الفهرس 
General IntroductionOnly 14 pages are availabe for public view
 |  | from | 128 |  |  |
| | | from | 128 | | |
Abstract
تكنولوجيا الاستشعار البصرية المعتمدة على الألياف توفر إمكانية تطوير مجموعة متنوعة من أجهزة الاستشعار المادية لمجموعة واسعة من المتغيرات المادية (الفيزيائية). هذه الرسالة تقدم ثلاثة أنواع مايكرو / نانو الألياف كمستشعر لتحديد نوع السائل، تركيز السكر في الدم ودرجة حرارة الماء، مما يعطي حساسية أفضل و خطية وبساطة في البناء. والهدف من هذا الرسالة هو تعظيم حساسية استشعار معامل الانكسار على أساس التسرب الإشعاعي وضعف الإشعاع من الألياف الميكروية والنانوية. في هذه الرسالة تم تحليل ثلاثة انواع من الحساسات تعتمد على معامل انكسار الوسط المحيط. 1- الحساس ذات الليف البصري الواحد : وفي هذا التطبيق تم دراسة البدائل المختلفة بين مواد القلب ومواد السائل المراد قياسة عند اطوال موجية مختلفة لايجاد التصميم الامثل والذي يعطي اعلي حساسية. وتم محاكاة تصميم المستشعر فى حالة تسرب الاشعاع (leaky radiation ) وضعف الاشعاع ( Weakly radiation ). - فى حالة تطبيق ( Leaky radiation) معامل انكسار المحيط (السائل) اكبر من معامل انكسار القلب لليف البصرى. وفكرة عمله تعتمد على قياس زاوية انتشار الضوء ( θ) خلال السائل. وقد وجد ان الحساسية تصل الى13759 degree/RIUاذا كان المحيط سترين والقلب BK7 والطول الموجى المستخدم = 0.8μmλ . وقد أوضحت النتائج النظرية المحسوبة توافقا وتحسنا بمقارنتها مع النتائج العملية المنشورة . وتم تصميم نظرى لحساس يعمل بنظرية leaky radiation لاختبار انواع السوائل وذلك بقياس معامل الانكسار للسائل. - اما فى حالة تطبيق (Weakly radiation ) فان معامل انكسار قلب الليف البصرى اكبر من معامل انكسار المحيط (السائل). وفكرة عمله تعتمد على قياس قدرة خرج قلب الليف البصرى وكذلك نصف قطر مجال الضوءالخارج من الليف البصرى. ويتم اختيار بارامترات الفيبر (نصف القطر ومادة القلب والطول الموجى مع السائل المحيط) بحيث يمثل حالة النمط الوحيد (single mode). وفى هذه الحالة تم تصميم نظري لحساس ذات ليف بصرى واحد لتحديد نسبة السكر بالدم وكذلك تحديد درجة حرارة الماء. وتم استنتاج علاقة رياضية بين نسبة السكر وقدرة خرج الليف البصرى مباشرة. وكذلك علاقة اخرى بين نسبة السكر و نصف قطر مجال الضوء لخرج الليف البصرى.ومع قدرة الضوء الداخل للليف البصرى 1 نانو وات فان الحساسية عند قياس تركيز السكر بالدم تصل الى Sp=0.0329 pW/mg/ml وكذلك الحساسية عند قياس درجة حرارة الماء تصل الى Sp=4.4 pW/oC. اما بقياس نصف قطر مجال الضوء فان الحساسية تصبح 0.0859 nm/mg/ml و 0.944 nm/o Cوعندما يكون تأثير المتغير المراد قياسة علي معامل الانكسار للسائل ضعيفة يتم استخدام تصميم اخر للحساس يعتمد علي ان خرج الحساس المقاس يكون دالة جيبية ويدخل بها طول الحساس كما في حالتي تحديد نسبة السكر بالدم (حساس الرابط الموجه) ودرجة حرارة الماء (حساس ماتشزهندر MZ ).2- حساس رابط الموجة الضوئي لقياس تركيز الجلوكوز بالدم والذي يتكون من عدد 2 فيبر متجاورين ويكون معامل الربط بينهما يعتمد علي المتغير المراد تحديده. مثال قياس نسبة الجلكوز في الدم من 0-800 ملي جرام/ملي لتر . ويتم قياس القدرة الضوئية الخارجة من ذراع الرابط الضوئى 2 ( P2 ) او قياس نطاق الطول الموجى لخرج الرابط الموجه الضوئى (Δλ). وتعتمد قيمة الحساسية على مكونات الرابط الضوئى وطوله والطول الموجى المستخدم. وقد وجد ان الحساسية عند استخدام مادة قلب الليف البصرى (KF7) اكبر من الحساسية عن استخدام مادة قلب الليف البصرى (SiO2). وتم تصميم حساس رابط الموجه الضوئى وذلك لقياس نسبة السكر بالدم وتم استنتاج علاقة رياضية بين نسبة السكر وقدرة خرج الرابط الموجه مباشرة. وكذلك علاقة اخرى بين نسبة السكر ونطاق الطول الموجى لخرج الرابط الموجة. وتصل قيمة الحساسية الى 0.0329 بيكووات/ ملىجرام/ملىلتر وبقياس نطاق الطول الموجى تصل الحساسية 1.8448 نانوميتر / ملى جرام / مليلتر 3- حساس ماتش زهندر (MZ ) Mach Zehnderلقياس درجة حرارة الماء حيث ان معامل انكسار الماء يعتمد على درجة حرارة الماء. وفي هذا الجزء تم تقديم اقتراح بان لا توجد ذراع مرجعية و يكون ذراعي ماتش زهندر مختلفين ويتأثرا بدرجة حرارة الماء. ويتكون حساس ماتش زهندر من ذراعين أحدهما مادة ( SiO2) او ( KF والذراع الاخرى من مادة ( SiO2) مطعمة بمادة الجرمانيوم. ويحيط بهما الماء المراد قياس درجة حرارتة . تم دراسة تاثير كافة مكونات الحساس على حساسيته وحساب تاثير درجة حرارة الماء علي معامل انكسار قلب الليف فى حالة ( SiO2). وتم أيضا دراسة تاثير درجة حرارة سطح البحر علي اداء الحساس. وقد وجد ان الحساسية الحساس ضعيفة عند درجات الحرارة المنخفضة ولذلك نوصى بان يستخدم الحساس من 25 درجة مئوية الى 100 درجة مئوية. وتم تصميم حساس ماتش زهندر وذلك لقياس درجة حرارة الماء وتم استنتاج علاقة رياضية بين درجة الحرارة وقدرة خرج MZ مباشرة. حساس ماتش زهندر يمكن ان يستخدم فى تعيين نسبة السكر بالدم وكذلك حساس رابط الموجه (directional coupler) يمكنه ان يستخدم لتحديد درجة حرارة الماء بقيم حساسية مختلفة. وفي كل التطبيقات للحساسات استخدمت مستقبلات ضوئية ( photodetectors )عالية الكفاءة تساعد على تحسين اداء الحساس.تتكون الرسالة من ستة فصول كالتالى :- الفصل الاول : مقدمة عامة تم فيها تعريف الليف البصرى ذات القطر متناهى الصغر( ميكرو ونانو فيبر) ومميزاته وتطبيقاته والمشكلة البحثية والاهداف للرسالة وكذلك تنظيمها.الفصل الثاني : دراسة تأثير فرق معامل الانكسار علي الحل التقريبي لمعادلة الموجة في الليف البصري و دراسة معامل الانكسار الضوئىكما تم استخلاص معادلة تقريبية للعلاقة بين ثابت الانتشار التطبيعى b والتردد التطبيعى Vفى نطاق V=0.8-2.4. و تم دراسة معادلة المجال ونصف قطر المجال والقدرة وتم استخدام تقريب توزيع جاوس للمجال.بالاضافة لدراسة معامل الانكسار الضوئى لعدد 9 مواد لقلب الفيبر و 11 مادة كمحيط للفيبر (سوائل) لايجاد افضل المواد لتستخدم كقلب الليف البصري لتتوافق مع مادة السائل المحيط لتعطى اعلى حساسية . وتحديد نطاق التردد الموجي لكل مادة وحساب بارامتر معامل انكسار القلب والمحيط.الفصل الثالث : استخدام ليف بصري وحيد كحساس باستخدام الاسلوبين ال leaky و Weakly لتحديد نوع السائل بدلالة معامل انكساره وذلك بقياس زاوية الانتشار فى حالة ( leaky radiation ) او قياس قدرة خرج قلب الليف ونصف قطر مجال الضوء فى حالة ( weakly radiation ). وتم عمل استنتاج اسلوب رياضلحساب- نوع السائل - تحديد نسبة الجلكوز بالدم - تحديد درجة جرارة الماء.الفصل الرابع : استخدام حساس رابط الموجه المكون من ذراعين ليف بصري لقياس نسبة السكر بالدم والتى نفترض تغيرها من 0-800 ملي جرام/ملي متر وتم تحديد التصميم الامثل من المواد والطول الموجي الذي يعطي اعلي حاسيةالفصل الخامس: استخدام حساس ماتش زهندر لقياس درجة حرارة الماء:هنا تم تصميم حساس ماتش زهندر وذلك لقياس درجة حرارة الماء وتم استنتاج علاقة رياضية بين درجة الحرارة وقدرة خرج MZ مباشرة. حساس ماتش زهندر يمكن ان يستخدم فى تعيين نسبة السكر بالدم وكذلك حساس رابط الموجه (directional coupler) يمكنه ان يستخدم لتحديد درجة حرارة الماء بقيم حساسية مختلفة.الفصل السادس: الاستنتاجات والعمل المستقبلي يغطى هذا الفصل الاستنتاجات التى توصل اليها الباحث والاعمال المستقبلية.