Artificial olfaction with hollow core bragg fiber arrays

Bu çalışmada, kimyasal olarak karmaışk ortamlarda alkolleri (etanol ve methanol) analiz edebilen bir optoelektronik burun sistemi anlatılmaktadır. Optoelektronik burunun sensör dizisi üç tane içi boş, fotonik bant yapılı fiberden (Bragg fiber) oluşmaktadır. Bragg fiberler kızılötesi ışığı, fiberin Bragg ayna yapısı ile belirlenen belli bir spektrum bantında iletir. Fiberin opto-akışkan çekirdeğine bir kimyasal verildiğinde, kimyasal moleküllerinin soğurma bantları ile fiberin iletim bantı çakıştığı durumda fiberin ilettiği kızılötesi ışık şiddeti düşmektedir. Her bir fiberden alınan sinyalin karşılaştırmalı olarak analiz edilmesi ile alkoller karmaşık ortamlarda (bira veya meyve suyu gibi), hızlı, tekrarlanabilir ve güvenilir şekilde birbirlerinden ayırt edilebilmektedir. Ayrıca, optoelektronik burun sistemi nemden etkilenmeyecek şekilde tasarlanmıştır ki bu durum gaz sensör uygulamalarında nadir olarak başarılabilmektedir. Sonuç olarak geliştirilmiş optoelektronik burun sistemi dış ortamlarda ve nem için herhangi bir kalibrasyona gerek duymadan veya algılanmak istenen kimyasalları kurutmadan çalışabilmektedir. Sistem performansını daha da artırmak için, fiber kalınlık profili, fiber çekimi esnasında kontrol edilerek Bragg fiberlerin fotonik bant yapıları esnek biçimde tasarlanmıştır. Konik, içi boş Bragg fiberler termal fiber çekimi esnasında fiber üzerindeki yük keskin biçimde değiştirilerek üretilmiştir. Yükteki keskin değişim, fiber çekim hızının kontrolü ile sağlanmıştır. Geleneksel silindirik Bragg fiberlerde ışık, fiber içindeki tek bir çeyrek dalga istifi periyoduna sahip dielektrik aynalar vasıtasıyla iletilir. Konik fiberlerde, fiber boyunca kalınlıktaki azalma, fiber boyunca bir çeyrek dalga istifi periyodu gradyenti oluşmasını sağlamıştır. Bu şekilde fiber boyunca iletilen ışık her bir yansımada hafif biçimde incelmiş dielektrik katmanları ile karşılaşmaktadır, bu da fiber boyunca yansıma spektrumunun maviye kaymasına yol açmaktadır. Yansıma spektrumu maviye kaydıkça, fiberin başındaki fotonik banttaki daha uzun dalga boyları daha fazla yansıtılmamakta ve fiber kılıfından dışarıya çıkmaktadır ki bu da fiberin fotonik bantını daraltmaktadır. Dar iletim bantları özellikle optoelektronik burun gibi, içi boş dalga kılavuzu kullanılan orta-kızılötesi bölgedeki sensör uygulamaları için gereklidir. Dar fotonik bant yapılı fiberlerin kimyasal sensör uygulamaları için önemini göstermek amacıyla izopropil alkol buharının soğurma spektrumu kullanılarak algılama simulasyonları yapılmıştır.