Внутриволоконные интерферометрические датчики с радиофотонным опросом для сверхлокального контроля параметров биологических объектов

Проект направлен на развитие теории и техники проектирования волоконно-оптических сенсорных систем с улучшенной добротностью спектрального отклика и чувствительностью, предназначенных для высокоточных измерительных систем температуры среды, имеющих в качестве чувствительных элементов комбинированные волоконно-оптические структуры с высокодобротным резонансом типа Фано в оптической части спектра и реализованные в виде комбинации брэгговских структур (в том числе адресных) и интерферометров Фабри-Перо. Проект предусматривает исследование функциональных возможностей и границ применимости торцевых оптоволоконных датчиков, предназначенных для биологических измерений, конструктив которого предусматривает слой оптически прозрачного материала на торце оптического волокна, представляющий собой интерферометр Фабри-Перо. Научная значимость и актуальность проекта заключается в том, что конструктив чувствительного элемента может быть с минимальными доработками эффективно преобразован в чувствительный элемент регистрации других полей воздействия, например, влажности, концентрации, деформации, фактически, в зависимости от конструкции и используемых материалов, становясь универсальным чувствительным элементом для измерения широкого диапазона физических полей и воздействий с единой техникой опроса. Актуальность проекта дополнительно обуславливается тем, что существует серьезный запрос со стороны смежных наук (например, медицины и физиологии) на появление доступных систем контроля физических полей в крайне малых объемах и для малых биологических объектов (растительных и животных клеток). По результатам выполнения проекта будут разработаны: 1. Математическая модель комбинированного волоконно-оптического чувствительного элемента, состоящего из волоконной брэгговской структуры, сформированной в сердцевине отрезка оптического волокна и интерферометра, сформированного на торце этого же волокна. Подобная структура, в отличие от брэгговской структуры и интерферометра по отдельности, имеет более высокодобротный резонанс (на 20% и более), что позволяет осуществлять более прецизионные измерения сдвига его длины волны (на 20% и более), и, как следствие, измеряемой с помощью данного чувствительного элемента физической величины. 2. Практические рекомендации по построению на базе предложенного чувствительного элемента малоинвазивных волоконно-оптических датчиков температуры. Будет продемонстрировано, что подобная комбинированная структура объединяет в себе свойства брэгговской структуры (восприимчива к деформациям и температуре оптического волокна) и интерферометра (восприимчив к свойствам окружающей среды - показателю преломления, температуре). С другой стороны, использование брэгговской структуры и интерферометра позволяет в некоторых случаях снять неоднозначность отклика на различные воздействия. 3. Методики калибровки и мультиплексирования комбинированных датчиков, чувствительных одновременно к нескольким воздействиям (температуре/показателю преломления, температуре/концентрации веществ и т.д.). Разрабатываемая методика позволит в автоматическом режиме осуществлять калибровку разрабатываемых датчиков при одновременном измерении нескольких разнотипных воздействий.