DETAILY VÝZNAMNÉHO VÝSLEDKU
Křemenná optická vlákna pro vláknově optickou chemickou detekci v oblasti indexů lomu 1,45 - 1,62
Dr. Ing. Ivan Kašík; Ing. Vlastimil Matějec, CSc.; Ing. Miroslav Chomát, CSc.; Ing. Daniela Berková, CSc.; Mgr. Jana Proboštová-Skokánková
Rok: 2004
Detekce chemických látek pomocí optických vláknových sensorů přináší řadu výhod ve srovnání s jinými typy senzorů a má nabízí velký potenciál pro ochranu životního prostředí a lékařství. Ve vláknově-optických senzorech jsou dnes většinou využívána křemenná vlákna pokrytá polymerem (PCS vlákna). Tato vlákna mají vysokou citlivost ke změnám indexu lomu nebo absorpčního koeficientu v případě, že se index lomu v oblasti kolem jádra blíži indexu lomu křemene (tj. hodnotě 1,457 pro vlnovou délku 633 nm a teplotu 25 °C). S cílem rozšířit možnosti křemenných optických vláken pro chemickou detekci i pro indexy lomu nižší a vyšší než křemen byly v ústavu navrženy a připraveny nové typy vláken [1]-[3]. Tato vlákna zahrnují mnohovidová vlákna s parabolickým invertovaným profilem jádra (IGI vlákna) a vlákna skleněná pokrytá polymerem (PCG vlákna).

IGI a PCG vlákna byla tažena z preforem připravených modifikovanou chemickou depozicí z plynné fáze (MCVD metoda) a leptáním v kapalné fázi nebo z komerčně dostupných tyčinek optických skel (např. F2, Schott) [4]. Typické profily indexu lomu připravovaných preforem jsou znázorněny na obr. 1. Kalibrační křivky na obr. 2 ukazují, že IGI a PCG vlákna umožňují dosáhnou vysokou citlivost detekce pro indexy lomu v okolí jádra v rozmezí 1,45 až 1,62. Tato vlákna tak umožňují využít širší skupinu materiálů vhodných pro přípravu detekčních mebrán nanášených na vlákno a tím zároveň rozšířit počet detekovaných chemických látek, citlivost a selektivitu detekce. IGI vlákna pokrytá polysiloxanovou detekční membranou byla již testována pro detekci toluenu ve vodě v koncentracích 3-5 mg/l [2]. PCG vlákna pokrytá speciálními ormosilovými detekčními membránami jsou v současné době testována pro detekci kyslíku a glukózy ve vodě.

Obr. 1. Profily indexu lomu Obr. 2. Experimentálně určená citlivost senzorových vláken na změny indexu lomu
  1. F. Bardin, I. Kašík, A. Trouillet, V. Matějec, H. Gagnaire, M. Chomát : “Surface plasmon resonance sensor using an optical fiber with an inverted graded-index profile”, Applied Optics 41, pp. 2514-2520, 2001.
  2. M. Chomát, D. Berková, V. Matějec, I. Kašík, G. Kuncová : “The effect of hydrodynamic conditions on the detection of aqueous solutions of toluene by means of an inverted graded-index fiber”, Sensors & Actuators B90, pp. 151-156, 2003.
  3. I. Kašík, V. Matějec, M. Chomát, M. Hayer, D. Berková, J. Mrázek, J. Skokánková: “Silica-based optical fibres with tailored refractive-index profiles in the region of 1.46-1.52 for evanescent-wave chemical detection”, Proc. 7th Europt(r)ode, Madrid, April 2004, P27, Sensors & Actuators, v tisku.