Микрооптические элементы и устройства для волоконно-оптических измерительных систем

Актуальность темы

.

Волоконно-оптические измерительные системы представляют собой отдельный класс измерительных систем. Они обладают набором особых свойств, которым не обладают системы других типов. Эти свойства обусловлены высокой помехозащищенностью волоконного тракта передачи оптического сигнала, гальванической развязкой точек измерения и индикации, возможностью использования самого волокна в качестве первичного преобразователя измеряемой величины.

Конфигурация конкретной измерительной системы, использующей оптическое волокно либо в качестве тракта передачи излучения, либо в качестве элемента первичного преобразователя (датчика), подвержена значительным изменениям, обусловленным спецификой решаемой измерительной задачи.

В связи с этим является актуальной проблема создания волоконных элементов и устройств, которые бы являлись основными строительными «кубиками» при создании любой волокоино-оптической измерительной системы.

Элементная база волоконно-оптических измерительных систем включает в себя устройства согласования элементов оптического тракта, устройства деления, переключения и модуляции оптического сигнала. Эти устройства, выполняемые чаще всего на основе волоконных световодов, отличаются миниатюрными размерами, поскольку должны сопрягаться со световодами, характерные размеры световедущих жил которых 3−100 мкм, и требуют не только разработки специфических методов расчета их оптико-физических характеристик, но и детального исследования особенностей их применения в волоконно-оптических измерительных системах.

Исторически, развитие волоконных систем начиналось с использованием многомодовых волоконных световодов, что было обусловлено более простыми требованиями к их соединению, а также существовавшими источниками и приемниками излучения. Многомодовые волоконные световоды, широко применяются и в настоящее время для решения многих прикладных задач в метрологии, связи и промышленности. В связи с этим разработка микрооптических элементов и устройств для многомодовых волоконных систем является весьма актуальной проблемой.

Волоконные микрооптические элементы и устройства во многих случаях функционируют на принципах, отличающихся от принципов работы обычных оптических элементов (например, линз) и требуют разработки специальных методов расчета их конструктивных параметров, исходя из необходимых оптических характеристик. Очевидно, что для одномодовых и многомодовых систем эти методы существенно различаются. Теория диэлектрических волноводов, частным случаем которых являются волоконные световоды, достаточно хорошо развита и хорошо описывает одномодовые системы. В то же время характеристики многомодовых волоконных систем рассчитывались, как правило, численными методами на основе традиционного аппарата геометрической оптики, что не давало полного физического представления об особенностях оптимального построения многомодовых волоконных систем. Разработка методов расчета энергетических характеристик многомодовых систем, основанных на лучевой оптике в Гамильтоновой формулировке и позволяющих в аналитическом виде решать задачи, характерные для таких систем, являлась одной из целей диссертационной работы.

Важной, как в теоретическом, так и в экспериментальном плане, является также задача формирования с помощью микрооптических элементов световых пучков о заданными характеристиками (угловой расходимостью, диаметром фокального пятна и т. д.). Несмотря на то, что некоторые из этих элементов были известны к началу настоящей работы, особенности их применения в волоконных системах были изучены недостаточно. Так, например, не было достаточно изучено влияние-угла конусности диэлектрических фоконов, на условия коллимирования и фокусировки излучения, а характеристики градиентных линз рассчитывались только в параксиальном приближении и не учитывали влияние на четвертьволновую длину линзы параметров входного пучка. Указанные выше задачи требовали как теоретических, так и экспериментальных исследований, которые также являлись предметом настоящей работы.

Волоконно-оптические датчики амплитудного типа требуют амплитудной стабильности приёмно-передающих волоконных трактов. В связи с этим актуальной является задача разработки волоконных устройств деления и объединения световых пучков, с минимальной чувствительностью к модовому составу излучения. Важной задачей является также разработка волоконных переключателей и модуляторов, дистанционно управляемых оптическим излучением малой мощности.

Наряду с разработкой микрооптических элементов на основе световодов, актуальными являются также проблемы поиска новых принципов построения волоконно-оптических датчиков, поиск и исследование новых миниатюрных чувствительных элементов, разработка принципов регистрации и обработки оптических сигналов, обеспечивающих высокую точность и стабильность измерений и реализация этих принципов в конкретных образцах волоконных датчиков. Решение перечисленных выше задач и являлось предметом исследований и разработок в настоящей работе.

Основной целью диссертационной работы являлась разработка принципов построения оптических трактов волоконно-оптических датчиков с минимальными энергетическими потерями, разработка новых принципов измерения ряда физических величин и создание лабораторных образцов приборов, реализующих эти принципы. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

• Разработка методов расчета энергетических характеристик многомодовых волоконных систем, учитывающих различные конструктивные и оптические параметры системы.

• Теоретическое и экспериментальное исследование методов формирования волоконными микрооптическими элементами световых пучков с заданными характеристиками.

• Разработка и исследование волоконно-оптических устройств, управляемых оптическим излучением.

• Теоретическое и экспериментальное исследование волоконных датчиков рефлектометрического типа (в том числе на основе кольцевых систем) и волоконных интерферометров.

• Разработка новых принципов измерения с помощью волоконно оптических датчиков ряда физических величин (перемещений, температуры, скорости газовых потоков, концентрации в атмосфере взрывоопасных газов, люминесцентного анализа биоткани).

• Разработка элементов гибридных волоконно-оптических датчиков для измерений, требующих гальванической развязки микроэлектронных первичных преобразователей и блока индикации.

Научно-техническая новизна работы состоит, прежде всего, в разработке новых методов расчета энергетических потерь в волоконно-оптических измерительных системах, разработке волоконных микрооптических элементов с оптимальными характеристиками, применение которых позволяет существенно снизить потери в оптическом тракте, разработке волоконных устройств, управляемых оптическим излучением и расширяющих функциональные возможности измерительных систем, а также разработке новых принципов измерения некоторых физических величин.

К наиболее существенным новым результатам, полученным в работе, относятся следующие:

1. Разработаны новые методы расчета энергетических характеристик многомодовых волоконных трактов основанные на гамильтоновой формулировке лучевой оптики, которые позволили впервые решить в аналитическом виде основные задачи ввода излучения в многомодовые световоды.

2. Теоретически и экспериментально определены оптические и конструктивные параметры микрооптических элементов (фоконов, микролинз,) при которых достигается оптимальное согласование элементов волоконного тракта. Впервые показано, что четвертьволновая длина градиентных линз зависит от параметров входных световых пучков и отличается от длины определяемой в параксиальном приближении.

3. Впервые получены аналитические выражения для расчета туннелирования излучения из изогнутых волокон с частично удаленной оболочкой., что позволяет использовать их в качестве чувствительных элементов датчиков для определений показателя преломления среды, датчиков на эффекте НПВО, а также использовать для контроля параметров заготовок в процессе изготовления волоконных разветвителей с заданным коэффициентом деления и спектральными характеристиками.

4. Впервые теоретически и экспериментально показано, что накопление сигнала рэлеевского рассеяния в замкнутых кольцевых волоконных системах позволяет существенно повысить чувствительность при измерении малых потерь в световодах, в том числе обусловленных внешними деформациями световода.

5. Теоретически и экспериментально исследованы волоконно-оптические датчики перемещений как амплитудного, так и интерференционного типа. Получены основные соотношения для расчёта крутизны преобразования. Созданы опытные образцы таких датчиков. Разработан газоанализатор для измерения состава бинарной газовой смеси, основанный на измерении зависимости частоты колебаний мембраны от плотности газа, причем частота колебаний мембраны измеряется волоконным датчиком, что делает газоанализатор взрывобезопасным.

6. Впервые проведены исследования оптических свойств пленок VO2 полученных на торцах волконных световодов и определены их параметры, при которых достигается максимальный контраст оптических характеристик при фазовом переходе, индуцированном оптическим излучением. Разработаны волоконные переключатели и модуляторы, управляемые оптическим излучением. Разработаны и исследованы волоконно-оптические датчики температуры и скорости газового потока на базе релаксационного генератора с чувствительным элементом па основе плёнок VO2,.

7.Впервые в России разработаны высокоэффективные (КПД>45%) фотовольтаические преобразователи монохроматического излучения на основе многопроходных гетеростуктур AlGaAs. На основе разработанного преобразователя созданы образцы гибридных волоконно-оптических датчиков для измерения концентрации углеводородных газов и многофункциональный датчик тока, которые работают при взрывобезопасных уровнях оптической мощности.

8.Разработаны методы построения волоконно-оптических измерительных систем для люминесцентной диагностики патологических состояний биоткани. Разработаны методы расчета волоконных зондов для таких систем. Экспериментально показана высокая чувствительность разработанной аппаратуры применительно к задачам стоматологии.

Положения выносимые на защиту:

1. Применение гамильтоновой формулировки лучевой оптики позволило получить аналитические выражения для расчета конструктивных параметров узлов ввода излучения от полупроводниковых излучателей в многомодовые оптические волокна, при которых реализуются оптимальные условия согласования, и снижается зависимость вносимых потерь от разброса технологических параметров.

2. Теоретический расчет и экспериментальное подтверждение оптимальных параметров микрооптических волоконных элементов — фоконов, микролинз, градиентных линз, при которых в 3−10 раз снижаются энергетические потери в оптических трактах волоконных датчиков.

3. Метод измерения предельно малых потерь в волоконном световоде, основанный на многопроходном зондировании исследуемого световода в кольцевой системе и накоплении сигнала рэлеевского рассеяния, обеспечивает снижение порога обнаружения наведенных в световоде потерь по сравнению с однопроходными измерениями в 2−3 раза, что приводит к существенному повышению чувствительности датчиков механических деформаций.

4. Технология изготовления одномодовых разветвителей из волокон с градиентным профилем показателя преломления, основанная на контроле толщины удаляемой части светоотражающей оболочки по величине туннелирующего оптического излучения, позволяющая изготавливать элементы с наперед заданными амплитудными и спектральными характеристиками и с потерями менее 1 дБ.

5. Волоконные переключатели и модуляторы (амплитудные и фазовые), с пленками VO2, нанесенными на торец волоконного световода, при оптическом индуцировании фазового перехода полупроводник-металл, позволяют при управляющей оптической мощности 0.57 мВт дистанционно перестраивать параметры волоконной измерительной системы.

6. Принцип построения измерительных систем для измерения перемещений на основе одноволоконных датчиков отражательного типа, обеспечивает расширение диапазона измерений и, в случае некогерентного источника излучения, обеспечивает динамический диапазон более бОдБ в при перемещении до 400 мкм, а в случае когерентного источника излучения — динамический диапазон более 95дБ (в режиме измерения динамических перемещений до 17 мм).

7. Возможность работы полупроводниковых светодиодных структур AlGaAs-GaAs в качестве фотовольтаических преобразователей при эффективности преобразования монохроматического излучения, длина волны которого сдвинута относительно максимума электролюминесценции на 20−60 нм в коротковолновую область, в электрическую мощность с КПД более 45%, напряжением более 1,2 В при токе нагрузки до 100 мА, что позволяет создавать гибридные волоконно-оптические измерительные системы с питанием электронных модулей оптическим излучением малой мощности.

Практическая значимость проведенных исследований и разработок заключается в следующем:

Разработанные на основе лучевой оптики в Гамильтоновой формулировке методы расчета эффективности ввода излучения в многомодовые волоконные световоды с произвольным профилем показателя преломления позволили получить основные аналитических соотношения для выбора конструктивных параметров узлов сопряжения источников излучения со световодами. Важным для практического использования является теоретический и анализ и результаты экспериментальных исследований микрооптических элементов для формирования световых пучков с заданными характеристиками на основе фоконов, и выяснение влияния их конструктивных параметров на характеристики световых пучков. Это позволяет создавать на их основе согласующие элементы для эффективного сопряжения различных элементов волоконных трактов, включая согласования различных излучателей (в первую очередь полупроводниковых лазеров и светодиодов) с оптическими волокнами.

Полученные формулы для расчёта градиентных линз позволяют оптимизировать их длину и другие конструктивные параметры и, как следствие, существенно уменьшить угловую расходимость пучка при его коллимировании или диаметр фокального пятна при фокусировке излучения, что обеспечивает существенное снижение потерь в оптическом тракте.

Полученные соотношения для расчёта туннелирования излучения из световодов с частично удалённой оболочкой позволили разработать контролируемую на всех стадиях технологию изготовления одномодовых разветвителей с заданными амплитудными и спектральными характеристиками.

Эффективность разработанных методов и устройств продемонстрирована на примере их применения в различных образцах волоконно-оптических датчиков.

На основе проведенных исследований впервые созданы волоконно-оптические элементы (переключатели и модуляторы) управляемые оптическим излучением малой (1 -2 мВт) мощности. Такие элементы могут найти применение как в системах связи, так и в волоконно-оптических датчиках, примером которых может являться волоконно-оптический датчики (ВОД) температуры и скорости газового потока разработанные в данной работе.

Проведенные исследования взрывобезопасности волоконных трактов позволили впервые сформулировать критерии абсолютной взрывобезопасности при передаче по световодам мощного оптического излучения. Исходя из ограничений передаваемой по световодам мощности, в данной работе разработаны высокоэффективные фотовольтаические преобразователи для применений в гибридных волоконно-оптических датчиках. Примером построения таких датчиков с применением разработанных элементов является многофункциональный датчик тока, позволяющий одновременно с высокой точностью измерять четыре физических параметра при полной гальванической развязке измеряемой цепи с блоком отображения информации.

Разработанные методы построения высокочувствительных волоконно-оптических фотометров позволили создать ВОД метана с удалением газовой кюветы от места расположения регистрирующей аппаратуры до 2 км, датчики температуры, нечувствительные к электромагнитным полям, волоконно-оптические устройства для контроля люминесценции биотканей с целью определения их отклонения от нормального состояния.

Результаты диссертационной работы внедрены в ряде промышленных организаций, в частности, в ФГУП «НИИ ПОЛЮС им. М.Ф. Стельмаха», ОАО НПО «Химавтоматика», ГУ МОНИКИ им. М. Ф. Владимирского.

Апробация работы.

Материалы исследований и разработок докладывались на следующих Всесоюзных, Российских и международных конференциях:

2-я Всесоюзная конференция по проблеме «Волоконно-оптические линии связи» ., Москва,. 1978; 3-я Всесоюзная научно-техническая конференция «Фотометрия и её метрологическое обеспечение», Москва 1979; 3-я Всесоюзная конференция по BOJIC, Москва, 1981; Всесоюзная конференция «Волоконно-оптические линии связи», Киев, 1982; Всесоюзная научно-техническая конференция по источникам тока, Москва 1983; 4~я Всесоюзная конференция СССПМ, Москва, 1984; Всесоюзное совещание «Совершенствование средств связи на основе внедрения стекловолоконной и процессорной техники» Кишинёв, 1986; Всесоюзная конференция «Аналитическое приборостроение. Методы и приборы для анализа жидких сред», Тбилиси, .1986; Всесоюзный семинар «Измерение перемещений в динамическом режиме «Каунас, 1987;

5-я Международная школа по когерентной оптике, Ужгород, 1989; Всесоюзная конференция «Волоконно-оптические преобразователи в приборостроении», Севастополь, 1983; Всесоюзная конференция «Быстродействующие элементы и устройства волоконно-оптических и лазерных информационных систем» ., Севастополь .1990; Научно-технический семинар по волоконно-оптическим системам и средствам., Калининград Московская обл, 1990; Пятая Всесоюзная Конференция. ВОСПИ-88, Москва, 1988гПервая Всесоюзная конференция «Оптические методы исследования потоков», Новосибирск, 1991; Всесоюзная конференция «Проблемы измерительной техники в волоконной оптике», Нижний Новгород, 1991; 3-й Всесоюзный семинар «Химические методы обработки поверхности », Москва., 1991; Международная конференция ISFOC-91., Санкт-Петербург, 1991; Международная конференция ISFOC-93., Санкт-Петербург, 1993; Международная конференция Eurosensors-X, Leuven, Belgium, 1996; 10th International Symposium on Advances of Measurement Science Saint-Petersburg, 2004; Всероссийская конференция по волоконной оптике, Пермь, 2007; International Instrumentation and Measurem. Technology Conference, Canada, 2008; 21st Canadian Conference on Electrical and Computer Engineering, 2008 Ontario, CanadaConference on Power Systems, Winnipeg, Canada, 2008.

Результаты диссертационной работы опубликованы 89 работах, из которых 32 статьи в рецензируемых изданиях, 13 авторских свидетельств и патентов РФ и 44 доклада на международных, всесоюзных и всероссийских конференциях.

Личный вклад автора.

Представленные в диссертации результаты получены лично автором или при его непосредственном участии и руководстве. Методы расчета согласования элементов многомодовых волоконных трактов на основе лучевой оптики в гамильтоновой формулировке разработаны автором совместно с Шатровым А. Д. и Потаповым В. Т. Расчеты, представленные в главах 1 и 2 выполнены автором лично. Часть результатов представленных в гл. З и 4 получены автором при участии Седых Д. А. Результаты гл. 5 в части физических исследований получены автором совместно с Егоровым Ф. А., в части практической реализации устройств результаты получены автором лично. Результаты, приведенные в главах 6 и 8, получены лично автором. Медицинские аспекты применения разработанных автором волоконных систем выполнены автором совместно с Александровым М. Т. и Масычевым В.И.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, восьми глав и заключения.

Основные результаты диссертационной работы состоят в следующем:

1. На основе лучевой оптики в гамильтоновой формулировке сформулирован общий подход к решению задач сопряжения различных элементов многомодовых волоконных трактов. Этот подход основывается на том, что многомодовые волоконные световоды можно охарактеризовать величиной и формой четырехмерного апертурного объема, который определяет их потенциальную «энергетическую емкость». В работе получены выражения для апертурных объемов волокон с произвольным (степенным) профилем показателя преломления с учетом всех типов лучей распространяющихся в световодах. Максимально возможная эффективность сопряжения различных элементов волоконных трактов определяется отношением апертурного объема элемента принимающего излучение к апертурному объему элемента являющегося источником излучения. В то же время при непосредственной стыковке двух элементов эфективность их сопряжения определяется объемом пересечения апертурных объемов приемника и источника излучения. Эффективность сопряжения можно увеличить, если ввести между приемником и источником излучения согласующий элемент, обеспечивающий такое преобразование светового пучка, при котором упомянутый объем пересечения будет максимальным.

2. Развитый в работе подход позволил в аналитическом виде решить задачи о технологических допусках величины разъюстировок на эффективность ввода излучения в световоды со ступенчатым и параболическим профилями показателя преломления как от ламбертовых источников, так и от источников полосковой геометрии. Результаты расчетов хорошо согласуются с экспериментальными данными, что подтверждает достоверность выполненных расчетов.

3. Теоретически и экспериментально исследовано преобразование световых пучков расширяющимися и сужающимися фоконами, а также микролинзами полученными оплавлением торцов волокон. Показано, что преобразование пучка лучей расширяющимся фоконом определяется соотношением Лагранжа-Гельмгольца только при бесконечно малом угле конусности. Теоретически и экспериментально определены параметры диэлектрических фоконов приемлемые для их применения в качестве согласующих элементов. Экспериментально показано, что выбор оптимальных параметров фоконов позволяет существенно увеличить эффективность ввода излучения в многомодовые световоды от излучателей полосковой геометрии. На основе разработанного согласующего элемента впервые в сране были выпущены (и выпускаются до сих пор) источники излучения для волоконных систем (ИЛПН-301, ИЛГШ-304). Теоретически и экспериментально показано также, что особенностью сужающихся «фоконов при определенном выборе их параметров является возможность полного внутреннего отражения излучения на их торце, чтопозволяет применять их в качестве чувствительных элементов волоконных датчиков использующих эффект НПВО. Выбором параметров сужающихся фоконов возможно также обеспечить их эффективное применение в качестве согласованной (неотражающей) нагузки для волоконных трактов. Теоретически и экспериментально изучены особенности преобразования световых пучков микролинзами полученными оплавлением торца волокна. Предложена технология изготовления микролинз с воспроизводимыми параметрами основанная на непрерывном контроле их характеристик в процессе изготовления, котрые позволяют при оптимальной юстировке существенно повысить эффективность ввода излучения как для многомодовых, так и для одномодовых источников излучения. Теоретически рассмотрено преобразование непараксиальных световых пучков градиентными линзами. Показано, что учет непараксиальности светового пучка позволяет более точно определить длину линзы, при которой достигаются наилучшие условия коллимирования и фокусировки излучения. При оптимальной длине линзы расходимость коллимированного пучка уменьшается в четыре раза, а диаметр фокального пятна прифокусировке излучения также уменьшается в 4 раза. Учитывая, что энергетические потери, как правило, пропорциональны квадрату упомянутых величин, выбор параметров линз в соответствии с точным расчетом позволяет существенно уменьшить потери в волоконной системе.

4. Теоретически и экспериментально исследованы особенности технологии изготовления шлифованных многомодовых и одномодовых волоконных разветвителей. Для одномодовых шлифованных ответвителей теоретически получены основные соотношения позволяющие контролировать технологические параметры на всех стадиях изготовления разветвителя. Полученные соотношения, определяющие туннелирование излучения из волокон с частично сошлифованной оболочкой применимы также для технологического контроля в процессе изготовления и других волоконных элементов (например, поляризаторов). Особенностью шлифованных разветвителей является то, что при их изготовлении не предъявляется специфических требований к профилю показателя преломления волокна, как это имеет место при изготовлении сплавных одномодовых разветвителей. Результаты теоретических расчетов подтверждаются экспериментальными данными. Теоретически и экспериментально рассмотрены особенности технологии изготовления сплавных многомодовых разветвителей Y-типа с избыточными потерями менее 1 дБ. Характеристики разработанных ответвителей позволяют строить на их основе разветвленные волоконно-оптические системы передачи информации. Для применения ответвителей в волоконно-оптических датчиках, где важна стабильность их характеристик при изменении модового состава излучения, разработаны стабилизатор модового состава излучения и смеситель мод, применение которых позволяет улучшить метрологические характеристики амплитудных волоконных датчиков.

5. Теоретически и экпериментально исследовано формирование сигналов релеевского рассеяния в кольцевых системах сформированных с помощью разветвителей Y-типа. Показано, что многократный проход зондирующего импульса по кольцевой системе и, связанное с этим, накопление сигнала позволяют существенно увеличить чувствительность и точность при измерении потерь в волоконном тракте (в том числе, наведенных).

6. Теоретически и экспериментально исследован волоконно-оптический датчик динамических перемещений выполненный на основе разработанных одномодовых разветвителей по схеме интерферометра Физо. Показано, что чувствительность датчика в режиме счета полос позволяет измерять динамические перемещения до 2 мм с разрешением 0,3 мкм. Для применения в волоконных Фурье спектрометах разработаны оптико механические модуляторы разности хода двух световых пучков и сканирующий интерферометр, позволяющие завремя 5−10 мс регистрировать оптический спектр в полосе прозрачности световодов с разрешением 10−20 нм.

7. Предложены и исследованы волоконно-оптические элементы управляемые оптическим излучением. Основу этих элементов составляют тонкие пленки V02 выращенные на торце волоконного световода. Оптимизация технологии их получения позволила получить высокий (сравнимый с монокристаллами) контраст изменения оптических характеристик при фазовом переходе полупроводник-металл. Вследствие малости объема пленки ФП легко индуцируется оптическим излучением мощностью 12мВт для многомодовых волокон и 0,2−1 мВт для одномодовых. Характерные временапереключения пленки из одного состояния в другое определяются, главным образом теплоотводом через световод и составляют 0,1−2 мкс в зависимости от конкретной реализации устройства. На основе пленок V02 предложены и исследованы амплитудные и фазовые модуляторы, а также переключатели управляемые оптическим излучением. В работе сформулированы требования к параметрам пленок, при которых возможна оптически индуцированная бистабильность в области собственного поглощения. Эффект оптической бистабильности пленок V02 детально исследован экспериментально и может служить основой для создания нового класса волоконных устройств управляемых оптическим излучением.

8. На основе методов расчета, развитых в первой главе теоретически исследованы особенности применения световодов и световодных жгутов для исследования характеристик рассеивающих и люминесцирующих сред, в первую очередь биоткани. Изготовленные в соответствии с расчетами световодные системы применялись в составе разработанной аппаратуры для различных видов диагностики патологического состояния биоткани. В частности, разработанная аппаратура для люминесцентной диагностики и ее предварительные клинические испытания для диагностики стоматологических патологий показало рекордную, по сравнению с известными, чувствительность метода для определения патологических изменений биоткани.

9. Выполнен ряд экспериментальных исследований по созданию элементной базы гибридных волоконно-оптических датчиков. Впервые экспериментально определены уровни оптической мощности передаваемой по многомодовому волокну, при котором волоконный тракт можно считать абсолютно взрывобезопасным. Исходя из ограничений передаваемой мощности во взрывоопасной среде впервые в стране разработан одноэлеметный фотовольтаический преобразователь для монохроматического излучения в волоконном исполнении с КПД 45−50% и разработана лабораторная технология его сборки.

10. Применение разработок, выполненных в диссертационной работе, продемонстрировано на примерах создания некоторых практическихобразцов волоконно-оптических датчиков. Простой амплитудный датчик перемещений рефлектометрического типа, позволяющий измерять перемещения в пределах 0−400мкм с точностью не хуже 1 мкм является базовой измерительной системой для датчика бинарной газовой смеси. Основой принципа работы этого датчика является зависимость частоты колебанй мембраны возбуждаемой газовым потоком от плотности (и, следовательно, состава) газа. Разработаны высокочувствительные волоконные фотометры, на основе которых реализованы образцы датчиков метана и биофотометры (в том числе люминесцентные) для целей медицинской диагностики. Разработанные элементы с пленками V02 послужили основой для создания различных вариантов датчиков температуры (в том числе с частотным выходом), а также измерителя скорости газового потока, вносящего минимальные икажения в исследуемый поток. Такой датчик может найти применение в технологических установках, в которых необходимо точно контролировать малые расходы газов. Достоинства гибридной технологии при создании волоконно-оптических датчиков продемонстрированы на примере многофункционального датчика тока, который одновременно позволяет измерять амплитуду тока в высоковольтной цепи, часоту, фазу и температуру токонесущего провода.

Автор выражает искеннюю признательность и благодарность коллегам по работе совместно с которыми были выполнены исследования, вошедшие в диссертационную работу.

Особая благодарность автора проффессору Потапову Владимиру Тимофеевичу, чьи советы всегда способствовали улучшению качества проводимых исследований и определяли их практическую направленность.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.