Расчет параметров сенсоров для биологических исследований на основе ступенчатого волокна с перетяжкой

В работе рассматривается сенсор на основе ступенчатого оптического волокна, содержащего макроструктурный дефект типа «перетяжка». Такие сенсоры используются при проведении биологических исследований для точного определения показателя преломления биологического раствора. В работе исследуется случай, когда диаметр перетяжки настолько мал, что влиянием сердцевины оптического волокна на характеристики распространяющихся мод высших порядков можно пренебречь. Сигнал в виде основной моды подается на вход оптического сенсора, в перетяжке энергия основной моды преобразуется в энергию мод высших порядков, скорость распространения и постоянные распространения которых зависят от эффективного показателя преломления волокна и окружающей среды. При этом возникают интерференционные эффекты, которые становятся существенными при определенной длине волны. На выходе из сенсора измеряется интерференционный сигнал, величина которого зависит как от геометрических размеров сенсора, так и от показателя преломления окружающей среды. В работе рассматривается уравнение Максвелла для ступенчатого волокна и проводится его численное решение для случая малого диаметра перетяжки. На основе полученного численного решения рассматривается интерференционный сигнал на выходе из оптического сенсора с перетяжкой и учитывается влияние показателя преломления окружающей среды на его характеристики. Показано, что исследуемый сенсор при определенном выборе геометрических размеров перетяжки обладает достаточной чувствительность для определения разницы показателя преломления, равной 0,0001.