Optická vlákna a vláknové sensory. I. Kašík Ústav fotoniky a elektroniky, AVČR, v.v.i.

Podobné dokumenty
Optická vlákna srdce vláknových laserů. I. Kašík Ústav fotoniky a elektroniky, AVČR, v.v.i.,

Optická vlákna. Laboratoř optických vláken. Ústav fotoniky a elektroniky, AVČR, v.v.i.

Ústav fotoniky a elektroniky AVČR

Ústav fotoniky a elektroniky AV ČR, v.v.i.

Příprava a využití optických vláken

INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ. Tato prezentace je spolufinancována Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky

Optoelektronika. Katedra fyzikální elektroniky FJFI ČVUT

Historie vláknové optiky

optické vlastnosti polymerů

PB169 Operační systémy a sítě

Základy fyzikálněchemických


TECHNOLOGIE OPTICKÝCH VLÁKEN A KABELŮ

Využití fotonických služeb e-infrastruktury pro přenos ultrastabilních optických frekvencí

Úloha č. 8 Vlastnosti optických vláken a optické senzory

Lasery základy optiky

Optika. Nobelovy ceny za fyziku 2005 a Petr Malý Katedra chemické fyziky a optiky Matematicko fyzikální fakulta UK

FTTX - pasivní infrastruktura. František Tejkl

Fotonické sítě jako médium pro distribuci stabilních signálů z optických normálů frekvence a času

Něco o laserech. Ústav fyzikální elektroniky Přírodovědecká fakulta Masarykovy univerzity 13. května 2010

- Rayleighův rozptyl turbidimetrie, nefelometrie - Ramanův rozptyl. - fluorescence - fosforescence

Úvod do spektrálních metod pro analýzu léčiv

λ, (20.1) infračervené záření ultrafialové γ a kosmické mikrovlny

Laserové technologie v praxi I. Přednáška č.2. Základní konstrukční součásti laserů. Hana Chmelíčková, SLO UP a FZÚ AVČR Olomouc, 2011

Aplikovaná optika. Optika. Vlnová optika. Geometrická optika. Kvantová optika. - pracuje s čistě geometrickými představami

Využití technologie Ink-jet printing pro přípravu mikro a nanostruktur II.

13. Spektroskopie základní pojmy

PSK1-11. Komunikace pomocí optických vláken II. Mnohavidová optická vlákna a vidová disperze. 60μm 80μm. ϕ = 250μm

Lasery. Biofyzikální ústav LF MU. Projekt FRVŠ 911/2013

Přenosová média. rek. Petr Grygárek Petr Grygárek, FEI VŠB-TU Ostrava, Počítačové sítě (Bc.) 1

Optická vlákna a práce s nimi

ELEKTRONIKA PRO ZPRACOVÁNÍ SIGNÁLU

PSK1-10. Komunikace pomocí optických vláken I. Úvodem... SiO 2. Název školy:

Využití infrastruktury CESNET pro distribuci signálu optických atomových hodin

Senzory v inteligentních budovách

FOTOAKUSTIKA. Vítězslav Otruba

Jak ovlivňují parametry měřicích přístrojů výsledky měření optických tras?

Typy světelných mikroskopů

Úvod do laserové techniky KFE FJFI ČVUT Praha Michal Němec, Plynové lasery. Plynové lasery většinou pracují v kontinuálním režimu.

Přenosová média KIV/PD Přenos dat Martin Šimek

PSI (Photon Systems Instruments), spol. s r.o. Ústav přístrojové techniky AV ČR, v.v.i.

ELEKTROMAGNETICKÉ ZÁŘENÍ

Laserové technologie v praxi I. Přednáška č.1. Fyzikální princip činnosti laserů. Hana Chmelíčková, SLO UP a FZÚ AVČR Olomouc, 2011

Otázka č. 14 Světlovodné přenosové cesty

OTDR Optical time domain reflection

PRAKTIKUM III. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Pracoval: Jan Polášek stud. skup. 11 dne

Světlo x elmag. záření. základní principy

Akustooptický modulátor s postupnou a stojatou akustickou vlnou

FTTX - Měření v optických sítích. František Tejkl

Stručný úvod do spektroskopie

SNÍMAČE OPTICKÉ, ULTRAZVUKOVÉ A RÁDIOVÉ

SPEKTROMETRIE. aneb co jsem se dozvěděla. autor: Zdeňka Baxová

Spektroskopické metody. převážně ve viditelné, ultrafialové a blízké infračervené oblasti

Otázky z optiky. Fyzika 4. ročník. Základní vlastnosti, lom, odraz, index lomu

Rychlost světla a její souvislost s prostředím

2. kapitola: Přenosová cesta optická (rozšířená osnova)

Optika. Co je světlo? Laser vlastnosti a využití. Josef Štěpánek Fyzikální ústav MFF UK

Akustooptický modulátor s postupnou a stojatou akustickou vlnou

Elektromagnetické vlnění

Lasery optické rezonátory

Pasivní prvky: kabely

Analýza a ověření metody měření indexu lomu vzduchu pro laserovou interferometrii

Parametry měřicích přístrojů, kalibrace a měření optických tras?

TEST PRO VÝUKU č. UT 1/1 Všeobecná část QC

Typy interakcí. Obsah přednášky

Využití výkonových laserů ve strojírenské praxi svařování, dělení a další technologie

Optiky do laserů CO2

Laserové technologie v praxi I. Přednáška č.4. Pevnolátkové lasery. Hana Chmelíčková, SLO UP a FZÚ AVČR Olomouc, 2011

ZÁKLADNÍ ČÁSTI SPEKTRÁLNÍCH PŘÍSTROJŮ

Elektromagnetické vlny

Měření závislosti indexu lomu kapalin na vlnové délce

Automatizace výrobních procesů ve strojírenství a řemesel, CZ.1.07/1.1.30/ , Přednáška - KA 5

Konfokální XRF. Ing. Radek Prokeš Katedra dozimetrie a aplikace ionizujícího záření Fakulta jaderná a fyzikálně inženýrská ČVUT v Praze

EnviroPen biosenzor pro detekci halogenovaných polutantů

Optická vlákna páteř moderních komunikací

HISTORIE OPTICKÝCH PŘENOSŮ

Fotonické nanostruktury (nanofotonika)

knové senzory v geotechnice a stavebnictví

Bezpečnostní inženýrství. - Detektory požárů a senzory plynů -

Optická mikroskopie a spektroskopie nanoobjektů. Nanoindentace. Pavel Matějka

Laserové technologie v praxi I. Přednáška č.8. Laserové zpracování materiálu. Hana Chmelíčková, SLO UP a FZÚ AVČR Olomouc, 2011

Základní experimenty s lasery

1 Elektronika pro zpracování optického signálu

Úvod, optické záření. Podkladový materiál k přednáškám A0M38OSE Obrazové senzory ČVUT- FEL, katedra měření, Jan Fischer, 2014

Fotoelektronová spektroskopie Instrumentace. Katedra materiálů TU Liberec

Vybrané spektroskopické metody

CZ.1.07/2.2.00/ AČ (RCPTM) Spektroskopie 1 / 24

Glass temperature history

Optoelektronika. Zdroje. Detektory. Systémy

Fotonické nanostruktury (alias nanofotonika)

Bezpečnost práce s lasery

Obnova signálu aktivní optické sítě na fyzické vrstvě pomocí erbiem dopovaného vláknového zesilovače EDFA a polovodičového zesilovače SOA

Nabídkový list spolupráce 2014

CZ.1.07/1.1.30/

Josef Vojtěch Oddělení Optických sítí CESNET

Modulace a šum signálu

Měření charakteristik pevnolátkového infračerveného Er:Yag laseru

Principy a instrumentace

Učební texty z fyziky 2. A OPTIKA. Obor zabývající se poznatky o a zákonitostmi světelných jevů. V posledních letech rozvoj optiky vynález a využití

ení s chemickými látkami. l rní optiky

Transkript:

Optická vlákna a vláknové sensory I. Kašík Ústav fotoniky a elektroniky, AVČR, v.v.i. www.ufe.cz/dpt240

Fotonika Věda zabývající se vlastnostmi a využitím fotonů => SVĚTLO c = 299 792 458 m/s λ f = c /λ c λ f rychlost světla vlnová délka frekvence

Komunikace světlem - EM spektrum Vlnová délka [m] 10-14 10-12 10-10 10-8 10-6 10-3 1 10 10 2 10 3 10 6 Kosmické záření Gamma záření X záření UV Viditelná oblast IR Mikrovlny TV Radio Elektrické pole 10 22 10 20 10 18 10 16 10 15 10 8 10 6 10 3 10 2 10 11 1 MHz 1 khz Frekvence [Hz] 11111 f = c / λ 0000

Totální odraz - princip Snellův zákon n 2 < n 1 α L =90 sinα D n = 1 sin 90 α L n 2 n 1 α D =α C α O α O = α D sinα C = n 1 / n 2

Optické vlákno Dielektrická struktura, délka >> poloměr, totální odraz : n jádro > n obal Snellův zákon n 2 Index lomu (n=c/v) Vakuum 1 Vzduch 1,0003 Voda 1,330 Křemenné sklo 1,457 n 1 n 1 > n 2

Optické vlákno Snell Willebrord 1626 Tyndall John 1853 František Křižík, 1891

Podmínka : čistota materiálu ( útlum-ztráty) Útlum optických vláken - nejlepší vlákna 0.2 db/km ~ po 1 km se ztratí jen 5% výkonu - 3 mm okenního skla odpovídají cca 2 km optického vlákna Charles K. Kao ½ Nobelovy ceny 2009 velmi čisté materiály FO Optipur obsah nečistot v řádu ppb = 10-9 ULTRA ČISTÉ TECHNOLOGIE

Příprava optických vláken Tažení MCVD preforma AV ČR: 1981 Corning : 1974.

MCVD Preforma 1. Depozice vrstev 2. Kolaps SMĚS PLYNŮ SKLO - PREFORMA O + 2 SiCl 4 destilovaný SiO 2 Skelné vrstvy Substrátová trub ka 1700 C 2100 C Depozice z plynné fáze : destilované (čisté) výchozí látky Vysokáčistota (~ 10 1 ppb nečistot), vysoká přesnost (>1 %)

MCVD Preforma Depozice vrstev Kolaps preformy Destilované halogenidy Preformy

Tažení optického vlákna z preformy Průměr vlákna 80-1000 μm Teplota 1800-2000 C NE tkaní (textil) NE rozvlákňování (skelná vata, nanovlákna)

Použití optických vláken Telekomunikační vlákna (kabely) Vláknové senzory Medicína, životní prostředí... Vláknové lasery, zesilovače Telekomunikace i hrubá síla Speciální vlákna

Telekomunikace VÚSU Teplice, Hesfibel GI - mnohavidové SM - jednovidové 200 km komunikační linka - test

Speciální vlákna pro telekomunikace : Vláknové lasery a zesilovače zdroj signálu vlákno zesilovač detektor 100 km čerpací zdroj Vláknový laser

Vláknové lasery -telekomunikace s vysokým výkonem Svařování a řezání < 2kW totál ní zrcadlo Aktivn í medium Plyn,, kapalina Pevná látka polopropustné * polovodič zrcadlo * sklo * OPTICKÉ VLÁKNO Er- fiber laser, pulzní 197 fs, 5m rezonátor Liekki Intenzita světla Slunce 63 MW/m2 O. vlákno 12.7 GW/m2

Vláknové sensory Zdroj Detektor Malá zařízení pro kontinuální monitorování (bio)chemických látek a jejich koncentrace Zdroj Detektor + na nepřístupných místech, ( remote sensing ) + rozprostřená, mnohabodová nebo lokální + vhodná pro explozivní, snadno hořlavé látky + v místech s VN

1. Refraktometrický sensor uhlovodíků Systémy včasného varování - havárie - trvalé úniky, eko-zátěže - přehřátí, požáry Detekce : 1. kontinuální (24/7) 2. rozprostřená mnohabodová 3. požárně bezpečná 4. rychlá 5. cenově přijatelná => vláknově-optická

1. Refraktometrický sensor uhlovodíků detekční vrstva n 3 n > n 3 1 obal n 2 jádro n 1 n >> n 3 1 Čím větší index lomu detekované látky, tím méně prošlého světla

1. Refraktometrický sensor uhlovodíků Speciální vláknové povlaky a struktury Svazek Limit detekce ~ 3-5 mg/l (EU normy) Časová odezva ~sekundy

2. Detekce ph in vivo v bio-vzorcích Zdroj Kapky, tkáně, buňky Detektor FLUORESCENCE Detekce ph pomocí fluorescenčního převodníku

2. Detekce ph in vivo v bio-vzorcích Fluorescence HPTS + Ru-phen Excitace λ=475 nm Chyba stanovení pro ph <6; 9> je 0.2 (ph metr ±0,08)

2. Detekce ph in vivo v bio-vzorcích Excitace 450 nm 100 90 80 Int518 (au) 70 60 50 40 0 30 60 90 120 150 180 210 240 time (s) Časová odezva ~15-20 s, stabilita v rámci hodin. Upgrade.

2. Detekce ph in vivo v bio-vzorcích Exudát ovsa Ø 18 µm 6 µ l ph kapky objem 5.0 5.4 5.6 5.4 5.5 6.0 STD ph ~0.3

2. Detekce ph in vivo v bio-vzorcích Kořen Arabidopsis Thaliana a buňky BY-2.

2. Detekce ph in vivo v bio-vzorcích

I TY se staň UFEm! STUDIUM (PGS, post-doc) ČVUT FJFI, FEL UK MFF, PřF VŠCHT PROJEKTY - partneři CZ MEZINÁRODNÍ SPOLUPRÁCE

Literatura - vláknové sensory J.Dakin, B.Culshaw : Optical Fiber Sensors, Artech House, 1997. G.Boisdé, A.Harmer : Chemical and Biochemical Sensing With Optical Fibers and Waveguides, Artech House, London, 1996 K.T.V.Grattan, B.T.Meggitt: : Optical Fiber Sensor Technology, Vol.4, Kluwer, 1999 F.Baldini, A.N.Chester, J.Homola, S.Martelluci, Optical chemical sensors, Springer 2006

Literatura & média J. M. Senior : Optical fiber communications - Principle and practise, Pearson Education Limited, Harlow, England, 2009. A. Mendez, F.T. Morse : Specialty optical fibers handbook, Elsevier Science & Technol, USA, 2006 J. Schrofel, K. Novotný : Optické vlnovody, SNTL, 1986 Saaleh, Fotonika (1-4), Matfyzpres Československý časopis pro fyziku 1/2010, 4-5/2010, 1/2011 Jemná mechanika a optika 55 (2010) Sdělovací technika 3/2011 Panorama 21. století 3/2012 ČT2 PORT : Co dokážou lasery - 29/9/2010 ČT2 Věda a vědci : Zkrocené světlo - 6/10/2010 ČT1 České hlavy 10/2/2006 http://cas.msite.cesnet.cz/cesnet/catalog/catalogs/default.aspx Optická detekce... (2012)

Děkuji za pozornost Poděkování Týmu UFE a za finanční podporu EU Commission Akademie věd ČR Grantová agentura ČR Ministerstvo školství, mládeže a tělovýchovy ČR