đ b n công trình xơy d ng vƠ ki n trúc dơn sinh ngƠy cƠng đ c quan tơm, đòi h i ph i có s theo dõi đ bi n d ng c a k t c u theo th i gian Thêm vƠo lƠ s bi n đ ng v đ a ch t t o v t n t đ t nh h ng t i đ b n c a công trình xơy d ng , ki n trúc dơn sinh ệt nhi u chúng đƣ gơy nh ng th m ho thiên nhiên gơy thi t h i to l n cho ng i M t v n đ l n đ c đ t lƠ lƠm có th ghi nh n vƠ d đoán tr nh ng s thay đ i đó, k c l p đ a t ng, đ a ch t đ có th gi m thi thi t h i? M t nh ng cơu tr l i lƠ ph i ti n hƠnh đo đ bi n d ng, đo đ chuy n c a l p đ a t ng n i kh o sát, c a k t c u xơy d ng, t đ a pháp phòng ng a thích h p cđ c u t i đa vi d ch gi i Sensor s d ng cách t Bragg lƠ m t lo i sensor hi n đ i, m i đ c phát tri n kho ng 20 n m g n đơy V i hƠng lo t nh ng u m n i b t nh d ch t o, đ nh y cao, d l p đ t, không ch u nh h ng c a n t tr ng, kh n ng đa tích h p l n [27,29], lo i sensor nƠy ngƠy cƠng t có m t th tr ng ti m n ng to l n c bi t, r t h u ích k thu t đo t xa, đo di n r ng[4,24], hay vi c ki m soát thông s c a l p đ a t ng, đ a ch t, công trình xơy d ng, c u c ng, h m m [2] Sensor s d ng cách t Bragg c ng đƣ đ c nghiên c u nh m ng d ng ngƠnh công nghi p h t nhơn [3], công nghi p v tr [15] Thêm vƠo đó, kh n ng ng d ng c a sensor s d ng cách t quang s i Bragg c ng r t đa d ng S d ng cách t Bragg có th ch t o lo i sensor đo d ch chuy n, s c c ng, nhi t đ , áp su t [8,34,30] vv v i đ xác cao Nh v y, ta có th th y r ng ti m n ng ng d ng c a sensor d a cách t Bragg lƠ r t l n, t nh ng ng d ng th ng g p đ i s ng hƠng ngƠy đ n nh ng ng d ng l nh v c đ c bi t, t ngƠnh công nghi p truy n th ng nh c u c ng, h m m đ n nh ng ngƠnh công nghi p hi n đ i nh công nghi p h t nhơn, hƠng không v tr v.v Chính th mƠ nhi u phòng thí nghi m th gi i đƣ t p trung nghiên c u nh m phát tri n ngƠnh sensor d a lo i cách t quang s i Bragg nƠy N m b t đ c xu th nƠy, Vi t Nam hi n nay, đƣ có m t s nhóm b c đ u tri n khai đ tƠi nghiên c u nh m s d ng cách t Bragg k thu t sensor, ch ng h n nh nhóm nghiên c u c a PGS TS Nguy n V n H i, Vi n Khoa h c V t liêu, Vi n Khoa h c vƠ Công ngh Vi t Nam i xu th nghiên c u y vƠ nh n th y đ c t m quan tr ng c a l nh v c nghiên c u nƠy, h n n a, u ki n đ tri n khai nghiên c u l i không h t n kém, đòi h i k thu t cao c ng nh đ u t đ t ti n, ngh a lƠ vi c tri n khai đ tƠi nghiên c u nƠy hoƠn toƠn phù h p v i u ki n nghiên c u c a Vi t Nam Do đó, đƣ ch n đ tƠi nƠy đ nghiên c u v i m c tiêu thi t l p nh ng k thu t b c đ u nh m ch t o lo i sensor đo vi d ch chuy n v i đ nh y t i c vƠi µm vƠ sensor đo nhi t đ v i đ nh y t i 2oC Hy v ng r ng t ng lai không xa, có th đ a đ c nh ng k thu t nƠy ng d ng th c t đ kh o sát s bi n d ng m t s khu v c đ a t ng, đ a ch t nh t đ nh Ch Ch Ch Ch N i dung c a lu n v n đ c chia lƠm b n ch ng: ng S l c v d n sóng quang vƠ s i quang ng Cách t quang s i Bragg ng 3.Các sensor d a cách t quang s i Bragg ng Ch t o sensor vi d ch chuy n vƠ nhi t đ d a cách t Bragg Cu i lƠ ph n k t lu n vƠ m t s đ xu t h nh m c i thi n h n n a ch t l ng c a thi t b Lu n v n nƠy đ HQG HƠ N i ng nghiên c u t c th c hi n khuôn kh ng lai c a đ tƠi: QC.06.23, S 1.1 S l CH NG C V S I QUANG L c v s i quang 1.1 Các thông s v s i quang S i quang g m m t lõi d n có chi t su t n1, bán kính a L p v c ng lƠ v t li u d n quang bao xung quanh lõi có chi t su t n2 vƠ có bán kính b Các tham s n1, n2, a quy t đ nh tính ch t truy n d n c a s i quang ó lƠ tham s c u trúc Các chi t su t n1 vƠ n2 khác r t nên đ l ch chi t su t t đ i ∆ th ng r t nh (∆