 |
|
|
|
ARTYKUŁY Elektronika Światłowodowe czujniki wielkości chemicznych, środowiskowych i biologicznych – EWOFS 2013 |
|
Artykuł podsumowuje niektóre nurty badawcze nad czujnikami światłowodowymi i fotonicznymi, w aspekcie technologicznym i aplikacyjnym, oraz tendencji rozwojowych, przedstawione przez reprezentantów czołowych laboratoriów europejskich, w czasie trwania warsztatów EWOFS (Europejskich Warsztatów Czujników Światłowodowych) – ściśle związanych z konferencją OFS. Unikalną okazją do takiego pełniejszego przeglądu był fakt, że piąte europejskie warsztaty – konferencja EWOFS odbyły się u nas w kraju. Była to także znakomita okazja do pokazania dorobku krajowego w tej dziedzinie na prawdziwie europejskim i szerokim międzynarodowym forum. Z tej okazji efektywnie skorzystało, przedstawiając znakomite plakaty, wielu młodych uczonych z kraju wykonujących prace doktorskie w dziedzinie fotoniki światłowodowej.
Czujnikowe konferencje światłowodowe – międzynarodowe i krajowe
Światowa seria konferencji na temat czujników światłowodowych (OFS) kilka lat temu dała początek cyklicznym Europejskim Warsztatom Czujników Światłowodowych (EWOFS). Potrzeba utworzenia takich warsztatów narodziła się w wyniku uczestnictwa w konferencji OFS bardzo licznej grupy studentów i młodych uczonych z dziedziny fotoniki światłowodowej. Czujniki światłowodowe, a ogólniej ujmując czujniki fotoniczne, są przedmiotem intensywnych badań od kilku dziesięcioleci. Środowiska naukowo – techniczne aktywne w tej dziedzinie spotykają się okresowo w skali lokalnej i globalnej. Konferencje na temat czujników fotonicznych są organizowane przez IEEE Photonics Society, OSA – Optical Society of America, SPIE – The International Society for Optical Engineering, a także przez optyczne i fotoniczne organizacje narodowe, jak np. konferencja Photon we Francji. W kraju środowisko naukowo – techniczne czujników fotonicznych spotyka się co półtora roku z okazji cyklu konferencji „Światłowody i ich Zastosowania”, organizowanych naprzemiennie przez ośrodki technologiczne w Politechnice Białostockiej i Politechnice Lubelskiej we współpracy z UMCS. Ostatnia konferencja z tego cyklu, piętnasta z kolei, odbyła się w Białymstoku i Lipowym Moście (Puszcza Białowieska) na przełomie stycznia i lutego 2014.
Pierwsza krajowa konferencja z tego cyklu odbyła się w Jabłonnej, w Pałacu PAN, w lutym 1976 r. z niezapomnianym uczestnictwem profesorów J. Groszkowskiego, A. Waksmundzkiego, A. Smolińskiego, B. Paszkowskiego, Z. Szpiglera.
Obecnie w krajowych konferencjach Światłowody i ich Zastosowania bierze udział ok. 150 specjalistów i liczna grupa studentów i doktorantów. Zakres tematyczny tej ważnej konferencji krajowej, gromadzącej zwykle wszystkich specjalistów z kraju oraz gości zagranicznych, jest następujący: technologia światłowodów, materiały dla optoelektroniki i fotoniki, materiały luminescencyjne i domieszkowane ziemiami rzadkimi, elementy i układy fotoniczne i optoelektroniczne, metrologia światłowodowa optyczna i fotoniczna, zastosowania światłowodów, falowody optyczne i czujniki światłowodowe oraz technika oświetleniowa.
Najważniejszym światowym spotkaniem z obszaru czujników światłowodowych i fotonicznych jest konferencja „Optical Fiber Sensors”, znana powszechnie pod akronimem „OFS”, organizowana co dwa lata w różnych częściach globu. Materiały tej konferencji wyznaczają już od wielu lat tendencje rozwojowe techniki czujników fotonicznych i światłowodowych w skali globalnej.
Artykuł jest drugą częścią ogólnego sprawozdania z konferencji EWOFS dotyczącą fotonicznych czujników wielkości chemicznych i biologicznych. Pozostałe części dotyczą czujników fizycznych, fotonicznych struktur inteligentnych i czujników rozłożonych. Prezentowane materiały bazują na publikacji konferencyjnej Proc. SPIE 8794 oraz wynikach przedstawianych na plakatach w czasie konferencji.
Jednym z rozwojowych kierunków aplikacji czujników światłowodowych, w tym plastikowych, jest detekcja materiałów niebezpiecznych, trujących, wybuchowych, w tym trotylu, a także plastikowych materiałów wybuchowych. Aplikacje takich rozłożonych sieci pomiarowych są oczywiste, np. porty lotnicze i morskie, przejścia graniczne, miejsca dużych zgromadzeń ludzkich itp.
Rozmaitość tych materiałów jest znaczna, co utrudnia detekcję. Niektóre mają postać gazową, co umożliwia teledetekcję. Inne są związkami aromatycznymi. Niektóre są podobne detekcyjnie do kosmetyków, co może powodować fałszywe alarmy. Światłowodowy czujnik TNT wykonano na światłowodzie plastikowym wykorzystując zjawisko powierzchniowego rezonansu plazmonicznego generowanego w przygotowanej na powierzchni rdzenia wielo-nano-warstwowej strukturze detekcyjnej. Takie nanostruktury mogą znacznie różnić się w zależności od detekowanej substancji. W przypadku TNT był to odsłonięty rdzeń włókna plastikowego, spolerowany na płasko i pokryty buforową warstwą fotorezystu, nanowarstwa złota jako podłoże plazmoniczne i nanopokryciem selektywnie czułym na poszukiwany materiał w postaci molekularnie znakowanego polimeru. Sygnał powierzchniowego rezonansu plazmonicznego zależy od obecności poszukiwanego materiału w polimerze. Kinetyka detekcji zależy od szczegółów konstrukcji czujnika, w szczególności grubości warstw, czułości wychwytu materiału aktywnego oraz selektywności filtru polimerowego i propagacji materiału aktywnego w filtrze.
Technologia wielu rodzajów czujników światłowodowych i fotonicznych wymaga umiejętności nakładania ściśle kontrolowanych warstw o grubości nm a także pm, na skomplikowane struktury zintegrowane, w tym dookólnie na obnażony płaszcz lub rdzeń włókna optycznego. Nakładanie takich warstw w wielu przypadkach zwiększa, modyfikuje lub wręcz inicjuje czułość struktur fotonicznych na wpływy zewnętrzne. Taką czułość można modulować lub likwidować. Nakładanie cienkich warstw odbywa się metodami wirowania, sol-gel, CVD, zanurzenia, elektrostatycznymi, napylania a także nakładania warstw atomowych ALD. Każda z tych metod posiada inne wady i zalety, w szczególności odnośnie kontroli grubości nakładanej warstwy, jej jednorodności, oraz zdolności pokrywania powierzchni o bardzo złożonych kształtach.
Nanotechnologie fotoniczne wymagają często bardzo jednorodnych warstw sub-nanometrowych, które dostarcza metoda ALD. Metoda ALD stosuje dwie osobne substancje chemiczne – prekursory i jest analogiczna do CVD, tyle że podzielonej na dwa etapy o samo-ograniczającym się zasięgu (pół-reakcje). Ograniczenie polega na stałej ilości materiału cienkiej warstwy nakładanego na powierzchnię podczas każdego pełnego cyklu reakcji. Granularność warstw może być nawet mniejsza od 10 pm, a więc sięgać wymiarów atomowych. Prekursory reagują z powierzchnią w sposób sekwencyjny. Warstwa jest budowana dopiero po powtarzającym się procesie reakcji kolejno obu prekursorów. Po każdej pół-reakcji budowana piko-warstwa jest przepłukiwana gazem (N, Ar) z nadmiaru reagenta prekursorowego i z niepotrzebnych produktów reakcji. Nieusunięcie nadmiaru reagenta może prowadzić do inicjacji, w kolejnych krokach, szkodliwej w tych warunkach reakcji CVD, w której nie jest ściśle kontrolowana ilość materiału budującego warstwę.
Warstwy ALD są nakładane w światłowodzie jednorodnie na mikrostruktury we włóknach fotonicznych, na siatki Bragga klasyczne i długookresowe we włóknach Braggowskich filtrujących i promieniujących. Najczęściej są to warstwy tlenkowe jak: Al2O3, TiO2, ZnO, SnO2, HfO2, warstwy azotkowe: TiN, NbN, WN, warstwy metali: Pt, Ir, Ru, warstwy siarczkowe ZnS. Warstwy tlenkowe modyfikują czułość światłowodu i jego struktur fotonicznych. Nano-warstwy metalowe stanowią rezonatory plazmoniczne. Ultracienka warstwa ZnO może pracować jako nisko-stratna elektroda przezroczysta nałożona na nano-warstwę metalu. Nakładanie nano-warstw bezpośrednio na światłowodową siatkę Bragga zmienia jej charakterystykę spektralną, a w rezultacie także np. jej czułość refrakcyjną. Nano-warstwy tlenkowe są czułe na niektóre substancje powodując znaczne i czasami selektywne zwiększenie czułości siatkowego czujnika światłowodowego.
Do budowy czujników światłowodowych, szczególnie wielkości chemicznych i pokrewnych, relatywnie chętnie wykorzystywane są optyczne włókna plastikowe. Wynika to z ich właściwości takich jak: łatwość formowania w prawie dowolny kształt, niełamliwość, niskie straty optyczne przy niewielkich długościach, łatwość kształtowania parametrów optycznych jak apertura numeryczna i geometrycznych jak wymiar rdzenia i całego włókna, tworzenie włókien subwymiarowych, możliwość budowy światłowodu wielomodowego o kontrolowanej liczbie modów i jednomodowego w dowolnym zakresie spektrum widzialnego i IR, łatwość domieszkowania substancjami aktywnymi optycznie i/lub pomiarowo. W pojedynczym światłowodzie plastikowym możliwe jest łączenie kilku mechanizmów pomiaru jednocześnie, co jest niezwykle wygodne dla projektanta zintegrowanego wieloparametrycznego systemu pomiarowego, np. refraktometrii, nefelometrii, kolorymetrii, spektroskopii fali zanikającej, interferometrii itp. W przypadku pomiarów wieloparametrycznych, np. kolorymetr w połączeniu z refraktometrem itp., istotne jest, aby nie zachodziła kros-korelacja wyników. Zależy to od konstrukcji złożonego czujnika i takich jego elementów jak szerokopasmowe lub dyskretne wielo-spektralne źródło światła, brak przesłuchów pomiędzy izolowanymi mikro-komorami pomiarowymi, stosowna metoda detekcji i przetwarzania sygnałów pomiarowych itp.
Wieloparametrowe czujniki fotoniczne są stosowane w przemyśle spożywczym do kontroli jakości procesów technologicznych, w przemysłach chemicznym, farmaceutycznym itp. W przemyśle winiarskim stosowane są do kontroli mętności, koloru i refrakcji wina, a przez to jego jakości.
Znakowane molekularnie polimery stanowią bardzo selektywny czujnik wielu substancji chemicznych. Polimery takie są nakładane na światłowód, na powierzchnię czołową lub boczną w światłowodach stożkowych, polerowanych, w światłowodach z długookresową siatką Bragga. Układ czujnikowy pracuje w trybie odbiciowym, transmisyjnym, z falą zanikającą, jako spektroskop absorpcyjny, jako spektroskop fluorescencyjny – jeśli znacznikiem sygnalizacyjnym (indykatorem) immobilizowanymw polimerze jest fluoresceina. Polimer jest wiązany kowalencyjnie na powierzchni światłowodu polimerowego lub szklanego. Czujnik wykazuje wzrost poziomu fluorescencji w przypadku obecności detekowanej substancji rozpuszczonej w wodzie lub innych specjalizowanych rozpuszczalnikach organicznych. W przypadku detekcji kokainy i rozróżniania jej z kodeiną, takim rozpuszczalnikiem jest wodny roztwór najprostszego nitrylu – acetonitrylu ACN (cyjanometan). W praktycznych rozwiązaniach czujników światłowodowych uzyskuje się bardzo dobrą rozróżnialność pomiędzy tymi wymienionymi substancjami.
Elementy fotoniczne i technika światłowodowa są stosowane w systemach elektroniki jądrowej, dozymetrii radiacyjnej, zabezpieczenia obiektów i osób itp. Dozymetry światłowodowe promieniowania jonizującego są wykonywane np. z uczulanych światłowodów szklanych i plastikowych (PMMA). Jako uczulacze stosowane są domieszki Fe i Co oraz metale przejściowe. Uczulenie prowadzi do nawet stukrotnego wzrostu indukowanych strat radiacyjnych w pasmach rezonansowych w porównaniu ze światłowodami nie domieszkowanymi z tego samego szkła wysoko-krzemionkowego, lub z albumino-krzemianów. Światłowody ze szkieł miękkich są bardziej czułe na promieniowanie jonizujące, cząsteczkowe i gamma. Jako znieczulacz stosuje się domieszkę cerową. W takim przypadku stosowana jest metoda spektroskopii absorpcyjnej, gdyż włókno zachowuje się na ogół liniowo w funkcji dawki. Straty spektralne indukowane radiacyjnie mogą jednak wzrastać nierównomiernie w paśmie przezroczystości, co jest spowodowane domieszką uczulającą, szczególnie o zachowaniu rezonansowym. Bardzo duże dawki można wówczas odczytać jedynie z krótkich odcinków światłowodu.
W innych przypadkach dozymetrii światłowodowej stosowane są metody scyntylacji, fluorescencji itp. Domieszkowane światłowody substancją aktywną, jak uczulaczem radiacyjnym, fluoroforem itp. są np. konwerterami długości fali. Konwertowana we włóknie fala optyczna z zakresu UV do obszaru VIS i IR podlega propagacji do odległego detektora. Światłowód lub sieć światłowodów jest zintegrowana ze scyntylacyjnym środowiskiem pomiarowym, pokrywa znaczną powierzchnię scyntylatorów rozmieszczonych wokół monitorowanego miejsca i wychwytuje generowane fotony a następnie po konwersji w dziedzinie długości fali propaguje do detektorów. Płyty scyntylacyjne posiadają kształty płaskie lub złożone, dopasowane do miejsca aplikacji. Scyntylacyjne, wielko-powierzchniowe detektory światłowodowe są stosowane powszechnie w wielu eksperymentach naukowych np. neutrinowych. W zastosowaniach lokalnych, punktowych tylko część światłowodu może być pokryta materiałem fluorescencyjnym, np. jego końcówka lub nawet tylko powierzchnia wyjściowa. Rodzaj tego materiału jest dobierany do energii fotonów rentgenowskich lub fotonów gamma, a także cząstek jonizujących (fluoresceina i jej pochodne chemiczne, rodamina oraz inne fluorofory, tleno-siarczek gadolinu domieszkowany terbem, tych materiałów jest znaczna rozmaitość). Światłowodowe dozymetry plastikowe stosowane są w radioterapii klinicznej ze względu na możliwość formowania ich w zmienne kształty dopasowane do napromieniowywanego miejsca. Obecnie biomedyczne radiometry światłowodowe są stosowane do pomiarów zewnętrznych wokół pacjenta, także wokół niewielkich zlokalizowanych miejsc. Badane są pomiarowe zastosowania endoskopowe.
Domieszkowane włókna optyczne są wykorzystywane do budowy oksymetrów światłowodowych z gaszeniem fluorescencji, z perspektywą zastosowań biomedycznych. Światłowód polimerowy stożkowy jest domieszkowany bezpośrednio kompleksem rutenowym – fluoroforem. Kompleksy te wykazują wiele stopni utlenienia (2, 3, 4, 6, 8) stąd są wykorzystywane w metodach fluorescencyjnych do detekcji tlenu i jego ilości. Energia konwersji pomiędzy stanami utlenienia kompleksów rutenowych jest niewielka i zachodzą one spontanicznie w zależności od warunków panujących w środowisku fizjologicznym. Kompleksy z centralnym atomem rutenu (metal przejściowy – żelazowiec) posiadają bogatą wieloizomeryczną, trójwymiarową geometrię heksa-koordynacyjną – oktahedralną (sześć ligandów). Wpływając na efekty elektronowe i sferyczne można zmieniać właściwości kompleksów.
Układ oksymetru światłowodowego składa się bocznego oświetlacza stożka światłowodowego, docelowo poprzez sprzęgacz, w celu poprawy wartości sygnału do szumu. Do oświetlenia, w celu obniżenia kosztów czujnika, stosowane są konwencjonalne elementy optoelektroniczne. Mierzona jest fluorescencja i jej natężenie, rozkład spektralny, czas zaniku oraz właściwości dynamiczne całego układu czujnikowego. Parametry te zależą od koncentracji tlenu.
Do pomiaru jakości wielu użytkowych substancji przemysłowych, jak paliw płynnych, a także jakości produktów spożywczych, jak olei jadalnych potrzebne są niewielkie przenośne, specjalizowane testery, optymalizowane do konkretnego zastosowania. Pełne systemy w takich przypadkach są stacjonarne i dostępne wyłącznie w laboratoriach. Pobierane próbki są transportowane do takich laboratoriów. Pomiar in situ jest możliwy jedynie przy pomocy przyrządu przenośnego. Czujniki fotoniczne w testerach paliw płynnych i olei jadalnych są kompaktowe, relatywnie tanie i dokonują pomiarów w sposób wieloparametrowy, wielo-spektralny, niezawodny, powtarzalny i dokładny.
Pomiar wykorzystuje bazę danych dokładnych sygnatur spektralnych poszczególnych substancji badanych. Domieszkowanie substancji badanej tańszym substytutem, czy zanieczyszczenie, czyli fałszowanie i podrabianie oryginałów zmienia nieuchronnie sygnaturę, nawet jeśli są to tylko szczegóły. Pomiary dokonywane są zazwyczaj tylko w paśmie widzialnym podzielonym na dwa lub więcej podpasm, choć dokładniejsze i nieco droższe przyrządy światłowodowe mierzą także w zakresach UV i IR. W przypadku pomiarów olei jadalnych z zastosowaniem spektroskopii absorpcyjnej, światłowodu i tanich elementów optoelektronicznych, przyrząd rozróżnia rodzaje olei i ich ewentualne zanieczyszczenia. Urządzenie ma wielkość telefonu komórkowego i jest przeznaczone do łatwego pomiaru przez nie przeszkoloną osobę. Olej jest zakraplany na element optyczny (zwykle płytkę szklaną) stanowiący interfejs pomiarowy przyrządu.
Plazmoniczny rezonans powierzchniowy (PRP) w czujnikach światłowodowych jest metodą obecnie coraz częściej wykorzystywaną do pomiarów chemicznych i biologicznych. Plazmon powierzchniowy jest spolaryzowaną falą EM typu TE pobudzaną na granicy ośrodków metalu i dielektryka. PRP jest bardzo czułą metodą detekcji zmian refrakcji cienkiej warstwy ośrodka dielektrycznego przyległego bezpośrednio do nano-warstwy metalu. Najkorzystniejsza dla tego rodzaju pomiarów jest generacja rezonansu w paśmie widzialnym. Typowo jest on otrzymywany w zakresie IR np. 1,3…1,5 μm, gdyż dla pasma widzialnego wymagane są mniejsze, trudniejsze do wykonania, wymiary nano-struktur.
Rezonans plazmoniczny powierzchniowy zwykle jest uzyskiwany na mikrometrowym przewężeniu włókna optycznego pokrytyego nano-warstwą metalu (Au, Al o grubości kilku nm) i następnie nano-warstwą tlenku metalu (TiO2, ZnO, o grubości 10–30 nm). Talia przewężenia (30…10 μm) w dużym stopniu definiuje charakterystykę spektralną rezonansu i jej skupienie wokół pojedynczej długości fali, a wielo-warstwowa konstrukcja układu rezonansowego i grubość warstw definiuje położenie spektralne – główną długość fali. Zwykle rezonans był otrzymywany w pasmach telekomunikacyjnych, w tym 1300…1500 nm. Rezonans jest przesuwany spektralnie przez mierzone medium refrakcyjne, wokół głównej długości fali. Uzyskane czułości w paśmie widzialnym (dla długości fali w okolicy 500 nm) wynoszą ponad 2 μm na jednostkę refrakcji.
Do fotonicznej detekcji złożonych substancji biologicznych, z zastosowaniem powierzchniowego rezonansu plazmonicznego, konieczne jest zastosowanie bio-kompatybilnych substancji odpowiednich dla danego materiału. Stosuje się kombinacje strukturyzowanych kryształów koloidalnych oraz molekularnie znakowanych żeli. Są to trudne materiały do odpowiedniej immobilizacji, czy związania na światłowodzie w takim miejscu, gdzie jest zlokalizowany generator plazmoniczny (nanowarstwa metalu, np. Ag pokryta nanowarstwą silikonu). Detekcji podlegają takie substancje jak enzymy, specyficzne białka bakterii i wirusów, toksyny, witaminy w szczególności z grupy B jak ryboflawina B2 ale też B12 i wiele innych. Zwiększona koncentracja detekowanych substancji przesuwa widomo rezonansu plazmonicznego w kierunku dłuższych lub krótszych fal, w zależności od mechanizmu oddziaływania i zmiany refrakcji ośrodka inercyjnego.
Czułości pomiaru metodami fotoniczno–plazmonicznymi z wykorzystaniem selektywnych substancji (żeli, miękkich polimerów, kryształów koloidalnych) strukturyzowanych i znakowanych zaczynają być konkurencyjne wobec innych metod chemicznych stosowanych obecnie. Przykładowo, dla detekcji ryboflawiny czułość pomiaru wynosi ułamek μg/ml. Zakres pomiarowy jest od zera do kilkuset μg/ml. Przesunięcie fali rezonansu wynosi w tych warunkach kilka nm. Zasada działania od strony chemicznej jest następująca. Molekuła ryboflawiny (lub innej złożonej substancji biologicznej) oddziaływuje poprzez specyficzne miejsca wiązań spowodowane molekularnym znakowaniem. Detekcja zawartości ryboflawiny jest prowadzona on-line czujnikiem światłowodowym (lub klasycznie wyrywkowo w próbkach laboratoryjnych) w produktach spożywczych i niektórych farmaceutykach. Rezultatem sub-miniaturowych wymiarów czujnika fotoniczno-plazmonicznego jest jego znaczna szybkość działania i relatywnie bardzo krótki czas martwy oraz niskie koszty i przeznaczenie do jednorazowego użytku. Znaczną zaletą jest możliwość wprowadzenia sondy w miejsca trudno dostępne i prowadzenie monitoringu wielu zaawansowanych parametrów in-situ oraz on-line.
Światłowodowy czujnik plazmoniczny, w rozwiązaniu klasycznym, służy do detekcji wielu substancji gazowych i płynnych, Często spotykane rozwiązanie w takiej grupie czujników polega na obnażeniu płaszcza światłowodu (rodzaj światłowodu i jego dane techniczne są parametrami konstrukcyjnymi czujnika) na pewnej długości (która jest parametrem konstrukcyjnym), nałożeniu na rdzeń nanowarstwy metalu (parametrem jest rodzaj metalu i grubość nanowarstwy metalicznej) i pokryciu jej nanowarstwą dielektryka (parametrem jest rodzaj dielektryka i grubość nanowarstwy dielektrycznej). Powierzchnią czujnikową, zamiast obnażonego rdzenia, może być także zakończenie światłowodu, okienko w płaszczu itp. Taka grupa czujników pracuje na zasadzie przesunięcia częstotliwości rezonansu plazmonicznego przez obecność substancji mierzonej. Odczyt odbywa się metodą spektrometryczną.
Dla czujnika siarkowodoru stosowany jest układ warstw metal/dielektryk Cu/ZnO. Ten układ warstw jest czuły także na inne substancje. Obecność siarkowodoru zmienia stałą dielektryczną ZnO, co wpływa na nanowarstwę metalu poniżej i na jej rezonansowe właściwości plazmoniczne. Czujnik światłowodowy tego rodzaju nadaje się idealnie do zdalnych pomiarów koncentracji siarkowodoru w warunkach środowiskowych, pod warunkiem odpowiedniej optymalizacji komory pomiarowej do zastosowania (co nie jest zagadnieniem trywialnym), ze względu na możliwe pomiarowe wpływy pasożytnicze. Inne stosowane układy warstw to np.: Cu/Si, Cu/barwnik, Cu/indykator pH, itp. Do detekcji amoniaku zastosowano nanowarstwy metaliczne Cu i Ag na obnażonym rdzeniu, a indykatorem jest purpura bromokresolowa BCP (indykator pH zmieniający barwę od żółtej do purpurowej w zakresie pH 6,2…6,8). BCP zmienia stałą dielektryczną pod wpływem amoniaku. Detektor działał dla zakresu koncentracji gazowego amoniaku 1…10 ppm w temperaturze pokojowej.
Powierzchnię czołową światłowodu wykorzystuje się do immobilizacji indykatorów. Tak skonstruowany czujnik pracuje w układzie odbiciowym lub transmisyjnym. Parametrami procesu technologicznego są np. rodzaj matrycy immobilizującej i jej struktura, metoda immobilizacji – chemiczna, elektrostatyczna lub mechaniczna, rodzaj impregnatu, obecność ewentualnych aktywatorów i substancji pośredniczących, reagenty i substancje aktywne. Do detekcji par kwasów i zasad (a także innych substancji korozyjnych) stosuje się różnego rodzaju barwniki. Porfiryna jako materiał funkcjonalny jest nakładana miejscowo na obszar rdzenia światłowodu z użyciem wiązki światła UV w kilkuetapowym ciągu reakcji.
Wiązka UV z lasera He-Cd jest prowadzona z przeciwnego końca włókna. Funkcjonalne molekuły porfiryny z kąpieli CH2Cl2 osadzają się w sposób samo-organizacyjny i są ograniczone wyłącznie do obszaru rdzenia. Pary kwasu powodują (z porfiryną) powstanie agregatów-J, a pary zasad powodują – agregatów-H. Substancje te są dobrze rozróżniane spektralnie. Mechanizmy detekcji wykorzystują rezonansowe rozpraszanie światła, indywidualne charakterystyczne sygnatury absorpcyjne a także spektroskopię fluorescencyjną.
Odrębną znaczną grupę czujników fotonicznych tworzą kapilary światłowodowe. Kapilara pozwala połączyć transport materii i światła w jednym ściśle ograniczonym mikro-obszarze, i to czasami na znacznej długości, powiększając drogę oddziaływania, tym samym zwiększając wielokrotnie czułość sensora. Także światłowody klasyczne lub strukturalne (z kryształu fotonicznego) są stosowane jako czujniki w klasycznych technikach elektroforezy kapilarnej. W tym ostatnim przypadku detekcji i separacji podlega jednocześnie wiele substancji. W taki sposób sekwencjonowany jest DNA. Dodatkowo można wykorzystać substancje fluorescencyjne.
Ze względu na strukturę porowatą światłowody fotoniczne i czujniki z nich wykonane posiadają bardzo dobry stosunek powierzchni do objętości, a więc większą rozdzielczość pomiaru przy podobnej czułości. Zastąpienie konwencjonalnych kapilar elektroforetycznych, kapilarami światłowodowymi z pierścieniowym profilem refrakcyjnym lub włóknami fotonicznymi wydaje się być bardzo atrakcyjną i przyszłościową ideą. Prowadzone są badania nad optymalizacją światłowodów kapilarnych dla celów chemii analitycznej. Optymalizacja dotyczy gęstości struktury porowatej (stosunek powietrza do szkła w przekroju poprzecznym), wymiarów nano- i mikrokapilar, refrakcji różnicowych, konektorów kapilarnych (ciągłość strumienie materii) i optycznych (ciągłość wiązki światła) itp.
Siły optyczne działające na mikro- i nanocząstki w ośrodkach o różniących się refrakcjach są wykorzystywane praktyczne do budowy pęset optycznych. Przy pomocy światłowodowej (także laserowej) pęsety optycznej możliwe jest efektywne manipulowanie nanoobiektami ze znaczną dokładnością przestrzenną, i osiągającą rozdzielczość pm. Siły ciśnienia promieniowania wiązki optycznej (ze światłowodu zakończonego nanosoczewką) precyzyjnie skupionej w okolicy obiektu przesuwanego lub chwytanego są dokładnie obliczane z modelu sił Lorenza działających na dipole elektryczne. Soczewka na końcu włókna jest wykonywana metodą trawienia lub fotopolimeryzacji nanoobjętości na powierzchni rdzenia. Parametrem procesu jest ogniskowa tej soczewki oraz jej refrakcja. Soczewkowaty rdzeń pozbawiony płaszcza (lub sub-wymiarowy stożek światłowodowy) stanowi mikrokońcówkę światłowodowej pęsety fotonicznej. Promieniowanie z rdzenia o jednodomowych wymiarach poprzecznych rzędu kilku μm efektywnie więzi i przesuwa mikro- i nanocząstki dielektryczne o wymiarach rzędu 1 μm i mniejsze.
Diagnostyka chorób przełykowo-żołądkowych wymaga długotrwałego, często całodobowego monitoringu pH w przełyku i żołądku. Zakres pomiaru wynosi 1…8 jednostek pH. Do detekcji stosowana jest kowalentnie immobilizowana na światłowodzie (na szkle porowatym, lub na cienkiej warstwie pośredniczącej z nanodziurkami o silnej adhezji do szkła) czerwień metylowa. Odczyt jest kolorymetryczny. Parametry czujnika to konstrukcja dostosowana do zastosowań endo-gastrologicznych in-vivo, krótki czas odpowiedzi poniżej 30 s, liniowość charakterystyki pomiarowej, łatwość kalibracji trójpunktowej. Do budowy czujnika stosowane są światłowody plastikowe. Jednorazowe pH metry światłowodowe do zastosowań biomedycznych, głównie endoskopowych są dostępne komercyjnie.
Brachyterapia precyzyjna onkologiczna (w precyzji ma przewagę nad teleterapią) wymaga zastosowania bardzo dokładnych dozymetrów w celu optymalizacji efektów leczenia radiacyjnego. Jako dozymetry stosuje się światłowody ze scyntylatorami. Stosowane scyntylatory powinny emitować światło poza pasmem promieniowania
Czerenkowa (typowo 400…500 nm) w celu uniknięcia nakładania się tych dwóch różnych efektów generacji fotonów. Typowe scyntylatory organiczne promieniują w obszarze długości fal poniżej 550 nm. Światłowody z domieszkowanego szkła neodymowego, np. typu LLBAg, LBiBAg, (lit-ołów-bor-bizmut-srebro) pobudzone radiacyjnie promieniują w zakresie dłuższych fal, bliskiej podczerwieni.
Krótkie odcinki czujnikowe światłowodu neodymowego są sprzęgane (spawane) z obu stron do światłowodu transmisyjnego z nadajnika i odbiornika. Wiele czujników jest multipleksowanych przy pomocy układu światłowodowego tak, że możliwe jest stworzenie sieci pomiarowej obejmującej większą powierzchnię pokrytą czujnikami. Pojedynczy czujnik jest łatwo wprowadzany tą samą sondą co izotop brachyterapeutyczny. Optymalizacja metod brachyterapeutycznych stosuje coraz doskonalsze modele pacjenta wirtualnego. Na takich modelach prowadzone są precyzyjne testy operacyjne zastosowania izotopów (rodzaj izotopu, miejsce immobilizacji, rozkład przestrzenny i czasowy, taktyka napromieniowań, moc dawki) i metod pomiarowych dawki. Czujniki światłowodowe w takich wypadkach stosowane są najczęściej w przypadkach brachyterapii onkologicznej wykonywanej endoskopowo, a więc obejmującej układ trawienny, oddechowy, moczowo-płciowy, krwionośny.
W klasycznym rozwiązaniu światłowodowa siatka Bragga posiada okres współmierny z długością fali propagowanej w światłowodzie. Ze względu na znaczną czułość optycznych włókien Bragga na naprężenia i temperaturę, odcinki takich światłowodów, sprzężone z włóknami transmisyjnymi, są stosowane do monitorowania i pomiarów wielkości fizycznych. W funkcji wielkości mierzonych zmienia się długość fali Bragga. Najistotniejsze kierunki zastosowań dotyczą górnictwa, geologii, sejsmologii, a także monitorowania stanu materiałów kompozytowych dla przemysłu lotniczego, budowlanego. Wynika to ze znacznej odporności włókien optycznych na złe warunki środowiskowe, oraz możiwości pomiarów punktowych i rozłożonych np. metodą reflektometryczną. Specjalna konstrukcja czujników Bragga i metody przetwarzania sygnału pomiarowego umożliwia rozróżnienie pomiędzy wpływem na czujnik temperatury od wpływu naprężenia. Światłowodowe czujniki Bragga znajdują zastosowanie w aparaturze biomedycznej, np. w systemie pomiarowym egzo-szkieletów.
Termometr światłowodowy dla zakresu wysokich temperatur 200…1000oC został zbudowany z włókna dwójłomnego o dwóch siatkach Bragga wykonanych dla dwóch polaryzacji ortogonalnych – szybkiej i wolnej. W funkcji temperatury, lub w funkcji naprężenia włókna, obserwowana jest częstotliwość różnicowa obu siatek Bragga. Dwa filtry optyczne dokonują konwersji przesunięcia różnicowej długości fali w zmiany mocy optycznej. Mechanizm detekcyjny może wykorzystać także interferencję modową. Światłowód z długą 10 cm klasyczną siatką Bragga zastosowano do budowy czujnika poziomu cieczy, np. w reaktorze chemicznym. Pomiar bazuje na różnicy temperatur pomiędzy cieczą i powietrzem. Odczyt jest dokonywany przy pomocy impulsowej reflektometrii wstecznej z przesunięcia częstotliwości siatki jako filtru optycznego. Rozdzielczość pomiaru jest rzędu 1 mm dla siatki o długości 10 cm.
Czujniki światłowodowe skonfigurowane w sieci pomiarowe są integrowane w materiały strukturalne tworzące większe obiekty funkcjonalne w celu monitorowania stanu tych obiektów. Mierzone są naprężenia wewnętrzne i ich rozkład, drgania, zmiany częstotliwości rezonansowych, rozkład temperatury, powstawanie nieciągłości wewnętrznej itp. Drgania czujnika światłowodowego są odczytywane kilkoma różnymi metodami, w zależności od przeznaczenia: reflektometrią optyczną, metodą natężeniową, optyczną metodą spektralną dającą widmo drgań czujnika w paśmie kilkadziesiąt Hz – kilka kHz. Zwiększoną czułość na drgania uzyskuje się w światłowodach z klasyczną a także z długookresową siatką Bragga.
Długookresowe siatki Bragga działają na innej zasadzie niż siatki klasyczne, krótkookresowe. Można powiedzieć, że w szczególny sposób osłabiają transmisję we włóknie w modzie rdzeniowym na korzyść sekwencji modów płaszczowych. Jeśli zmieniamy okres siatki od rozwiązania klasycznego w kierunku długookresowego, wówczas charakterystyka filtru Bragga ulega powolnemu rozszerzeniu, aż charakter filtracyjny ulega zanikowi. Mod rdzeniowy podlega konwersji w kolejne mody płaszczowe, mniej lub bardziej stratne, mniej lub bardziej uwiązane w strukturze rdzeniowopłaszczowej światłowodu. Jeśli mod płaszczowy jest relatywnie niskostratny, to propaguje się na znaczne odległości i jego pole zanikające penetruje obszar przyległy do włókna. Droga oddziaływania z obszarem przyległym jest znaczna. Zwiększenie penetracji uzyskuje się we włóknach stożkowych. Gradient pola zanikającego zależy silnie od refrakcji penetrowanego obszaru.
Odcinek takiego włókna jest czułym refraktometrem. Jest także czuły na zgięcie, mikrozgięcia, drgania włókna, skręcenia, naprężenia poprzeczne i wzdłużne, zmiany temperatury itp. Dla pewnych wartości refrakcji zewnętrznej lub dla pewnych częstotliwości mikrozgięć można uzyskać efekt rezonansowy, w sensie gwałtownego, relatywnie wąskopasmowego wzrostu strat spektralnych włókna. Czułość takiego sensora światłowodowego wokół obszaru zjawiska o charakterze rezonansowym jest bardzo duża, od 10 do 100 razy większa niż w innych obszarach. Położenie charakterystyki rezonansowej strat modowych bardzo silnie zależy także od szczegółów konstrukcyjnych włókna z długookresową siatką Bragga, a w tym od tolerancji jej wymiarów. Jeśli chcemy uzyskać położenie rezonansu w konkretnym miejscu (co zależy od skomplikowanej charakterystyki transmisyjnej siatki długookresowej), dla określonych parametrów pomiaru, to siatka musi być wykonana bardzo dokładnie, z niewielkimi tolerancjami technologicznymi. Siatki długookresowe są wykonywane nie jak klasyczne metodami interferencyjnymi (bardzo dokładnymi), lecz metodami punkt po punkcie (które nie są tak dokładne).
Czujniki światłowodowe z polem zanikającym, szczególnie wyposażone w długookresowe siatki Bragga, stosowane są do detekcji, rozpoznawania i spektroskopii, między innymi, lotnych związków organicznych. Wychwytywanie takich związków wymaga odpowiedniej konstrukcji tej mikro-części czujnika fotonicznego, która obejmuje znaczny gradient zmian zanikającego pola optycznego. Obszar znacznego gradientu pola pokrywa się np. mezo-porowatą cienką warstwą impregnowaną związkiem funkcjonalnym wiążącym lotny związek organiczny. Warstwa mezoporowata składa się z nieorganicznego rusztowania, np. w postaci nanostruktury SiO2 wypełnionej poli-elektrolitem kationowym i następnie nasączanym związkiem funkcjonalnym. Największą czułość takich sensorów uzyskuje się w okolicach punktu dopasowania fazowego. Mechanizm czujnikowy bazuje najczęściej na pomiarze zmiany refrakcji indukowanej przez związek lotny tworzący kompleksy ze związkiem funkcjonalnym (receptorem) immobilizownym w impregnowanej mikrowarstwie porowatej. Detekowane organiczne związki lotne obejmują np. chloroform, pary benzenu itp. Pomiary w tych warunkach mogą być zniekształcane obecnością pary wodnej.
Długookresowe siatki Bragga są stosowane do konstrukcji czujników refraktometrycznych lub spektroskopów światłowodowych z falą zanikającą. Pomiar refrakcji wodno – biologicznego ośrodka zewnętrznego, w którym zanurzony jest światłowód, odbywa się poprzez przesunięcie spektralne rezonansu stratnego. Uzyskiwane czułości pomiaru są rzędu 100 nm na jednostkę refrakcji. Metoda jest stosowana do detekcji wielu substancji biologicznych w wodzie, a szczególnie szkodliwych, np. protein zewnętrznych błon komórkowych E.coli. W zależności od szczegółów konstrukcji, uzyskuje się czujniki o liniowych charakterystykach w określonych granicach stężenia badanej substancji, wysoce powtarzalne, w zakresie ułamka%, bez występowania zjawiska histerezy pomiarowej. Czujniki są regenerowane poprzez przepłukiwanie w odpowiednio dobranych warunkach pH.
Światłowody sub-wymiarowe są włóknami optycznymi niskostratnymi o wymiarach znacznie mniejszych od światłowodów klasycznych i na ogół porównywalnych lub nieznacznie większych od propagowanej długości fali. Mechanizm propagacji fali optycznej jest inny niż w klasycznym światłowodzie. Znaczna część pola jest prowadzona poza włóknem w otaczającej przestrzeni. W pewnych warunkach pole jest uwiązane do mikro-światłowodu. Propagacja jest bardzo czuła na warunki zewnętrzne, co jest wykorzystywane do konstrukcji specjalistycznych czujników fotonicznych.
Światłowody z długookresową siatką Bragga są stosowane do budowy sprzęgaczy, czterowrotników fotonicznych o regulowanych funkcjach sprzęgających i czujnikowych. Na światłowód przewężony nawijany jest światłowód sub-wymiarowy. Modyfikuje on istotnie właściwości światłowodu głównego i w sposób rezonansowy może odebrać z niego część mocy optycznej. W takiej konfiguracji uzyskano znaczne czułości na oddziaływania zewnętrzne: ok. 10 pm/oC termiczne, ponad 10 pm/με mechaniczne. Ze względu na bardzo małą średnicę elementu sprzęgającego i jego znaczną podatność na rozciąganie uzyskuje się duży zakresprzestrajania spektralnego, powyżej 100 nm.
Częstym elementem do budowy czujników światłowodowych jest włókno stożkowe. Taki element, w wersji jednomodowej i quasi-jednomodowej posiada wielo-rezonansowe charakterystyki transmisyjne. Element może być wykonywany w postaci pojedynczej, podwójnej dwustożkowej, wielokrotnej, symetrycznej a także niesymetrycznej. Charakterystyki transmisyjne i wrażliwościowe są optymalizowane do konkretnego funkcjonalnego zastosowania fotonicznego.
Efektywną metodą stosowaną w czujnikach światłowodowych jest wykorzystanie niskostratnych modów płaszczowych. Mody generowane są pasywnie lub aktywnie w pojedynczym włóknie, modyfikowanym włóknie (przewężonym, siatkowym) lub w sprzęgaczu. Modyfikowane cztero-wrotowe sprzęgacze światłowodowe, wykonywane metodą przewężenia, są używane jako czujniki refrakcji, naprężenia, temperatury, oraz wygięcia. Mody płaszczowe w sprzęgaczu są pobudzane poprzez zmianę średnicy przewężenia lub poprzez generację przy pomocy siatki Bragga klasycznej, skośnej lub długookresowej. Mody płaszczowe powinny być jak najmniej stratne w celu umożliwienia odczytu działania czujnika z jak największej odległości.
Czujnik może działać na zasadzie selektywnej stratności konkretnego modu płaszczowego. Charakterystyki stratności modowej posiadają kształt wielo-rezonansowy i są analizowane w szerokim zakresie widmowym kilkudziesięciu nm. Uzyskuje się, dla tej klasy czujników jednodomowych i dla tej metody pomiaru, czułości pomiaru rzędu 10-5 jednostki refrakcji i niepewność pomiaru rzędu 10-8 jednostki refrakcji. Tak znaczna czułość, dla modyfikowanych światłowodów telekomunikacyjnych, występuje w zakresie refrakcji 1,37…1,45. Przesunięcie zakresu pomiarowego wymaga zastosowania włókien optycznych o innych refrakcjach.
Metoda spektroskopii absorpcyjnej w odniesieniu do substancji płynnych, głównie cieczy, takich jak barwniki, ale także gazów, stosowana jest w światłowodowych układach czujnikowych z falą zanikającą. Rozwiązania konstrukcyjne czujników są głównie transmisyjne ale także odbiciowe. Ośrodek mierzony usytuowany jest na zewnątrz włókna. Wówczas fala penetrująca ten ośrodek jest wzmacniana poprzez zastosowanie długookresowej siatki Bragga. Ośrodek mierzony może być usytuowany wewnątrz włókna. Najbardziej efektywnym rozwiązaniem konstrukcyjnym w takim przypadku jest światłowód z zawieszonym rdzeniem. Znaczny gradient pola optycznego, nawet przy niewielkich wartościach absolutnych natężenia, powoduje różne zachowania barwników, np. kationowych i anionowych. Prowadzi to do ich różnego grupowania wzdłuż długości włókna, pewnych obrazów samoorganizowania się nano-cząstek barwnika itp. Stanowić to może podstawę do konstrukcji nowych czujników o znacznie wzmocnionej czułości dla niektórych substancji chemicznych organicznych i biologicznych.
Mikro-systemy typu MOEMS, a właściwie laboratorium na włóknie LOF, są budowane na powierzchni bocznej lub końcowej światłowodu. Podstawą tej technologii jest efektywna integracja nano-struktur metalicznych i dielektrycznych, np. bezpośrednio na zakończeniu włókna optycznego (także na przewężeniu światłowodu lub jego nanostrukturach wewnętrznych – w światłowodzie fotonicznym). Struktury metalo-dielektryczne, dwu- i wielowarstwowe są periodyczne lub quasi periodyczne i jedną z ich wymaganych cech jest wspieranie powierzchniowych rezonansów plazmonicznych. Do nano-strukturyzacji powierzchni końcowej włókna rozwijane i adaptowane są metody analogiczne do produkcji elektronicznych i optycznych elementów planarnych.
Potencjalne zastosowania testowanych technologii to zintegrowane, wielo-parametrowe systemy czujnikowe do zastosowań chemicznych i biologicznych wykorzystujące takie mechanizmy pomiarowe jak: nano-interferometrię, spektroskopię, rozciągnięte spektralnie multi-rezonansy plazmoniczne, polarymetrię i inne. Jednym z celów jest otrzymanie bardzo tanich czujników wieloparametrycznych.
Ta perspektywiczna grupa włókien optycznych wykorzystywana jest do propagacji światła wykorzystując mechanizm zabronionego pasma fotonicznego, a nie mechanizm refrakcyjny, jak w światłowodach klasycznych. Na ogół propagacja nierefrakcyjna jest realizowana w kapilarze fotonicznej z materiału strukturalnego. Prawie cała moc propagowanej wiązki jednomodowej jest unoszona w powietrzu wewnątrz światłowodu, lub w innym materiale wypełniającym rdzeń nierefrakcyjny. Perspektywy zastosowań czujnikowych mogą dotyczyć np. spektroskopii materiału wypełniającego włókno fotoniczne. Ale także wiele innych, jak parametry chemiczne i fizyczne.
Szczególne zainteresowanie znajdują światłowodowe czujniki biomedyczne nieinwazyjne bazujące na nowych koncepcjach pomiarowych. Taką grupą czujników są mikro-tonometry stosowane do szczegółowych pomiarów profilu fali ciśnienia w tętnicach centralnych przez skórę, np. wspólnej tętnicy szyjnej. Silnym motywatorem prac nad czujnikami tego rodzaju jest znaczny rozwój chorób układu krwionośnego człowieka. Rolą czujników fotonicznych jest łatwe określenie przynajmniej niektórych parametrów hemodynamicznych, w uzupełnieniu, lub prostszym zastąpieniu metod ultradźwiękowych i dopplerowskich oraz koronograficznych, takich jak ciśnienie, przepływ, opory przepływu, fale ciśnienia, naczyniowe odbicia fali ciśnienia, lepkość krwi, krążenie mózgowe, perfuzję narządową, wazodylatację.
Propagacja fali ciśnienia (patologie w tej propagacji) w drzewie naczyniowym jest obecne uważana za jeden z dobrych czynników oceny ryzyka chorób układu krążenia. Odbicia fali ciśnienia naczyniowego są oceniane ilościowo i jakościowo poprzez analizę profilu ciśnienia centralnego. Obecnie uzyskiwane czułości sensora piezoelektryczno – światłowodowego z siatką Bragga dorównują jakością sygnału inwazyjnym sondom elektromechanicznym, tonometrom dokonującym pomiaru wewnątrz tętnicy. Przetwornik piezoelektryczny przekazuje sygnał mechaniczny do włókna optycznego przestrajając długość fali Bragga. Czujnik składa się z głowicy pomiarowej, szerokopasmowego źródła światła, cyrkulatora optycznego oraz spektrometru. Czułość pomiaru przetwornika piezo-fotonicznego jest rzędu 10 pm/mm, przesunięcia długości fali Bragga w funkcji przesunięcia mechanicznego głowicy czujnika. Nieinwazyjny, miniaturowy przetwornik piezo-fotoniczny daje bardzo dobre odwzorowanie fali ciśnienia, w szczególności maksimów ciśnienia wprzód i wstecz oraz wzajemnego położenia tych pików, co pozwala na bardzo dobrą uzupełniającą analizę stanu układu krążenia. W sztywniejszych naczyniach krwionośnych impuls ciśnienia propaguje się szybciej powodując szybsze przybycie fali odbitej. Stanowi to dodatkowe narzędzie oceny stanu zagrożenia jak: niewydolności nerek, choroby niedokrwiennej serca, przerostu mięśni serca, zawału.
Badanych jest wiele nowych konstrukcji czujników światłowodowych, także z wykorzystaniem nowych metod technologicznych, jak np. chiralne siatki Bragga, i nowych materiałów, jak niskostratne materiały półmagnetyczne i optyczne oraz mikrofalowe (dla pasma terahercowego) niskostratne metamateriały rezonansowe.
Mikrosystemy i sieci zabezpieczenia osobistego typu sieć obszaru ciała obejmują pomiary/monitoring coraz większej ilości parametrów fizjologicznych organizmu i związanych z tzw. dobrostanem człowieka. Obejmuje to w najprostszych przypadkach np. tętno, częstość oddechu, temperaturę i w bardziej zaawansowanych oksymetrię krwi, pozycję ciała, przyspieszenia, uderzenia, ciśnienie krwi, stan oczu – otwarte, zamknięte, ruchy gałek ocznych, ruchy rąk i nóg, ogólna aktywność ruchowa, głębokość oddechu, i potencjalnie wiele innych.
Wiele z tych parametrów może być mierzonych metodami fotonicznymi, elektronicznymi i hybrydowymi przy pomocy układów MEMS, MOEMS oraz bezpośrednio czujnikami światłowodowymi i siecią fotoniczną, elektroniczną mikro-kablową lub wi-fi, zintegrowaną np. z bielizną i ubraniem osoby monitorowanej. Światłowody plastikowe są stosowane w takich układach jako sieć czujnikowa i jako czujniki amplitudowe, transiluminacyjne, kolorymetryczne, mikrozgięciowe, fotopletyzmograficzne, fluorescencyjne, polarymetryczne, fazowe itp. Zastosowania czujnikowych systemów sieciowych obszaru ciała są medyczne, geriatryczne, turystyczne, sportowe i wojskowe.
W kraju prowadzone są od kilkudziesięciu lat badania nad światłowodami specjalizowanymi dla czujników światłowodowych i nad wieloma innowacyjnymi konstrukcjami czujników fotonicznych.
Literatura:
[1] 15 Krajowa Konferencja „Światłowody i ich Zastosowania”, styczeń/luty 2014, Białystok i Lipowy Most, [http://we.pb.edu.pl/światłowody]
[2] I Krajowe Sympozjum Światłowody i ich Zastosowania, Jabłonna 16–17 lutego 1976, PWN, Warszawa 1977.
[3] Romaniuk R.S., W.Wójcik (editors), Optical Fibers and their Applications, Proc.SPIE 8698, 2012.
[4] Dorosz J., Romaniuk R.S. (editors), Optical Fibers and their Applications, Proc.SPIE 8010, 2011.
[5] Woliński W.L., Jankiewicz Z., Romaniuk R.S. (editors), Laser Technology 2012: Progress in Lasers, Proc. SPIE 8702, 2012.
[6] Woliński W.L., Jankiewicz Z., Romaniuk R.S. (editors), Laser Technology 2012: Applications of Lasers, Proc. SPIE 8703, 2012.
[7] Romaniuk R.S. (editor), Photonics Applications in Astronomy, Communications, Industry and High-Energy Physics Experiments 2013, Proc. SPIE 8903, 2013.
[8] Romaniuk R.S. (editor), Photonics Applications in Astronomy, Communications, Industry and High-Energy Physics Experiments 2012, Proc. SPIE 8454, 2012.
[9] Romaniuk R.S. (editor), Photonics Applications in Astronomy, Communications, Industry and High-Energy Physics Experiments 2011, Proc. SPIE 8008, 2011.
[10] Romaniuk R.S., Kulpa K. (editors), Photonics Applications in Astronomy, Communications, Industry and High-Energy Physics Experiments 2010, Proc. SPIE 7745, 2010.
[11] 5th European Workshop on Optical Fibre Sensors, Proc. SPIE 8794, 2013.
[12] Photonics Society of Poland: [photonics.pl]
[13] Dybko A. i in.: Fibre-optic pH-sensor, International Journal of Optoelectronics, Taylor&Francis, London, Vol. 7, No. 3, 1991, pp. 443-448.
[14] Dybko A. i in.: Application of optical fibres in oxidation – reduction titrations, Sensors and Actuators B, Chemical, Vol. 29, No 1–3, 1995, pp. 374–377.
[15] Dybko A. i in.: Polymer track membranes as a trap support for reagent in fiber optic sensors, Journal of Applied Polymer Sciences, Vol. 59, 1996, pp. 719–723.
[16] Dybko A. i in.: Efficient reagent immobilization procedure for ion-sensitive optomembranes, Sensors and Actuators B, Chemical 38–39 (1997), No 1, vol. 34, pp. 207–211.
[17] Dybko A. i in.: Assessment of water quality based on multiparameter fiber optic probe, Sensors and Actuators, Vol. B. 51, 1998, pp. 208–213.
[18] Romaniuk R., Tensile strength of tailored optical fibers, Opto Electronics Review, Nr 2, 2000, pp. 1013–116.
[19] Romaniuk R., Manufacturing and Characterization of ring-index optical fibers, Optica Applicata, vol. 31, no. 2, 2001, pp. 425–444.
[20] Dorosz J., Romaniuk R., Fiber Optic Department of Biaglass, Twenty years of research activities, Optica Applicata, vol.38, no.4, 1998, pp. 267–291.
[21] Dorosz J., Romaniuk R., Multicrucible technology of tailored optical fibers, Optica Applicata, vol. 28, no. 4, 1998, pp. 293–322.
[22] Romaniuk R., Dorosz J., Multicore single-mode soft-glass optical fibers, Optica Applicata, vol. 29, no. 1–2, 1999, pp. 15–49.
[23] Romaniuk R., Światłowody kształtowane, Część I, Elektronika, Nr 3, 2002, str. 3–10.
[24] Romaniuk R., Światłowody kształtowane, Część II, Elektronika, Nr 4, 2002, str. 6–13.
[25] Romaniuk R.: Szkło dla fotoniki. Część 13. Rodzaje szkieł światłowodowych, Elektronika, 2009, vol. 50, no. 10, str. 132–136.
[26] Romaniuk R.: Szkło dla fotoniki, Cześć 14. Parametry szklanego włókna optycznego, Elektronika, 2009, vol. 50, no. 11, str. 119–128.
[27] Romaniuk R.: Szkło dla fotoniki. Cześć 15. Synteza szkła światłowodowego z fazy gazowej, Elektronika, 2009, vol. 50, no. 12, str. 137–143.
[28] Romaniuk R., Szkło dla fotoniki, Część 16: Synteza szkła światłowodowego metodą hydrolizy płomieniowej, Elektronika, vol. 51, no. 1, str. 133–139.
[29] Romaniuk R.S., Zaawansowane systemy elektroniczne – Wilga 2013, Elektronika, no. 9, vol. 54, 2013, str. 162–170.
[30] Romaniuk R.S.: Europejskie warsztaty czujników światłowodowych 2013 – Czujniki wielkości fizycznych, Elektronika, no. 12, vol. 54, str. 100–108, 2013.
| REKLAMA |
|
|
| REKLAMA |
|
|
