High performance mioc (multifunctional integrated optical chip) design fabrication and characterization for fiber optic gyroscope applications
Fiber optik dönüölçer uygulamaları için yüksek performanslı mıoc (çok fonksiyonlu entegre optik aygıt) tasarım fabrikasyon ve karakterizasyonu
- Tez No: 758518
- Danışmanlar: PROF. DR. ABDULLAH CEYLAN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Dalga kılavuzları, Difüzyon, Lityum, Polarizasyon, Waveguides, Diffusion, Lithium, Polarization
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Hacettepe Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Nanoteknoloji ve Nanotıp Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Nanoteknoloji Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Seyrüsefer sistemlerde kullanılan lazer temelli fiber optik dönü ölçerler (FOD) 1970'li yıllardan bu güne çeşitli uygulamalar için geliştirilmektedir. FOD'un çalışması Sagnac prensibine dayanmaktadır ve sistemin büyük çoğunluğu optik fiberlerden oluşmaktadır. Bu tez çalışmasında FOD'un çalışma prensibinden ve sistemin içerdiği alt bileşenlerden bahsedilmiştir. FOD'un kalbi olarak nitelendirilen dalgakılavuzu temelli çok fonksiyonlu entegre optik aygıt (İng: Multifunctional Integrated Optical Chip, MIOC)'ın dizayn, üretim ve optimizasyon çalışmalarına yer verilmiştir. MIOC'un sistem içerisinde yüksek performans sergileyebilmesi için tavlanmış proton değişimi (İng: Annealed Proton Exchange, APE) yöntemi geliştirilmiştir. Öncelikle APE yöntemi ile düz dalgakılavuzu fabrikasyonu gerçekleştirilmiş, optik fibere bağlanacak olan dalgakılavuzunun genişliği optimize edilmiştir. Elde edilen bulgular ile 7µm genişliğinde dalgakılavuzunun en az kayıpla (yaklaşık %60 geçirgenlikle) fibere bağlanması için gerekli indis değişim değerlerinin 0.025-0.030 aralığında olduğu saptanmıştır. Diğer yandan dalgakılavuzu oluşumunda sıcaklık ve süre faktörlerinin önemi araştırılmıştır. İki aşamadan oluşan APE yönteminin ilk aşamasında meydana gelen varyasyonların ikinci aşama sırasında yapılan müdahalelerle telafi edilmesine olanak sağlayacak çalışmalar gerçekleştirilmiştir. MIOC aygıtının ışığı ikiye ayırmasını sağlayacak dizaynı optimize etme çalışmaları sonucunda eğrilik yarıçapı 4cm'den büyük y-çiftleyici tasarımının seçilebilir olduğu kanısına varılmış ancak aygıt boyutu, paketleme ve benzeri faktörler düşünüldüğünde 13 cm'den büyük eğrilik yarıçapına ait aygıt tasarımında karar kılınmıştır. Sıcak asit içerisinde gerçekleştirilen APE işleminin güvenli bir şekilde ve çoklu olarak yapılabilmesi için özel bir düzenek tasarlanarak yapılan fabrikasyon seri üretim boyutuna taşınmıştır. MIOC'dan farklı genleşme katsayısına sahip optik fiber taşıyıcı ile MIOC arasında meydana gelebilecek ısısal kararsızlıkları ortadan kaldırmak için üretim sırasında ön müdahaleler yapılmıştır. -40 °C – (+85) °C sıcaklık aralığında gerçekleştirilen sıcaklık testlerinde aygıtların optik gücünün %0.5'den az değiştiği ölçülmüş ve aygıtların çevresel etmenlere karşı kararlı yapıda olduğu görülmüştür. Üretilen MIOC aygıtlarının sistem seviyesinde testleri gerçekleştirilmiş, PER değerleri 50 dB seviyesinde ölçülmüştür. Sonuç olarak sistemden harici kutuplayıcının çıkartılmasına olanak sağlayacak performansta MIOC üretimi gerçekleştirilmiştir. Harici kutuplayıcının sistemden çıkartılması ile FOD sistem bütününde yerden tasarruf edilmiş, bu tez çalışmaları sırasında gerçekleştirilen tasarım ve optimizasyon çalışmaları ile yurtdışından temin edilen kritik teknolojik aygıt milli imkanlar ile geliştirilmiştir.
Özet (Çeviri)
Laser-based fiber optic gyrometers (FOG) used in navigation systems have been developed for various applications since the 1970s. In this thesis, the working principle of FOG and the sub-components of the system are mentioned. The design, production and optimization studies of the waveguide-based multifunctional integrated optical device (MIOC), which is described as the heart of FOG, are included. The annealed proton exchange (APE) method has been developed for MIOC to show high performance in the system. First of all, straight waveguide fabrication was performed with the APE method, and the width of the waveguide to be integrated to the optical fiber was optimized. With the findings obtained, it was determined that the index change values required for connecting the 7µm wide waveguide to the optical fiber with the least loss (about 60% throughput) were in the range of 0.025-0.030. On the other hand, the importance of temperature and time factors in waveguide formation was investigated. Studies have been carried out that will allow the variations occurring in the first stage of the two-stage APE method to be compensated with the interventions made during the second stage. As a result of the efforts to optimize the design that will allow the MIOC device to split the light into two, it was concluded that a y-coupler design with a bending radius bigger than 4 cm could be selected, but considering the device size, packaging and other factors, the device design for the bending radius larger than 13 cm was decided. In order to carry out the APE process in hot acid safely and in multiples, a custom mechanism was designed and the fabrication was carried to mass production. Preliminary interventions were made during fabrication to eliminate the thermal instabilities that may occur between the MIOC and the optical fiber carrier, which has a different expansion coefficient than MIOC. During the temperature tests carried out in the temperature range of -40 °C – (+85) °C, it was measured that the optical power of the devices changed less than 0.5% and it was observed that the devices were stable against environmental factors. System level tests of fabricated MIOC devices were carried out, and PER values were measured at 49 dB. As a result, MIOC fabrication has been realized with the performance that will allow the external polarizer to be removed from the system. With the removal of the external polarizer from the system, space was saved in the whole FOG system, and with the design and optimization studies carried out during this thesis, the critical technological device supplied from abroad was developed with national resources.
Benzer Tezler
- Yeni Cami'nin akustik açıdan performans değerlendirmesi
Evaluation of the acoustical performance of the New Mosque
EVREN YILDIRIM
Yüksek Lisans
Türkçe
2003
Mimarlıkİstanbul Teknik ÜniversitesiMimarlık Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SEVTAP YILMAZ DEMİRKALE
- High performance CMOS FTFN design and applications
Yüksek performanslı CMOS FTFN tasarımı ve uygulamaları
UĞUR ÇAM
Doktora
İngilizce
2000
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiPROF.DR. HAKAN KUNTMAN
- High performance AlxGa1-xN based UV photodetectors for visible/solar-blind applications
Görünür/güneş körü uygulamalar için yüksek performanslı AlxGa1-xN temelli mor-ötesi fotodetektörler
NECMİ BIYIKLI
Doktora
İngilizce
2004
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. EKMEL ÖZBAY
PROF. ORHAN AYTÜR
- High performance CMOS capacitive interface circuits for MEMS gyroscopes
MEMS dönüölçerler için yüksek performanslı CMOS sığasal arabirim devreleri
KANBER MİTHAT SİLAY
Yüksek Lisans
İngilizce
2006
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. TAYFUN AKIN
- High performance readout electronics for uncooled infrared detector arrays
Soğutmasız kızılötesi detektör dizinleri için yüksek performanslı okuma elektroniği
ÖMER ÖZGÜR YILDIRIM
Yüksek Lisans
İngilizce
2006
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. TAYFUN AKIN