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 (disiplinlerarası)
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
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
- Fabrication and characterization of sharkskin mimicked chitosan-graphene oxide nanocomposite membranes
Köpekbalığı derisi taklit eden kitosan/grafen oksit nanokompozit membranların üretim ve karakterizasyonu
SABRA ROSTAMI
Yüksek Lisans
İngilizce
2016
Mühendislik BilimleriBoğaziçi ÜniversitesiBiyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BORA GARİPCAN
- Fabrication and characterization of silk sericin based composite films for biomedical applications
Biyomedikal uygulamalar için serisin bazli kompozit filmlerin üretimi ve karakterizasyonu
ALPER HALİLOĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
BiyomühendislikOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BATUR ERCAN
- Fabrication and characterization of the stacked nuclear radiation sensing field effect transistors (NürFETs) with high-K
Yüksek-K'lı nükleer radyasyona duyarlı alan etkili transistörlerın (NürFETs) yığın yapıda üretimi ve karakterizasyonu
SALEH ABUBAKAR
Doktora
İngilizce
2021
Bilim ve TeknolojiBolu Abant İzzet Baysal ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ERCAN YILMAZ
- Fabrication and characterization of eggshell membranebiotemplated metal-organic framework nanoclusters
Yumurta kabuğu tabanlı metal-organik kafes yapılarının imalatı vekarakterizasyonu
ASLI KATMIŞ
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
BiyomühendislikMarmara ÜniversitesiBiyomühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FAİK NÜZHET OKTAR
DR. SEMA ÜNAL YILDIRIM
- Fabrication and characterization of a planar water gated transistor utilizing ultra thin single crystalline silicon film
Çok ince tek kristalli silisyum film kullanan yatay sıvı kapılı transistörün üretimi ve belirlenmesi
OZAN ERTOP
Yüksek Lisans
İngilizce
2014
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiBoğaziçi ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ŞENOL MUTLU