طراحی و شبیه‌سازی فشار‌سنج و شتاب‌سنج مبتنی بر مدارات مجتمع نوری با استفاده از اثر فوتوالاستیسیته لیتیوم نیوبات

جودی, ندا; اسدی, رضا; حیدری, پیام; گنجی, مریم

doi:10.18869/acadpub.ijpr.16.1.45

طراحی و شبیه‌سازی فشار‌سنج و شتاب‌سنج مبتنی بر مدارات مجتمع نوری با استفاده از اثر فوتوالاستیسیته لیتیوم نیوبات

نویسندگان

ندا جودی ¹

رضا اسدی ¹

پیام حیدری ²

مریم گنجی ¹

¹ . مجتمع برق و الکترونیک، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران

² . دانشکده مکانیک، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد رودهن

https://doi.org/10.18869/acadpub.ijpr.16.1.45

چکیده

در این مقاله فشارسنج و شتاب‌سنج نوری جدیدی مبتنی بر ادوات میکروالکترواپتومکانیک با استفاده از تداخل‌سنج ماخ‌- زندر مجتمع در دریچه لیتیوم نیوبات طراحی شده است. در این حسگر با اعمال فشار و شتاب، دریچه دچار کرنش می‌شود و به علت اثر فوتوالاستیسیته تغییرات ضریب شکست در موج‌بر نوری واقع در دریچه ایجاد می‌شود. تغییر ضریب شکست، باعث تأخیر فاز نور منتشر شده در
موج‌بر گردیده و این تغییر فاز توسط تداخل‌سنج ماخ‌- زندر، به تغییرات شدت نور تبدیل می‌شود، برای محاسبه تنش ایجاد شده در دریچه از نرم‌افزار 5/14 ANSYS استفاده شد و حساسیت فشارسنج و شتاب‌سنج طراحی شده به ترتیب (rad/Pa)4-10×33/2 و
(rad.s2/m)5-10×16/2به‌ دست آمد.

کلیدواژه‌ها

اپتیک مجتمع

دستگاه‌های میکروالکترواپتومکانیک

فشارسنج

فوتوالاستیک

عنوان مقاله English

Design and simulation of pressuresensor and accelerometer based on integrated optical circuits using photoelastic effect of LiNbO3

نویسندگان English

N Joudi ¹

R Asadi ¹

P Heydari ²

M Ganji ¹

چکیده English

In this paper a novel optical pressure and acceleration sensor based on micro electro mechanical systems (MEOMS) has been designed. For this purpose an integrated Mach- Zander interferometer has been used in LiNbO3 diaphragm. In this sensor, the strain caused by applied pressure or acceleration leads to a change in refractive index of the wave guide in the diaphragm due to the photoelastic effect. The refractive index change leads to a phase change in the light wave that propagates in the waveguide. This phase change is converted to intensity change using the Mach- Zander interferometer. The software ANSYS 14.5 was used for calculation of the strain in the diaphragm. The pressure and acceleration sensitivity of the designed sensor have been obtained 2.33×10-4 (rad /Pa) and 2.16×10-5 (rad.s2/m), respectively.

کلیدواژه‌ها English

Micro-Opto-Electro-Mechanical systems )MOEMS)

optics

photo-elastic

pressure sensor

1. K Zandi et al., J. MEMS Sys. 21 (2012) 1464.
2. N Maluf, K Williams, “An Introduction to Microelectromechanical Systems Engineering”, Artech House Inc, Boston London (2004).
3. N Di, “Photoelastic and Electro-Optic Effects: Study of PMN-29%PT Single Crystals”, Rochester, New York (2009).
4. C P Fernandes, P O J Glantz, S A Svensson, A Bergmark, Dental Materials 19 (2003) 106.
5. W B Spillman, Opt. Lett. 7 (1982) 388.
6. A Wang, S He, X Fang, X Jin, and J Lin, J. Lightwave Tech. 10 (1992) 1466.
7. H Porte, V Gorel, S Kiryenko, J P Goedgebuer, W Daniau, and P Blind, J. Lightwave Technol. 17 (1999) 229.
8. R Ambrosio, G Lara, A Jimenez, J Mireles, J Ibarra, and A Heredia, “IEEE, International confernce on Simulation oF Semicunductor Processes and Devices”, (2012) 324.
9. P K Pattnaik, A Selvarajan, T Badrinarayana and T Srinivas, “Guided Wave Optical MEMS Pressure Sensors”, Proc. of ISA/IEEE Conference on Sensors for Industry (2005) 122.
10. J Noda, Opt. Comm. 1 (1980) 64.
11. M Valli, A Floretti, and M N Armenise, J. Modern Optics 35 (1988) 885.
12. B E A Saleh and M C Teich, “Fundamentals of Photonics”, John Willey (2006).
13. M Jazbinšek and M Zgonik, Appl. Phys. B 74 (2002) 407.
14. K Iizuka, “Elements of Photonics”, Wiley (2002).
16. R Riveria, G Garcia, J Olivares, M L Crespillo, Journal of Physics Applied Physics D 44 (2011) 11.
17. M Domenjoud, M Lematre, M Gratton, M Lethiecq, and L P Tran-Huu-Hue, IEEE Trans. Ultr. Ferr. Contr. 60 (2013) 2219.
18. K K Wong, “Properties of Lithium Niobate”, INSPEC/Institution of Electrical Engineers (2002).
19. T Dong-Lin, D Bing, H Shan, X Kun-Qing, Z LIANG, and W PENG, Optica Applicata 42 (2012) 121.