Fabrication and characterization of negative curvature hollow core polymer optical fibers for near-infrared light guidance
Yakın kızılötesi ışık yönlendirmesi için dışbükey hollow core polimer optik fiberlerin üretimi ve karakterizasyonu
- Tez No: 830234
- Danışmanlar: DOÇ. DR. ENGİN DURGUN, DR. MUSTAFA ORDU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mühendislik Bilimleri, Mechanical Engineering, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 80
Özet
Polimer optik fiberler (POF), kısa mesafeli veri iletimi, endüstriyel otomasyon, kimyasal ve biyolojik algılama uygulamaları için büyük ilgi görmüştür. Polimerlerin düşük maliyeti, hafifliği, esnekliği, erişilebilirliği ve malzeme işleme kolaylığı özellikleri onları silika muadillerinden üstün kılar. Ayrıca, geleneksel POF'lar ile karşılaştırıldığında, hollow core polimer optik fiberler (HCPOF), yakın kızılötesi (Near Infrared, NIR) bölgesindeki malzeme absorpsiyon kaybını önemli ölçüde azaltan hava yoluyla ışık yönlendirmesi sergiler. Kaplama bölümünün uygun fiber malzeme ile yapılandırılması, NIR'da düşük iletim kaybı ile HCPOF'un ışık yönlendirme özelliklerini daha da değiştirebilir. POF'ların başarılı bir şekilde üretilmesi için çeşitli yöntemler halihazırda kullanılmıştır, ancak bu yaklaşımlarla karmaşık geometrili HCPOF'lar üretme olasılığı ve üretim yöntemlerinin optimizasyonu henüz çözümlenememiştir. Bu çalışmada, iki farklı polimerik malzeme ile karmaşık geometrili dışbükey HCPOF preformlarının fabrikasyon uygunluğunu bulmak için stack and draw tekniği ve fused deposition modelleme (3D baskı) yaklaşımları araştırıldı. Üretilen preformlardan doğrudan yüksek gerilimde çekilen iyi yapılandırılmış HCPOF'lar elde etmek için modifiye edilmiş termal çekme işlemi üzerinde ayrıntılı bir araştırma yapıldı. Ayrıca, ısıl çekme işlemi sırasında, fiberlerin çekirdek ve kılıf kısımlarında genleşme ve büzülme sıklıkla gözlenmiştir. Fiberlerdeki tasarlanan yapıyı korumak için kaplama tüplerinin fiber çekme işlemi sırasında şişirilmesi gerekmiştir. Bu, stack and draw tekniği ve 3D baskı ile yapılan preformların her ikisinde de fiberlerin içine gaz basıncı uygulanmasıyla sağlandı. Optik karakterizasyon, 600 – 1700 nm dalga boyu aralığında süper süreklilik ışık kaynağı kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Çekirdek ve kaplama yapıları arasındaki iletim spektrumlarının farkı, önerilen HCPOF'larınn ışık yönlendirme özelliklerini önemli ölçüde kanıtlamaktadır. HCPOF'ların iletim kayıpları, optik spektrum analiz cihazı kullanılarak ölçüldü ve stack and draw tekniği kullanılarak üretilen altı tüplü HCPOF için ortalama 49.26 dB/m ve 3D baskılı altı köşeli yıldız kaplama kullanılan HCPOF için 16 dB/m olarak bulundu. İlaveten, 3D baskılı karmaşık geometrili HCPOF'ların mekanik etkilerine karşı bükülme kaynaklı kayıp (bend-induced loss) üzerinde farklı bükülme açılarında araştırma yapılmıştır. HCPOF'ların mekanik etkilerine karşı düşük bükülme kaynaklı kayıp ile elde edilen daha düşük iletim kaybı, görünür ve kızılötesi ışık kılavuzluğu için geleneksel polimer optik fiberlere bir alternatif olarak HCPOF'ların kullanılma potansiyelini açıkça göstermektedir.
Özet (Çeviri)
Polymer optical fibers (POFs) have attracted significant attention for their short-distance data transmission, industrial automation, and chemical and biological sensing applications. The low cost, lightweight, flexibility, accessibility, and ease of material processing features of the polymers make them superior to their silica counterparts. Moreover, compared to conventional POFs, hollow core polymer optical fibers (HCPOFs) exhibit light guidance through the air, significantly reducing material absorption loss in the near-infrared (NIR) region. Structuring the cladding part with the appropriate fiber material can further modify the light-guiding properties of HCPOF with low transmission loss in NIR. Several methods have already been employed for the successful fabrication of POFs, but the possibility of fabricating intricate geometry-based HCPOFs with these approaches and optimization of fabrication methods are yet to be resolved. This study explored the stack and draw technique and fused deposition modeling (3D printing) approaches to find the fabrication feasibility of long-length and intricate geometry-based negative curvature-based HCMPOFs with two different polymeric materials. A detailed investigation was carried out on the modified thermal drawing process to achieve well-structured HCMPOFs directly drawn at high tension from the fabricated preforms. Moreover, during the thermal drawing, expansion and contraction of the core and cladding part of the fibers were frequently observed. Inflation of the cladding tubes during the fiber drawing was required to preserve the designed structure in the fibers. This was achieved by applying gas pressurization inside the fibers in both preforms made by the stack and draw technique and 3D printing. Optical characterization is performed using Supercontinuum (SC) Laser in the 600 $-$ 1700 nm wavelength range. Differences in the transmission spectra between core and cladding structures significantly prove the light-guiding properties of the proposed HCMPOFs. The transmission losses of the HCMPOFs were measured using Optical Spectrum Analyzer (OSA), and were found to average 49.26 dB/m for stack and draw-based fabricated six-tube HCMPOF and 16 dB/m for 3D printed six-pointed star cladding-based HCMPOF. Further investigation is carried out on bend-induced loss against the mechanical effects of the 3D printed intricate geometry-based HCMPOF at different bending angles. The lower transmission loss with a low bend-induced loss against the mechanical effects of HCMPOFs explicitly shows the potential of using HCMPOFs as an alternative to conventional polymer optical fibers for visible and infrared light guidance.
Benzer Tezler
- Gümüş nanotanecik katkılı nanokompozit malzemelerin üretimi ve karakterizasyonu
Fabrication and characterization of silver doped nanocomposites
ÖZLEM KABAK
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SADRİYE OSKAY
- Nife/X/Irmn (X: cu, cr, pt)-tabanlı planar hall etkisi sensörlerinin üretilmesi ve karakterizasyonu
Fabrication and characterization of nife/X/irmn (X: Cu, cr, pt)-based planar hall effect sensors
HASAN PİŞKİN
Doktora
Türkçe
2020
Fizik ve Fizik MühendisliğiGebze Teknik ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NUMAN AKDOĞAN
- Ultrasonik sprey piroliz (USP) yöntemi ile nano yapılı kurşun oksit üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of nano structured lead oxide via ultrasonic spray pyrolysis (USP)
BURAK AŞIK
Yüksek Lisans
Türkçe
2012
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SEBAHATTİN GÜRMEN
- Design, fabrication and characterization of micromachined THz absorbers
Mikro ̇ıslenmis THz emicilerin tasarımı, Üretimi ve karakterizasyonu
AYDA MAMAGHANİ
Doktora
İngilizce
2020
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiBoğaziçi ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ARDA DENİZ YALÇINKAYA
- Design and simulation of magnetically actuated tunable optofluidic lenses
Manyetik olarak kontrol edilebilen uyarlanabilir optik-akışkan lens tasarımları ve benzetimleri
AHMET SUNA
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ AHMET CAN ERTEN