Capteur de champ magnétique rapide et sensible basé sur une fibre de cristal photonique avec des nanotrous infiltrés de fluide magnétique

Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 9672 (2022) Citer cet article

1987 Accès

8 Citations

8 Altmétrique

Détails des métriques

Un capteur de champ magnétique à temps de réponse rapide (0,1 s) a été démontré en utilisant une fibre de cristal photonique avec des trous d'air de taille nanométrique infiltrés avec un fluide magnétique à base de polyéthylène glycol. L'effet de la concentration de nanoparticules magnétiques dans le fluide sur les performances du capteur magnéto-optique et sa dépendance sous diverses charges de champ magnétique a été étudié en détail. En particulier, la réponse du capteur a été modélisée analytiquement avec une fonction de Langevin avec un bon ajustement (R\(\ge \)0,996). Un point de détection de seuil aussi bas que 20 gauss a été enregistré et une plage de détection de 0 à 350 gauss a été démontrée au moyen de mesures de transmission optique. Les résultats expérimentaux ont été validés par la théorie à l'aide d'un modèle de transmission de la lumière en guide d'onde alimenté par des simulations par éléments finis des principaux modes guidés dans le capteur à fibre infiltrée. Le schéma d'interrogation simple, la haute sensibilité et le temps de réponse rapide font de la sonde hybride magnéto-fluidique à fibre optique proposée une plate-forme prometteuse pour de nouvelles applications de détection biochimique.

Avec l'avènement de l'internet des objets, des capteurs portables et de la médecine personnalisée, il existe une demande croissante de capteurs compacts et fiables pour fournir une biodétection et une surveillance environnementale aux utilisateurs et aux êtres artificiellement intelligents. Parmi les différents types de capteurs à base de fibres optiques, les fibres spécialisées infiltrées de fluide magnétique ont récemment attiré l'attention vers le développement de capteurs de champ magnétique très sensibles et compacts. Les capteurs de champ magnétique ont été largement utilisés dans les mesures de courant électrique, dans la métallurgie, l'industrie de l'énergie, dans la détection biomédicale, pour l'exploration pétrolière et gazière ainsi que dans l'industrie aéronautique1,2,3. Les méthodes les plus courantes reposent sur le magnéto-transistor, le magnéto-résistif, le fluxgate ou l'effet Hall pour détecter et mesurer les champs magnétiques4,5,6. Ces capteurs présentent certains inconvénients liés à leur consommation électrique, leur multiplexage limité, leur coût, leur miniaturisation et leurs capacités de télésurveillance. De plus, les sources de champ électrique environnantes sont susceptibles d'introduire du bruit via des interférences électromagnétiques dans les circuits électroniques7.

Par rapport aux capteurs conventionnels, les capteurs de champ magnétique à fibre optique offrent des avantages clés prometteurs tels qu'une taille compacte, une immunité aux interférences électromagnétiques, des capacités de surveillance à distance et de multiplexage via des modalités de réseaux optiques, une fiabilité et une sensibilité élevées. Les premiers capteurs de champ magnétique à fibre optique rapportés au cours des quatre dernières décennies utilisaient des matériaux magnétostrictifs en conjonction avec l'interférométrie Mach – Zehnder tandis que d'autres schémas exploitaient les changements de l'état de polarisation de la lumière8,9,10,11.

Parallèlement à la croissance des nanotechnologies et à l'avènement des liquides fonctionnalisés avec des nanoparticules, les applications émergentes des fluides dits magnétiques (MF) sont étudiées dans le domaine de la détection. Un MF est un liquide généralement composé de nanoparticules magnétiques à domaine unique (MNP) recouvertes d'un tensioactif en suspension dans un support liquide, et avec des propriétés physicochimiques telles que la susceptibilité magnétique, la polydispersité et les interactions dipolaires. En raison de ses propriétés magnéto-optiques personnalisables, les MF ont été appliqués dans une variété de dispositifs photoniques, notamment des réseaux optiques12, des commutateurs optiques13, des modulateurs14, des coupleurs15 et des capteurs de champ magnétique16.

La capacité à présenter un indice de réfraction dépendant du champ magnétique (RI)17,18 qui est attribué à la distribution microstructurale des MNP à l'intérieur du MF est un paramètre clé utilisé dans de nombreuses applications de détection. En conséquence, différentes configurations de fibres optiques en conjonction avec MF ont été bien étudiées en tant que capteurs de champ magnétique. Ils peuvent être utilisés dans trois configurations différentes, initialement sous la forme du film mince MF à la facette d'extrémité de la section transversale de la fibre optique, comme gaine d'une fibre gravée/conique (dans la section médiane) et enfin comme matériau de remplissage à l'intérieur la fibre. Pour la première configuration, plusieurs capteurs basés sur Fabry-Pérot qui intègrent MF dans une section de fibre optique ont été rapportés19,20. Cette technique souffre d'une sensibilité à la dilatation thermique et d'un processus compliqué pour calculer et fabriquer les dimensions correctes de la cavité. Ces problèmes ont été résolus dans les fibres effilées gravées21,22, cependant ces fibres amincies sont très fragiles en raison de leur faible résistance mécanique. Enfin, en injectant le MF à l'intérieur de la fibre, les caractéristiques microstructurées d'origine sont non seulement conservées mais l'ensemble de la fibre offre également une zone d'interaction étendue qui améliore la sensibilité23. Dans ce travail, nous présentons une fibre à cristal photonique spéciale (PCF) avec des trous d'air à l'échelle nanométrique infiltrés de MF. Les performances des capteurs, y compris la sensibilité, les points de seuil et de saturation, les temps de réponse/récupération ont été étudiées en détail pour différentes concentrations de MF. Ce travail est organisé comme suit : la section "Procédé de fabrication et principe de fonctionnement" décrit le processus d'infiltration PCF et le principe de détection. Dans la section "Résultats et discussion", l'étude expérimentale sur l'effet des concentrations de MF dans les réponses des capteurs est examinée. De plus, des simulations numériques concernant la puissance de sortie, qui sont ensuite suivies d'une comparaison entre les résultats expérimentaux et de simulation, ont été effectuées. Le capteur fonctionnel proposé avec des caractéristiques telles qu'une taille compacte et un temps de réponse/récupération rapide peut trouver des applications dans la détection biochimique et industrielle future.

Les figures 1a, b illustrent la configuration expérimentale schématique pour remplir le PCF avec le MF (MNP ferromagnétique de taille moyenne de 10 nm dans une solution de polyéthylène glycol de Ferrotec, États-Unis). L'extrémité plate clivée d'un PCF de 15 cm a été immergée perpendiculairement dans un flacon d'échantillon de 2 ml contenant le MF. Le MF a été infiltré avec succès dans les trous d'air et sur toute la longueur du PCF selon la loi de Poiseuille24 selon laquelle le gradient de pression induit entre les deux extrémités de la fibre se traduit par un écoulement laminaire de MF [Fig. 1c, d].

La figure 1b montre la coupe transversale SEM du PCF utilisé qui présente un revêtement troué constitué de trous d'air disposés selon un motif de réseau hexagonal avec un pas de 1,4 mm et un diamètre moyen de trou de 480 nm. Afin d'appliquer un champ magnétique uniforme sur le côté du PCF infiltré de MF, un aimant en forme de plaque (KJ Magnetics, USA) a été placé à côté de la région de détection à des distances définies avec précision de la fibre. Un magnétomètre à sonde Hall (modèle KOSHAVA 5, Wuntronic GmbH) a été utilisé pour surveiller l'intensité du champ magnétique et calibrer le capteur à fibre optique du champ magnétique. Le profil du faisceau de sortie ainsi que la puissance transmise à la sortie de la fibre optique ont été surveillés respectivement via une caméra CCD et un wattmètre optique.

( a ) Schéma de la configuration expérimentale pour remplir le PCF, ( b ) Image SEM en coupe transversale du PCF, ( c ) Image au microscope optique du PCF nu et ( d ) vues latérales infiltrées du PCF.

Comme le montre la figure 2b, lorsque le PCF infiltré a été exposé au champ magnétique, la distribution spatiale des transformations MF passe d'un motif homogène aléatoire à un motif dépendant du champ ordonné. Les MNP ont tendance à s'agglomérer et à former des amas en forme de chaîne le long de la direction du champ magnétique25 en raison de la relaxation Néel et brownienne. Ce phénomène induit un changement d'indice de réfraction (RI) du MF qui dépend de l'intensité du champ magnétique exercé26,27.

Il est bien connu que les MF possèdent une absorption optique élevée dans le spectre visible28 ainsi qu'une bande d'absorption élevée à une longueur d'onde de 1470 nm. La bande d'absorption est liée au processus de transition orbitale dans les particules de magnétite29. Par conséquent, pour bénéficier de l'accordabilité RI de MF dans les applications de détection, la géométrie du guide d'ondes optique joue un rôle important. Par exemple, dans le cas d'un PCF avec de grands trous d'air, une plus grande fraction de puissance optique serait absorbée, ce qui entraînerait une perte optique très élevée. Dans ce travail, l'utilisation d'un PCF spécial avec de très petits trous d'air a permis une transmission de la lumière dans la plage de 800 à 1000 nm. La configuration des tests expérimentaux est illustrée à la Fig. 2a.

La lumière incidente d'une source laser proche infrarouge (\(\lambda \)= 976 nm, Thorlabs, Pigtailed Butterfly Package) a été couplée au PCF via une combinaison de lentilles d'objectif. Les profils de puissance lumineuse transmise et de faisceau de sortie ont été enregistrés via un wattmètre optique et une caméra CCD, respectivement. Un polariseur linéaire a été réglé de manière à optimiser l'interaction de la lumière avec le MF : lorsque la direction du champ E est parallèle à la direction du champ magnétique exercé (H), la variation induite de l'absorption optique est presque le double de celle du cas où le champ E est perpendiculaire à la direction du champ H appliqué29.

Illustration schématique de (a) montage expérimental, (b) arrangement de nanoparticules magnétiques dans les trous du PCF avec (image du bas) et sans (image du haut) l'application d'un champ magnétique externe.

Le capteur proposé fonctionne sur la base de la variation RI et ce phénomène dépend fortement de la fraction volumique des particules de magnétite et du liquide porteur (eau, solvant organique, etc.). À cet égard, le MF à base de polyéthylène glycol utilisé avec des propriétés superparamagnétiques offre une stabilité colloïdale supérieure à celle des MF à base d'eau. Dans cette expérience, trois concentrations différentes de MF avec 5,9, 8,8 et 11,8 Vol.% de particules magnétiques ont été considérées. Comme le montre la figure 3, la puissance optique transmise à travers le PCF infiltré présente une forte dépendance avec l'intensité du champ magnétique appliqué. Le point de saturation du capteur (identifié par des marqueurs carrés sur la figure 3) a augmenté avec la concentration de MNP, ce qui est attribué à l'aimantation à saturation \(M_{s}\) du MF qui suit une dépendance linéaire avec la concentration. Généralement, l'aimantation des matériaux superparamagnétiques est décrite par une fonction de Langevin sous champ magnétique30.

En conséquence, les résultats expérimentaux de la figure 3 ont été ajustés avec une fonction de Langevin avec un bon degré de confiance (\(R \ge 0,996\)). Le capteur proposé présentait une limite de détection\(\le \)16 gauss dans la plage de détection effective (c'est-à-dire en dessous du point de saturation). Cette démonstration de la modulation du champ magnétique de la lumière transmise via la réponse superparamagnétique des NPs de magnétite d'utiliser le guide d'ondes PCF infiltré MF proposé dans les applications de détection magnéto-optique.

Perte de transmission par rapport au champ magnétique pour des échantillons avec diverses concentrations vol.% de MNP.

La figure 4 présente les images de la caméra CCD liées à l'intensité du modèle de faisceau de sortie du PCF infiltré avec diverses concentrations de MF et soumis sous différentes intensités de champ magnétique. Cette figure fournit un support visuel clair au fait représenté sur la Fig. 3 que les pertes de transmission augmentent avec le champ magnétique appliqué pour les trois concentrations de MF étudiées. En l'absence de champ magnétique externe, une particule de magnétite individuelle peut être décrite comme un dipôle magnétique à domaine unique avec un moment permanent. En présence d'un champ magnétique faible (20 gauss), le capteur contenant la concentration la plus élevée de MNP a montré des changements de motif distinctifs mis en évidence par des rectangles en pointillés verts sur les figures 4i, j. Une explication est qu'à des pourcentages volumiques plus élevés de MNP, parce que la distance libre entre les centres de deux dipôles est plus faible, la partie de l'énergie polaire attractive est plus grande que l'énergie thermique, de sorte que les interactions dipôle-dipôle dominent32. Ce dernier phénomène entraîne de petits changements de RI, qui à leur tour conduisent à la variation observée dans le modèle de faisceau de sortie.

Intensité du faisceau de sortie liée aux PCF infiltrés avec : (a–d) 5,9 Vol.%, (e–h) 8,8 Vol.% et (i–l) 11,8 Vol.% concentrations de MNP sous champs magnétiques appliqués de 0, 20, 230 et 330 gauss.

Le temps de réaction dans les applications de capteurs est un paramètre important. Afin d'évaluer la réponse dynamique de notre capteur, des longueurs égales de PCF infiltrés avec différentes concentrations de MF ont été exposées à un champ magnétique constant de 250 ± 8,7 gauss. Pour assurer la stabilité et la répétabilité des réponses du capteur, les échantillons ont été exposés à un champ magnétique. consécutivement pour trois répétitions. Les échantillons contenant la plus faible concentration de particules magnétiques (5,9 Vol%) ont présenté un temps de réponse très rapide (intervalle de temps pendant lequel la puissance optique transmise passe de 90 à 10% de sa variation) de 0,1s et un temps de récupération (inverse du temps de réponse définition) de 0,1 s également, comme illustré à la Fig. 5.

Échantillon avec 8,8 Vol. % ont montré un temps de réponse/récupération de 0,16 s. Bien que le MF avec la concentration la plus élevée (11,8 Vol.%) ait montré un temps de réponse plus long de 150 s et un temps de récupération de 9 s . Ce dernier temps de réponse long observé s'explique par les forces répulsives croissantes à courte portée qui augmentent à des niveaux de concentration élevés de MNP et qui, à leur tour, ralentissent les interactions dipôle-dipôle attractives responsables de la formation d'amas en forme de chaîne. figure 2b]. Il convient de noter que les temps de réponse et de récupération n'ont pas été affectés par la force du champ magnétique appliqué. Dans le tableau 1, nous avons résumé les performances des principales spécifications de détection rapportées dans la littérature récente par rapport au présent travail. Les résultats compilés montrent que le capteur PCF proposé se compare favorablement en termes de sensibilité et de temps de réponse.

( a ) Réponse dynamique du PCF infiltré avec 5,9 Vol. % MF en H = 250 ± 8,7 gauss, (b) Vue rapprochée avec une résolution plus fine de la région du temps de réponse.

Nous avons également modélisé le principal mécanisme de guidage d'ondes du PCF infiltré. En raison du faible contraste RI entre la structure de la fibre de verre de silice et le MF, nous nous attendons à une fuite de la lumière guidée dans la région de la gaine trouée, comme en témoignent les modèles d'intensité de sortie enregistrés sur la Fig. 4.

Afin de modéliser ce guidage d'ondes particulier, des simulations par la méthode des éléments finis (FEM) à l'aide de COMSOL Multiphysics ont été réalisées. Un diamètre uniforme de 480 nm de trous PCF a été supposé avec une valeur de pas de 1,4 \(\upmu {\mathrm{m}}\) à l'intérieur du 125 \(\upmu {\mathrm{m}}\) diamètre de silice revêtu de PCF avec gaine de protection en acrylate (250 \(\upmu {\mathrm{m}}\) diamètre). De plus, l'indice de réfraction de différents MF a été mesuré via un réfractomètre numérique (Kruss DR301-95) à une longueur d'onde de 589 nm. Il a été observé que le RI augmentait linéairement avec l'augmentation de la concentration des échantillons. C'est pour 5.9, 8.8 et 11.7 Vol. % MF le RI mesuré était de 1,4276, 1,4707 et 1,493, respectivement.

Ces dernières valeurs de RI ont été utilisées dans les simulations car les changements de RI du MF à 589 nm par rapport à une longueur d'onde de 976 nm sont négligeables et présentent une tendance similaire en ce qui concerne les changements de concentration de MF. Les cinq premiers modes guidés principaux ont été sélectionnés pour chaque valeur de champ magnétique appliqué, et les composantes \(n_{eff}\), de perte (\(\alpha \)), de champ E et de champ H correspondantes ont été calculées avec le solveur de mode FEM.

Par la suite, la distribution transversale du champ E à la facette de sortie du capteur à fibre de longueur L a été modélisée comme la superposition cohérente des N modes guidés comme décrit par l'équation suivante :

où \(E_j = (E_j^x,E_j^y)\) sont les composantes transversales du champ x et y, tandis que \(n_{eff,j}\) et \(\alpha _j\) désignent l'indice effectif réel et le coefficient de perte de puissance du mode guidé \(j-th\) à une fréquence donnée \(\omega \). La variable \(C_j\) représente les coefficients de couplage d'amplitude normalisés calculés à partir de l'intégrale de recouvrement du faisceau gaussien d'entrée et de l'intégrale de recouvrement des distributions modales respectives du mode \(j-th\) :

où les champs modaux ont été correctement normalisés à la puissance unitaire via \(\frac{F}{\sqrt{\frac{1}{2}\int Rel{(E_t\times H_t^*)} dxdy}}\), où F représente la composante de champ (E ou H) du vecteur de champ électromagnétique. Le laser à 976 nm utilisé est polarisé linéairement de sorte qu'un faisceau gaussien polarisé x de rayon \(\sigma =7\upmu m \) a été considéré comme la source d'entrée avec une puissance optique P : dans les simulations :

Donc en utilisant l'Eq. (1) une expression peut être dérivée de la puissance transmise dans le capteur PCF infiltré :

où \((x_0,y_0)\) désigne les coordonnées du centre de la section PCF. Afin de modéliser la puissance transmise dans l'Eq. (5) de notre capteur à fibre, nous avons utilisé les cinq premiers modes guidés dominants simulés par FEM qui transportent\(\ge \) 90\(\%\) de la puissance transmise. Un autre paramètre de simulation clé qui a été considéré concerne les changements d'indice de réfraction du fluide magnétique (\(n_{MF}\)) à mettre en œuvre dans nos simulations lorsque le champ magnétique appliqué est \(H>0\). Cette relation entre \(n_{MF}\) et H est a priori inconnue. Mais sachant que la valeur de \(n_{MF}\) obéit à un comportement de fonction de Langevin décroissant30,33 et le fait que nous avons mesuré la valeur de \(n_{MF}\) à H=0 gauss, nous avons effectué une série de FEM des simulations qui nous ont permis de trouver le meilleur ajustement entre la perte de transmission de sortie de capteur simulée et expérimentale sur la Fig. 6b en utilisant le modèle pour \(n_{MF}\) dans l'Eq. (6) et représenté sur la figure 6a. Notons que le modèle de l'Eq. (6) a été dérivée pour une concentration de MF de 5,9 % en volume pour laquelle nous avons observé les performances de capteur les plus élevées. Par conséquent, toutes les simulations ont été effectuées pour cette concentration spécifique.

Les écarts entre l'expérience et les simulations sont dus à une diffusion optique supplémentaire dans le PCF qui n'est pas prise en compte dans les simulations qui supposaient une structure PCF parfaitement lisse.

(a) \(n_{MF}\) modélisé par rapport au champ magnétique appliqué, (b) Comparaison entre la simulation et les données expérimentales concernant la perte de transmission optique dans le PCF infiltré par MF en fonction du champ magnétique appliqué.

La précision exquise de la technologie de fibre optique mature en combinaison avec des fluides fonctionnels adaptés avec de fines particules magnétiques rend une conception de sonde magnéto-fluidique hybride à fibre optique souhaitable pour les applications émergentes de détection biochimique et environnementale. Dans ce travail, nous proposons et démontrons un nouveau type de capteur à fibre optique de champ magnétique basé sur un type spécial de fibre à cristal photonique (PCF) avec de très petits trous d'air de taille submicronique infiltrés avec un fluide magnétique fonctionnel (MF). La sonde à fibre optique résultante nous a permis de démontrer un capteur de champ magnétique très sensible (0 à 350 gauss), rapide (temps de réponse de 0,1 s) et compact qui peut être piloté à l'aide de diodes laser proche infrarouge économiques. Les résultats expérimentaux ont été bien ajustés à l'aide d'une fonction de Langevin et expliqués par un modèle de transmission optique dépendant du champ magnétique et du mode qui a été validé par des simulations de la méthode des éléments finis. Cette démonstration constitue une autre étape vers de nouvelles approches de détection hybride magnéto-fluidique à fibre optique pour les applications de détection biochimique et environnementale.

Les ensembles de données utilisés et/ou analysés au cours de l'étude en cours sont disponibles auprès de l'auteur correspondant sur demande raisonnable.

Shi, D., Sadat, ME, Dunn, AW & Mast, DB Propriétés photo-fluorescentes et magnétiques des nanoparticules d'oxyde de fer pour les applications biomédicales. Nanoscale 7, 8209–8232 (2015).

Article ADS CAS Google Scholar

Němec, F., Morgan, DD, Gurnett, DA & Andrews, DJ Modèle empirique de l'ionosphère martienne de jour : effets des champs magnétiques crustaux et du flux ionisant solaire à des altitudes plus élevées. J. Geophys. Rés. Sp. Phys. 121, 1760-1771 (2016).

Annonces d'article Google Scholar

Kurosawa, K. Développement de la technique de détection de courant à fibre optique et ses applications dans les systèmes d'alimentation électrique. Capteurs photoniques 4, 12–20 (2014).

Annonces d'article Google Scholar

Mancoff, FB, Dunn, JH, Clemens, BM & White, RL Un capteur à magnétorésistance géant pour les mesures de champs magnétiques élevés. Appl. Phys. Lett. 77, 1879-1881 (2000).

Article ADS CAS Google Scholar

Langfelder, G. & Tocchio, A. Fonctionnement des magnétomètres MEMS à force de Lorentz avec un décalage de fréquence entre le courant d'entraînement et la résonance mécanique. IEEE Trans. Magn. 50, 1–6 (2013).

Article Google Scholar

Snoeij, MF, Schaffer, V., Udayashankar, S. & Ivanov, MV Magnétomètre fluxgate intégré pour une utilisation dans la détection de courant isolé. IEEE J. Circuits à semi-conducteurs 51, 1684–1694 (2016).

Annonces d'article Google Scholar

Ripka, P. & Janosek, M. Avancées dans les capteurs de champ magnétique. IEEE Sens. J. 10, 1108–1116 (2010).

Annonces d'article Google Scholar

Koo, KP & Sigel, GH Caractéristiques des capteurs de champ magnétique à fibre optique utilisant des verres métalliques. Opter. Lett. 7, 334–336 (1982).

Article ADS CAS Google Scholar

Rashleigh, SC Détection de champ magnétique avec une fibre monomode. Opter. Lett. 6, 19-21 (1981).

Article ADS CAS Google Scholar

Sedlar, M., Matejec, V. & Paulicka, I. Capteurs de champ magnétique à fibre optique utilisant des gaines magnétostrictives en céramique. Sens. Actionneurs A 84, 297–302 (2000).

Article CAS Google Scholar

Yoshino, T. & Ohno, Y. Méthode tout optique très sensible pour mesurer les champs magnétiques. Fibre Intégr. Opter. 3, 391–399 (1981).

Annonces d'article Google Scholar

Horng, H.-E. et coll. La magnétochromatique résultait de réseaux optiques de films de fluide magnétique soumis à des champs magnétiques perpendiculaires. J. Appl. Phys. 88, 5904–5908 (2000).

Article ADS CAS Google Scholar

Horng, H.-E. et coll. Commutateur optique accordable utilisant des fluides magnétiques. Appl. Phys. Lett. 85, 5592–5594 (2004).

Article ADS CAS Google Scholar

Chieh, J.-J., Yang, S.-Y., Horng, H.-E., Hong, C.-Y. & Yang, H.-C. Modulateurs à fibre optique à fluide magnétique par modulation magnétique. Appl. Phys. Lett. 90, 133505 (2007).

Annonces d'article Google Scholar

Dutt, A., Varshney, SK et Mahapatra, S. Conception de coupleurs accordables utilisant des fibres optiques à trois cœurs remplies de fluide magnétique. IEEE Photonics Technol. Lett. 24, 164–166 (2011).

Annonces d'article Google Scholar

Wu, W. et al. Capteur de champ magnétique compact basé sur un interféromètre à fibre intégré dans un fluide magnétique. IEEE Magn. Lett. 10, 1–5 (2019).

Annonces d'article Google Scholar

Philip, J. & Laskar, JM Propriétés optiques et applications des ferrofluides - une revue. J. Nanofluids 1, 3–20 (2012).

Article CAS Google Scholar

Jin, J., Song, D., Geng, J. & Jing, D. Diffusion en fonction du temps de la lumière incidente de différentes longueurs d'onde dans les ferrofluides sous champ magnétique externe. J. Magn. Magn. Mater. 447, 124-133 (2018).

Article ADS CAS Google Scholar

Hu, T., Zhao, Y., Li, X., Chen, J. & Lv, Z. Nouveau capteur de courant à fibre optique basé sur un fluide magnétique. Menton. Opter. Lett. 8, 392–394 (2010).

Annonces d'article Google Scholar

Lv, R.-Q., Zhao, Y., Wang, D. & Wang, Q. Capteur Fabry-Pérot à fibre optique remplie de fluide magnétique pour la mesure du champ magnétique. IEEE Photonics Technol. Lett. 26, 217-219 (2014).

Annonces d'article Google Scholar

Zhao, Y., Wu, D. & Lv, R.-Q. Capteur de champ magnétique basé sur un cône de fibre de cristal photonique recouvert de ferrofluide. IEEE Photonics Technol. Lett. 27, 26–29 (2015).

Annonces d'article Google Scholar

Azad, S., Nikzad, A. & Parvizi, R. Capteur immunitaire magnétique à modulation de champ évanescent basé sur un fluide magnétique et une fibre optique polymère. IEEE Sens. J. 2, 2 (2018).

Article Google Scholar

Gao, R., Jiang, Y. & Abdelaziz, SJ Capteurs de champ magnétique tout fibre basés sur des fibres de cristal photonique remplies de fluide magnétique. Opter. Lett. 38, 1539-1541 (2013).

Article ADS CAS Google Scholar

Pfitzner, J. Poiseuille et sa loi. Anesthésie 31, 273-275 (1976).

Article CAS Google Scholar

Kötitz, R., Fannin, PC & Trahms, L. Étude dans le domaine temporel de la relaxation brownienne et de Néel dans les ferrofluides. J. Magn. Magn. Mater. 149, 42–46 (1995).

Annonces d'article Google Scholar

Yang, S.-Y. et coll. Indice de réfraction magnétiquement modulé des films de fluide magnétique. Appl. Phys. Lett. 81, 4931–4933 (2002).

Article ADS CAS Google Scholar

Horng, H.-E., Hong, C.-Y., Yang, S.-Y. & Yang, H.-C. Conception des indices de réfraction à l'aide de fluides magnétiques. Appl. Phys. Lett. 82, 2434-2436 (2003).

Article ADS CAS Google Scholar

Hoffmann, B. & Köhler, W. Formation de grappes induite par la lumière réversible de colloïdes magnétiques. J. Magn. Magn. Mater. 262, 289–293 (2003).

Article ADS CAS Google Scholar

Inaba, N., Miyajima, H., Takahashi, H., Taketomi, S. & Chikazumi, S. Absorption magnéto-optique dans la région infrarouge pour une couche mince de fluide magnétique. IEEE Trans. Magn. 25, 3866–3868 (1989).

Article ADS CAS Google Scholar

Bean, CP & Livingston, UD Superparamagnétisme. J. Appl. Phys. 30, S120–S129 (1959).

Annonces d'article Google Scholar

Sharma, M., Pradhan, P. & Ung, B. Fibre à cristal photonique à noyau annulaire mono-radial sans fin pour la transmission à large bande et la génération de supercontinuum de faisceaux vortex. Sci. Rep. 9, 2488 (2019).

Annonces d'article Google Scholar

Zhu, Y., Ivey, ML, Sheaffer, P., Pousset, J. & Liu, J. Transitions de phase induites par un champ magnétique dans une émulsion de ferrofluide. Int. J.Mod. Phys. B 10, 2973-2981 (1996).

Article ADS CAS Google Scholar

Zhao, Y., Lv, R.-Q., Wang, D. & Wang, Q. Capteur de champ magnétique Fabry-Perot à fibre optique avec compensation de température à l'aide d'un réseau de Bragg à fibre. IEEE Trans. Instrument. Mes. 63, 2210-2214 (2014).

Article Google Scholar

Dai, J., Yang, M., Li, X., Liu, H. & Tong, X. Capteur de champ magnétique basé sur un réseau de Bragg à fibre gravée revêtue de fluide magnétique. Opter. Technologie fibre. 17, 210-213 (2011).

Article ADS CAS Google Scholar

Tian, Q. et al. L'invention concerne un capteur de champ magnétique à fibre optique indépendant de la température utilisant un réseau de Bragg à fibre fine sur mesure. Opter. Commun. 393, 169-172 (2017).

Article ADS CAS Google Scholar

Wu, J. et al. Capteur de champ magnétique basé sur une fibre optique conique à noyau décalé et un fluide magnétique. J. Opt. 16, 075705 (2014).

Article ADS CAS Google Scholar

Chen, Y., Han, Q., Liu, T., Lan, X. & Xiao, H. Capteur de champ magnétique à fibre optique basé sur une structure monomode-multimode-monomode et un fluide magnétique. Opter. Lett. 38, 3999–4001 (2013).

Annonces d'article Google Scholar

Télécharger les références

Les auteurs tiennent à remercier Mathieu Gratuze pour son aide dans l'extraction des données de simulation.

Department of Electrical Engineering, École de technologie supérieure, Montreal, H3C 1K3, Canada

Saïd Azad, Ricardo Izquierdo & Bora Ung

Université Laval, Centre d'optique, photonique et lasers (COPL), Québec, G1V 0A6, Canada

Satyendra Kumar Mishra

Département de physique, Collège des sciences, Université de Yasouj, Yasouj, 75918-74934, Iran

Ghasem Rezaei

Département de génie électrique, LACIME, Montréal, H3C 1K3, Canada

Saïd Azad, Ricardo Izquierdo & Bora Ung

Vous pouvez également rechercher cet auteur dans PubMed Google Scholar

SA, BU et RI ont conçu les expériences. SA et SKM ont mené les expériences. BU, SA et GR ont travaillé sur la modélisation et l'interprétation des résultats. BU et RI ont supervisé le projet et fourni les ressources. Tous les auteurs ont examiné le manuscrit.

Correspondance à Bora Ung.

Les auteurs ne déclarent aucun intérêt concurrent.

Springer Nature reste neutre en ce qui concerne les revendications juridictionnelles dans les cartes publiées et les affiliations institutionnelles.

Libre accès Cet article est sous licence Creative Commons Attribution 4.0 International, qui permet l'utilisation, le partage, l'adaptation, la distribution et la reproduction sur n'importe quel support ou format, à condition que vous accordiez le crédit approprié à l'auteur ou aux auteurs originaux et à la source, fournir un lien vers la licence Creative Commons et indiquer si des modifications ont été apportées. Les images ou tout autre matériel de tiers dans cet article sont inclus dans la licence Creative Commons de l'article, sauf indication contraire dans une ligne de crédit au matériel. Si le matériel n'est pas inclus dans la licence Creative Commons de l'article et que votre utilisation prévue n'est pas autorisée par la réglementation légale ou dépasse l'utilisation autorisée, vous devrez obtenir l'autorisation directement du détenteur des droits d'auteur. Pour voir une copie de cette licence, visitez http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.

Réimpressions et autorisations

Azad, S., Mishra, SK, Rezaei, G. et al. Capteur de champ magnétique rapide et sensible basé sur une fibre de cristal photonique avec des nanotrous infiltrés de fluide magnétique. Sci Rep 12, 9672 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-13873-z

Télécharger la citation

Reçu : 08 mars 2022

Accepté : 30 mai 2022

Publié: 11 juin 2022

DOI : https://doi.org/10.1038/s41598-022-13873-z

Toute personne avec qui vous partagez le lien suivant pourra lire ce contenu :

Désolé, aucun lien partageable n'est actuellement disponible pour cet article.

Fourni par l'initiative de partage de contenu Springer Nature SharedIt

Rapports scientifiques (2022)

En soumettant un commentaire, vous acceptez de respecter nos conditions d'utilisation et nos directives communautaires. Si vous trouvez quelque chose d'abusif ou qui ne respecte pas nos conditions ou directives, veuillez le signaler comme inapproprié.

Nouvelles

Capteur de champ magnétique rapide et sensible basé sur une fibre de cristal photonique avec des nanotrous infiltrés de fluide magnétique