Herstellung und Prüfung von photonischen Thermometer
Summary
Wir beschreiben den Prozess der Herstellung und Prüfung von photonischen Thermometer.
Abstract
In den letzten Jahren hat ein Schub für die Entwicklung von neuartigen Silizium photonische Geräte für die Telekommunikation eine breite Wissensbasis generiert, die nun für die Entwicklung von anspruchsvollen photonischer Sensoren genutzt wird. Photonische Siliziumsensoren versuchen, die starke Entbindung des Lichts in Nano-Wellenleiter um Veränderungen im körperlichen Zustand zu Veränderungen in Resonanzfrequenz transduzieren auszunutzen. Im Falle der Temperaturmessung verursacht der Thermo-optische Koeffizient, d. h., Änderungen im Brechungsindex durch Temperatur, die Resonanzfrequenz der photonischen Gerät z. B. ein Bragg-Gitter mit Temperatur treiben. Wir entwickeln eine Reihe von photonischen Geräte, die Nutzen der jüngsten Fortschritte in der Telekom kompatibel Lichtquellen, kostengünstige photonische Temperatursensoren zu fabrizieren, die in einer Vielzahl von Einstellungen von kontrollierten Labor eingesetzt werden können Bedingungen der lauten Umgebung einer Fabrikhalle oder eine Residenz. In dieser Handschrift die, ausführlich wir unser Protokoll für die Herstellung und Prüfung von photonischen Thermometer.
Introduction
Der Goldstandard für Temperatur Messtechnik, das Platin-Widerstandsthermometer, wurde zuerst von Sir Siemens im Jahr 1871 mit Callender1 entwickelt das erste Gerät im Jahre 1890 vorgeschlagen. Seit dieser Zeit hat die inkrementelle Fortschritte in der Entwicklung und Herstellung von Thermometern eine Vielzahl von Temperatur Messlösungen geliefert. Das standard Platin-Widerstandsthermometer (SPRT) ist das interpolating Instrument zur Realisierung von internationalen Temperaturskala (ITS-90) und deren Verbreitung über Widerstand Temperaturmessung. Heute, spielt mehr als ein Jahrhundert nach seiner Erfindung Widerstand Temperaturmessung eine entscheidende Rolle in verschiedenen Bereichen der Industrie und Alltag-Technologie von Biomedizin bis hin zur Herstellung von Prozess-Steuerung, zur Energieproduktion und-Verbrauch. Obwohl gut kalibrierten industrielle Widerstandsthermometer mit Unsicherheiten so klein wie 10 Temperaturmessung können mK, sie sind empfindlich gegen mechanische Stöße, thermischer Belastung und Umgebungsvariablen wie Feuchtigkeit und chemischen Verunreinigungen. Folglich erfordern Widerstandsthermometer periodische (und teure) offline Rekalibrierungen. Diese grundlegenden Beschränkungen der Widerstand Temperaturmessung produziert haben großes Interesse bei der Entwicklung von photonischen Temperatur Sensoren2 , die ähnlich wie bessere Messung Fähigkeiten Whislt mehr robust gegen mechanische Stöße liefern können . Solch ein Devcie ist interessant für nationale und industrielle Labors und interessierte Langzeitmonitoring wo Instrument Drift die Produktivität negativ beeinflussen können.
In den letzten Jahren eine Vielzahl von neuartigen photonischen Thermometer vorgeschlagen wurden unter anderem lichtempfindliche Farbstoffe3, Saphir-basierte Mikrowelle Flüstern Galerie Modus Resonator4, Faser faseroptische Sensoren5,6, 7und Silizium-Chip Nano-photonische Sensoren8,9,10. Unsere Bemühungen sollen am NIST entwickeln kostengünstige, leicht einsetzbar, neuartige Temperatursensoren und Normen, die mit bestehenden Technologien wie CMOS-kompatiblen Herstellung leicht hergestellt werden. Ein besonderer Schwerpunkt ist die Entwicklung von Silizium photonische Geräten gewesen. Wir haben gezeigt, dass diese Geräte verwendet werden können, um Temperatur zu messen, über die reicht von-40 ° C bis 80 ° C und 5 ° C bis 165 ° C mit Unsicherheiten, die legacy-Geräte8vergleichbar sind. Darüber hinaus unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass mit einem besseren Prozess-Steuergerät Austauschbarkeit in der Größenordnung von 0,1 ° C Unsicherheit erreichbar ist (d. h. die Unsicherheit der Temperaturmessung mit nominalen Koeffizienten nicht Kalibrierung bestimmt Koeffizienten ).
Protocol
Representative Results
Discussion
Ziel dieses Experiments war es, die Temperatur abhängige Reaktion der photonischen Thermometer zu quantifizieren. Zur quantitativen Messung von Temperatur ist es ratsam, eine stabile Wärmequelle zu nutzen, wie z. B. eine Messtechnik Grade tief trocken gut, kleinvolumige Sensoren gewährleisten guten thermischen Kontakt zwischen dem Brunnen und dem Sensor, und minimieren Sie Wärme an die Umgebung verliert. Diese erfüllt sind leicht durch Verklebung von optischen Fasern auf den Chip, effektiv erstellen ein verpacktes G…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Die Autoren erkennen die NIST/CSTE NanoFab Anlage für die Bereitstellung der Möglichkeit, Silizium photonische Temperatursensoren und Wyatt Miller und Dawn Cross für die Unterstützung beim Aufbau der Experimente zu fabrizieren.
Materials
| Packaging process | |||
| 6-axis stage | PI instruments | ||
| video cameras | |||
| epoxy dispensation system | |||
| Fiber array | |||
| Temperature Measurement | |||
| Metrology Well | Fluke | 9170 | Dry well stable to better than .01 K |
| Laser | Newport | TLB6700 | 1520-1570 nm tunable laser |
| Wavemeter | HighFinesse | WS/7 | 100 Hz wavemeter |
| Power meter | Newport | 1936-R | power meter with broad range |
References
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