Optofluidic sensing with optical microresonators

Bu tezde sıvı ya da gaz evrede algılama yapabilmek için kullanılan optik mikroçınlaçlar işlenmiştir. Optik mikroçınlaç olarak mikrodiskler, mikrohalkalar, mikroyuvarlar ve mikrosilindirler gibi değişik geometriler kullanılmıştır. Algılama yöntemi, ortamda ölçülmek istenen bir niceliğin değişimi sonucunda değişen optik özelliklere dayanmaktadır. Bu nicelik değiştiği sırada mikroçınlaçların optik kipleri, diğer bir adıyla fısıldayan geçit kipleri (FGK'ler) incelenmiş ve elektromanyetik tayf izge üzerindeki konumları ve nitelik katsayıları izlenmiş ve oluşan değişikliklerin duyarlı birer göstergeleri olarak kullanılmıştır. Bu tez kapsamında, havadaki nem ve hidrojen gazı algılaması yapılmış, sıvı kırılma katsayısı ölçülmüş ve sıvı mikroyuvarların içerisindeki yabancı madde olup olmadığı denetlenmiştir. Nem ölçümü çalışmasında, SU-8 mikrodisk çınlaçlar kullanılarak havadaki nemin algılanması gerçekleştirilmiştir. Kullanılan bu SU-8 mikrodisk çınlaçlar tek adımlı bir üretim ile elde edilmiştir, ve yinelenebilir, uzun süreli çalışan bir algılama olanağı sunmaktadır. Bu SU-8 mikrodisk çınlaçlar Pd ile kaplandığı zaman hidrojen gaz algılayıcısı olarak da kullanılabilmektedir. Bu düşünceden yola çıkarak, üzerine Pd kaplanmış SU-8 mikrodisk çınlaçlar ile düşük derişimlerde (hidrojenin yanma derişimi olan %4'ten çok daha düşük düzeylerde) hidrojen gazı algılaması gösterilmiştir. Gaz örneklerden ayrı olarak, sıvı örneklerin kullanıldığı iki tane çalışma daha yapılmıştır. İlk çalışmada optik lif çınlaç (OLÇ) kullanılarak sıvı ortamın kırılma katsayısı ölçülmüştür. Bu çınlaçlar olağan liflerden kolaylıkla elde edilmekte ve 10-5'lik kırıla katsayısı duyarlılığı göstermektedir. OLÇ algılayıcıdan beklenen tepki bulunmuş ve kırılma katsayısı algılaması deneysel sonuçları ile birlikte ortaya konmuştur. İkinci çalışmada ise yağdan elde edilen mikro-damlacıkların içerisindeki yabancı özdek algılaması deneyleri yapılmıştır. Bu çalışmaya ek olarak, benzil benzoattan (BB) yapılmış damlacıklar işlenmiştir. BB damlacıkların çözünmesi ya da küçük boyutlu parçacıkların damlacıkla etkileşmesi sonucu FGK'lerinde meydana gelen değişimler açıklanmıştır. Bu deneyler, mikro-akışkan oluklar içeren yongalarda yapılmış ve damlacıkların nitelik katsayıları izlenerek damlacık içerisinde yabancı özdek bulunup bulunmadığı anlaşılmaktadır. Son olarak, polimer ve Pd kaplı OLÇ kullanılarak hidrojen gazı algılaması yapılmıştır. OLÇ'ler, Pd kaplı SU-8 mikrodisk çınlaçlardan daha duyarlı bir algılama ortaya koymuştur. Ayrıca OLÇ yapıları SU-8 mikrodisk yapılarından daha duyarlı olup üretilmeleri daha kolaydır. Bu çalışmada, milyonda 1000 gibi düşük derişimlerde hidrojen ölçümleri yapılmıştır, ve milyonda 100 düzeylerinin de altına inilebileceğinin olası olduğu tartışılmıştır. Elde edilen ölçümler ve bu ölçümlerin altında yatan algılama yöntemleri işlenmiş ve FGK tabanlı çalışmalarla ulaşılmış en iyi değerlerle karşılaştırma yapılmıştır.