光子温度计的制作与测试
Summary
我们描述了光子温度计的制造和测试过程。
Abstract
近年来, 推动开发新型电信用硅光子器件已经产生了一个庞大的知识库, 目前正在利用它来开发复杂的光子传感器。硅光子传感器寻求利用纳米波导中的强光约束来传感器物理状态的变化, 从而改变共振频率。在测温的情况下, 热光系数,即由于温度的折射率的变化, 会导致光子器件 (如布拉格光栅) 的共振频率随温度漂移。我们正在开发一套光子器件, 利用电信兼容光源的最新进展, 制造经济高效的光子温度传感器, 可从受控实验室的各种设置中进行部署。条件, 对工厂地板或住宅的嘈杂环境。在本手稿中, 我们详细介绍了光子温度计的制造和测试协议。
Introduction
1871年, 西门子爵士首次提出了温度测量的黄金标准, 即铂电阻温度计, 卡林德1开发了1890年的第一台设备。自那时以来, 在温度计的设计和制造方面取得了渐进的进展, 提供了一系列广泛的温度测量解决方案。标准铂电阻温度计 (SPRT) 是实现国际温度刻度 (ITS-90) 的插补仪器, 采用电阻测温技术进行传播。今天, 在其发明后的一个多世纪, 电阻测温在工业和日常技术的各个方面起着至关重要的作用, 从生物医学到制造过程控制, 再到能源生产和消费。尽管校准良好的工业电阻温度计可以测量温度, 但不确定度小至 10 mK, 但它们对机械冲击、热应力和环境变量 (如湿度和化学污染物) 非常敏感。因此, 电阻温度计需要定期 (和昂贵) 离线重新校准。电阻测温的这些基本局限性产生了相当大的兴趣, 开发光子温度传感器2 , 可以提供类似于更好的测量能力 whislt 更强大的抗机械冲击.这样一个装置将呼吁国家和工业实验室以及那些对仪器漂移会对生产力产生负面影响的长期监测。
近年来, 提出了各种新型光子温度计, 包括光敏染料3、蓝宝石基微波耳语库模式谐振器4、光纤传感器5、6、 7、片内硅纳米光子传感器8、9、10。在 NIST, 我们的努力旨在开发低成本, 易于部署, 新颖的温度传感器和标准, 易于制造使用现有的技术, 如 CMOS 兼容制造。硅光子器件的发展是一个特别关注的问题。我们已经证明, 这些器件可用于测量-40 摄氏度至80摄氏度和5摄氏度至165摄氏度的温度, 与传统设备8的不确定性相媲美。此外, 我们的结果表明, 与一个更好的过程控制装置互换性的顺序0.1 °c 不确定度是可实现的 (即不确定度的温度测量使用标称系数不校准确定系数).
Protocol
Representative Results
Discussion
本实验的目的是量化光子温度计的温度依赖性响应。对于温度的定量测量, 使用稳定的热源 (如计量级深干井、小体积传感器) 确保油井与传感器之间良好的热接触, 并尽量减少对环境的热量损失是审慎的做法。通过将光纤粘接到芯片上, 可以很容易地满足这些要求, 从而有效的创建了一个可深入到计量温度井中的封装装置。在玻璃管中的铜缸的目的是提供一个良好的热接触芯片和玻璃管, 并提供一?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
作者承认 NIST/CNST NanoFab 设施, 提供机会制造硅光子温度传感器和怀亚特米勒和黎明十字, 以帮助建立实验。
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 |
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