Aleksandra BIENIEK-KACZOREK1, Stanisław STOPIŃSKI1,2,3, Krzysztof ANDERS1,2,3, Anna JUSZA1,3, Ryszard PIRAMIDOWICZ1,2,3
1Politechnika Warszawska, Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki, ul. Koszykowa 75, 00-662 Warszawa
2VIGO Photonics S.A., ul. Poznańska 129/133, 05-850 Ożarów Mazowiecki, Polska
3LightHouse sp. z o.o., ul. Stefczyka 34, 20-151 Lublin, Polska
Monitorowanie parametrów życiowych pacjentów, takich jak tętno i częstotliwość oddechowa, stało się wyjątkowo ważne w erze cyfrowego monitoringu zdrowia, szczególnie po doświadczeniach związanych z globalną pandemią COVID-19. Oczekuje się, że czujniki monitorujące te parametry powinny być małe, przenośne, energooszczędne i zoptymalizowane kosztowo. Kluczowa dla osiągnięcia tych celów jest miniaturyzacja wszystkich elementów systemów monitorujących, co w naturalny sposób kieruje zainteresowanie projektantów w stronę układów fotoniki scalonej (ang. photonic integrated circuits, PICs) [1].
Zalety scalonych interrogatorów w porównaniu z ich objętościowymi odpowiednikami obejmują mniejsze rozmiary i wagę, łatwiejszą integrację z systemami optycznymi i elektronicznymi, niższe zużycie energii oraz niższe koszty wytwarzania i eksploatacji.
Niniejsza praca prezentuje najnowsze osiągnięcia zespołu IMiO w dziedzinie miniaturowych interrogatorów siatek braggowskich – istotą rozwiązania jest zwiększenie rozdzielczości spektralnej przy utrzymaniu niewielkich rozmiarów całego układu poprzez zastosowanie w układzie interrogatora asymetrycznych interferometrów Macha-Zehndera (ang. asymmetric Mach-Zehnder interferometers, AMZI). Zaprojektowane, wytworzone i zbadane układy pozwoliły na potwierdzenie podstawowych założeń – udowodniono, że architektura AMZI zapewnia odpowiednio wysoką rozdzielczość, zapewniającą możliwość detekcji niewielkich zmian długości fali Bragga, co pozwala zarówno na monitorowanie częstości oddechu (ang. respiratory rate, RR) jak też tętna (ang. heart rate, HR) [2]. Opracowane algorytmy wykorzystujące filtry przetwarzania sygnału (w tym Butterwortha i Czebyszewa) pozwoliły na radykalną poprawę sygnałów RR i HR pacjenta poprzez odfiltrowanie szumu z danych pomiarowych. Wyniki badań pozwoliły na zaprojektowanie zoptymalizowanej architektury scalonego interrogatora siatek Bragga z AMZI.
Literatura
[1] M. Słowikowski, A. Kaźmierczak, S. Stopiński, M. Bieniek, S. Szostak, K. Matuk, L. Augustin, R. Piramidowicz, Photonic Integrated Interrogator for Monitoring the Patient Condition during MRI Diagnosis, Sensors. 2021; 21(12):4238.
[2] A. Bieniek-Kaczorek, S. Stopiński, K. Anders, A. Jusza, M. Słowikowski, R. Piramidowicz, Integrated photonic interrogators for fiber-optic sensing applications, Proc. SPIE 12999, Optical Sensing and Detection VIII, 129990X (20 June 2024);
Badania były finansowane ze środków Politechniki Warszawskiej w ramach Programu Inicjatywa Doskonałości – Uczelnia Badawcza (IDUB).