Not available / text

The creation of integrated microphotonic devices requires a challenging assembly of optically and electrically disparate materials into complex geometries with nanometer-scale precision. These challenges are typically addressed by mature wafer-based fabrication methods, which while versatile, are limited to low-aspect-ratio structures and by the inherent complexity of sequential processing steps. Multimaterial preform-to-fiber drawing methods on the other hand present unique opportunities for realizing optical and optoelectronic devices of extended length. Importantly, these methods allow for monolithic integration of all the constituent device components into complex architectures. My research has focused on addressing the challenges and opportunities associated with microfluidic multimaterial fiber structures and devices. Specifically: (1) A photonic bandgap (PBG) fiber is demonstrated for single mode transmission at 1.55 µm with 4 dB/m losses. This fiber transmits laser pulses with peak powers of 13.5 MW. (Chapter 2) (2) A microfluidic fiber laser, characterized by purely radial emission is demonstrated. The laser cavity is formed by an axially invariant, 17-period annular PBG structure with a unit cell thickness of 160nm. This laser is distinct from traditional lasers with cylindrically symmetric emission, which rely almost exclusively on whispering gallery modes, characterized by tangential wavevectors. (Chapter 4)(3) An array of independently-controlled liquid-crystal microchannels flanked by viscous conductors is integrated in the fiber cladding and encircles the PBG laser cavity in (2). The interplay between the radially-emitting laser and these liquid-crystal modulators enables controlled directional emission around a full azimuthal angular range. (Chapter 4) (4) The electric potential profile along the length of the electrodes in (3) is characterized and found to depend on frequency. This frequency dependence presents a new means to tune the transversely-directed transmission at a given location along the fiber axis. (Chapter 5) (5) A chemical sensing system is created within a fiber. By integrating a chemiluminescent peroxide-sensing material into the hollow core of a PBG fiber, a limit-of-detection of 300 ppb for peroxide vapors is achieved. (Chapter 3) / Engineering and Applied Sciences

published_or_final_version / Anatomy / Doctoral / Doctor of Philosophy

Η παρούσα εργασία εστιάζει στη μελέτη αισθητήρων με χρήση μικροδομημένων οπτικών ινών (ή οπτικών ίνών φωτονικών κρυστάλλων) με δύο πυρήνες, οι οποίοι αλληλεπιδρούν μεταξύ τους. Για την πληρότητα της μελέτης γίνεται αρχικά μια ανασκόπηση των βασικών χαρακτηριστικών των ινών φωτονικών κρυστάλλων όπως οι απώλειες, η διασπορά, και το φαινόμενο της περιοδικής μεταφοράς ενέργειας μεταξύ των πυρήνων σε μία διπύρηνη ίνα φωτονικών κρυστάλλων. Το τελευταίο αποτελεί βάση για τη λειτουργία της ίνας ως αισθητήρα. Στη συνέχεια, αναλύονται τα βασικά χαρακτηριστικά των αισθητήρων μικροδομημένων οπτικών ινών και μελετάται η ευαισθησία συναρτήσει του μήκος κύματος της διαδιδόμενης ακτινοβολίας και των γεωμετρικών χαρακτηριστικών της ίνας. Πιο συγκεκριμένα, μελετάται η ευαισθησία για τρία μοντέλα ινών, με μία, δύο και τρεις οπές μεταξύ των πυρήνων τους. Ως υλικό γεμίσματος των οπών θεωρήθηκε το νερό, διότι είναι ένας από τους πιο κοινούς διαλύτες, κατάλληλος και για βιολογικά δείγματα. Για κάθε ένα από τα παραπάνω μοντέλα εξετάζεται η συμπεριφορά του αισθητήρα συναρτήσει του μήκους κύματος της διαδιδόμενης ακτινοβολίας. Ακολούθως, μελετάται η συμπεριφορά των αισθητήρων όταν υποβληθούν σε μεταβολή κλίμακας (scaling), δηλαδή όταν μεταβληθούν ταυτόχρονα όλες οι γεωμετρικές παράμετροι του αισθητήρα, κρατώντας σταθερές τις αναλογίες. Ο λόγος για τον οποίο γίνεται αυτό είναι διότι αυξάνοντας την διατομή της ίνας αυξάνει παράλληλα η διάμετρος των οπών με αποτέλεσμα να διευκολύνεται το γέμισμά τους με το υπό μελέτη υλικό. Όμως, καθώς αυξάνεται η διατομή της ίνας αυξάνει παράλληλα και η απόσταση μεταξύ των πυρήνων, μειώνοντας έως εξαλείφοντας την αλληλεπίδρασή τους. Για το λόγο αυτό παρουσιάζεται μια βελτιωμένη μορφή του αισθητήρα με κεντρικές οπές στους δύο πυρήνες, με σκοπό το άπλωμα των ρυθμών και κατά συνέπεια την αύξηση της αλληλεπίδρασης μεταξύ των πυρήνων. Κατ’ αυτόν τον τρόπο η μικροδομημένη ίνα μπορεί να λειτουργήσει ως αισθητήρας για σχετικά μεγάλες τιμές της μεγέθυνσης, κάτι που δεν είναι δυνατόν απουσία κεντρικών οπών. Τέλος, παρουσιάζονται αποτελέσματα και για ένα μοντέλο αισθητήρα συμβατικής οπτικής ίνας με δύο πυρήνες και κεντρικές οπές, το οποίο στηρίζεται στην ίδια αρχή λειτουργίας και παρουσιάζει παρόμοια συμπεριφορά με τις διπύρηνες μικροδομημένες ίνες. / This MSc thesis focuses on the study of sensors using microstructured optical fibers (or photonic crystal optical fibers) with two cores, which interact with each other. For the completeness of the study, first is attempted an overview of the basic characteristics of the photonic crystal fiber such as losses, dispersion and the effect of periodic transfer of energy among the cores in a dual core photonic crystal fiber. The latter forms the base for the operation of the fiber as sensing element. Then, the basic characteristics of the sensors using microstructured optical fibers are examined and the sensitivity is studied depending on the wavelength of the propagating radiation and on the geometric characteristics of the fiber. Specifically, the sensitivity of the sensor is studied for three fiber models with one, two and three holes between their cores. Water is assumed as filling material of the holes, since it is one of the most common dissolvers, also suitable for biological samples. For each model the behaviour of the sensor depending on the wavelength of the propagating radiation is studied. Afterwards, the behaviour of the sensor under scaling of the fiber dimensions is studied. In more detail all the geometrical parameters of the sensor are changed simultaneously and proportionally. From a practical point of view increasing the fiber dimensions facilitates the filling of the holes with the material under study. However, the distance between the cores is also increased, reducing or even eliminating their interaction. Therefore, an improved form of the sensor is presented. This form has central holes in the cores in order to extend the spatial overlap of the modes increasing the interaction between the cores. This way, the microstructured fiber can operate as a sensor even for relatively large scaling, which is not possible without central holes. Finally, a conventional model of ordinary dual core optical fiber sensor is studied, having central holes in both cores. It is based on the same principle of operation and has similar behaviour with the dual core microstructured optical fibers.

No description available.

The aim of the dissertation is to investigate the dependencies of the structure of polyester multifilament yarn fabrics and their permeability to air on the fabric structure factors and to develop methods for designing air permeable fabrics.

No description available.

No description available.

No description available.

No description available.