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http://cicese.repositorioinstitucional.mx/jspui/handle/1007/3253| Desarrollo de un refractómetro puntual de inmersión de fibra óptica de alta precisión y resolución Development of a high precision and resolution fiber optic immersion point refractometer | |
| ANGELA JUDITH TEPOSTE VILLALPANDO | |
| MIKHAIL SHLYAGIN | |
| Acceso Abierto | |
| Atribución | |
| refractometro, Fresnel, reflexiones múltiples, diafonia intermodulacion refractometer,Fresnel, multiplex reflection, crosstalk | |
| El índice de refracción es una característica importante de los materiales. Su medición precisa permite distinguir entre diferentes materiales; determinar parámetros como concentración en soluciones, o monitorear dinámicas de reacciones químicas o biológicas. Los refractómetros se emplean ampliamente en ciencia, tecnología y estudios médico-biológicos. En los últimos años, ha habido un gran interés en el desarrollo de refractómetros de fibra óptica debido a sus posibilidades de realizar mediciones remotas con una punta de medición sumergible, que permiten automatizar mediciones, usarlas en aplicaciones de microfluidos y realizar mediciones in vivo. Sin embargo, la mayoría de las técnicas propuestas utilizan equipos de interrogación de altos costos y requieren tecnologías complejas para la fabricación de cabezales de fibra óptica. En este trabajo de tesis se analiza teórica y experimentalmente el comportamiento de un refractómetro sencillo y económico, basado en la reflexión de Fresnel en la punta de una fibra óptica monomodal. Para incrementar la exactitud de las mediciones, el refractómetro cuenta con un canal de referencia de potencia óptica incidente, mediante un interferómetro formado por rejillas de Bragg de baja reflectancia, ubicado en las cercanías de la punta de prueba. Para separar y distinguir las señales se empleó una técnica de reflectometría óptica en el dominio de las frecuencias. El trabajo de tesis investiga los efectos de reflexiones múltiples dentro del sistema fibra óptica, las cuales podrían resultar en errores sistemáticos en la medición del índice de refracción. Se ha desarrollado un modelo teórico de un refractómetro y se lleva a cabo el análisis de la influencia de las reflexiones múltiples al funcionamiento del refractómetro. Con el modelo teórico que considera estas reflexiones múltiples, entre los reflectores de referencia y la punta de prueba, se propone un algoritmo de procesamiento de señales para compensar los errores sistemáticos. También se ha desarrollado un prototipo experimental que utiliza un diodo láser estándar de telecomunicación con barrido en longitud de onda por temperatura y un fotodetector sencillo. Los resultados experimentales obtenidos en el laboratorio confirmaron las conclusiones del modelo teórico. Se demostró la factibilidad de lograr una alta resolución y exactitud de medición al nivel de 2x10−5. The refractive index is an important characteristic of materials. An accurate measurement of the refractive index allows distinguishing between different materials, determining parameters such as concentration in solutions, or monitoring the dynamics of chemical or biological reactions. Refractometers are widely used in science, technology, and medical-biological studies. In recent years, there has been great interest in developing fiber optic refractometers because of its possibilities to perform remote measurements with a submersible measurement tip, which will allow to automate measurements, use them in microfluidic applications, and perform measurements in vivo. However, most of the proposed techniques require using of very high cost interrogation equipment. In addition, many of them have to use a complex technology for manufacturing a fiber-optic refractometer head. In this thesis work, the behavior of a simple and inexpensive refractometer based on Fresnel reflection at the tip of a single-mode optical fiber is analyzed theoretically and experimentally. To increase the accuracy of measurements, the refractometer scheme has an incident optical power reference channel, using an interferometer formed by low-reflectance fiber Bragg gratings, located near the fiber probe tip. To separate and distinguish signals reflected from the measurement and reference reflectors, the frequency domain optical reflectometry technique was used. In the thesis project, the effects of multiple reflections within the fiber optic system are investigated, which could result in systematic errors in the refractive index measurement. A theoretical model of the refractometer has been developed and the analysis of the influence of multiple reflections on the operation of the refractometer was carried out. With the theoretical model that considers these multiple reflections between the Bragg gratings and the fiber optic tip, a signal processing algorithm is proposed to compensate for systematic errors. An experimental laboratory prototype has been developed using a standard telecommunication DFB diode laser with light wavelength scanning by crystal temperature tuning and a simple photodetector. The results of experiments carried out in the laboratory confirmed conclusions of the theoretical model. The possibility of achieving high resolution and measurement accuracy at the 2x10−5 level was demonstrated. | |
| CICESE | |
| 2020 | |
| Tesis de maestría | |
| Español | |
| Teposte Villalpando, A.J. 2020. Desarrollo de un refractómetro puntual de inmersión de fibra óptica de alta precisión y resolución. Tesis de Maestría en Ciencias. Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada, Baja California. 131 pp. | |
| OPTICA FÍSICA | |
| Aparece en las colecciones: | Tesis - Óptica |
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| Fichero | Descripción | Tamaño | Formato | |
|---|---|---|---|---|
| Tesis_Teposte Villalpando Angela Judith_30_abril_2020.pdf | Versión final de la tesis | 9.38 MB | Adobe PDF | Visualizar/Abrir |