DETAILY VÝZNAMNÉHO VÝSLEDKU
Nový typ optických vláken pro chemickou detekci
Ing. Miroslav Chomát, CSc.; Ing. Vlastimil Matějec, CSc.; Dr. Ing. Ivan Kašík; Ing. Daniela Berková, CSc.
Rok: 2000
V rámci návrhu a přípravy speciálních optických vláken pro vysoce citlivou detekci chemických látek byla vyvinuta vlákna s invertovaným gradientním profilem indexu lomu (IGI vlákna). Tato vlákna mají na rozdíl od gradientních typů optických vláken pro telekomunikace minimální index lomu jádra na ose vlákna a maximální index lomu na rozhraní s optickým pláštěm. Ve srovnání s velmi často používanými vlákny pro chemickou detekci, tj. vlákny s homogenním křemenným jádrem pokrytým polymerním optickým obalem (PCS vlákna), mají IGI vlákna srovnatelné mechanické vlastnosti, jednoduché používaní i srovnatelnou cenu. Speciální profily IGI vláken navíc umožňují při vhodném navázání světla do vlákna řídit dráhy světelných paprsků v jádře tak, že jejich dosažitelná citlivost k chemickým látkám přítomným v okolí vlákna (v optickém plášti) je několikrát vyšší než u PCS vláken se stejným průměrem jádra [1].

Pro přípravu jader IGI vláken byla vyvinuta technologie spočívající na modifikované depozici z plynné fáze (MCVD metoda) s využitím oxidu boritého pro snížení indexu lomu křemene kombinovaná s řízeným odleptáním substrátové křemenné trubice roztokem obsahujícím kyselinu fluorovodíkovou [1]. Touto technologií byla připravena vlákna s parabolickým IGI profilem indexu lomu [1] i useknutým parabolickým profilem indexu lomu [2]. Z takto připravených preforem byly taženy vzorky IGI vláken s průměrem jádra 350 µm pokryté polysiloxanovým polymerem s indexem lomu 1.41.

Pro zajištění maximální citlivosti vzorků IGI vláken ke změnám indexu lomu jejich optického pláště vyvolaných chemickými látkami byl vyvinut optický zdroje sestávající z optického vlákna umístěného na ose IGI vlákna ve vhodné vzdálenosti před jeho vstupním čelem. S pomocí tohoto zdroje byla naměřena citlivost ke změnám indexu lomu 5x10-5 v oblasti indexů lomu 1.44-1.45. Bylo rovněž zjištěno, že tuto citlivost lze dále zvýšit pokrytím IGI jádra tenkou vrstvou zlata nebo stříbra. V těchto případech se maximální citlivost posunula do oblasti indexů lomu 1.33-1.4. Pro detekci nepolárních látek byly tyto vzorky IGI vláken dále upraveny pokrytím tenkou vrstvou polysiloxanového polymeru. S pomocí těchto vzorků byly detekovány koncentrace 30 ppm toluenu ve vodě [3].

  1. Matějec, V., Chomát, M., Kašík, I., Čtyroký, J., Berková, D., Hayer, M.: „Inverted-graded index fiber structures for evanescent-wave chemical sensing,“ Sensors and Actuators B 51, 340-347 (1998).
  2. Chomát, M., Berková, M., Matějec, V., Čtyroký, J., Kašík, J., Gagnaire, H., Trouillet, A., Bardin, F.: „Detection of refractive index changes by using a sensing fiber with an inverted parabolic index profile,“ SPIE International Symposium on Environmental and Industrial Sensing - Photonics East, Proc. SPIE Vol. 3860, 179-189 (2000).
  3. Bardin, F.,Trouillet, A.,Veillas, C., Gagnaire, H., Matějec, V., Kašík, I., Chomát, M., Berková, D.: „Capteur a plasmon de surface avec une fibre a gradient d’indice parabolique inverse,“ 20emes Journées Nationales d'Optique Guidée, Toulouse, France, Novembre 20-22 (2000).