Fabrication of a Low-Cost, Fiber-Coupled, and Air-Spaced Fabry-P&#233;rot Etalon

Manuel Tanzer; Benjamin Lang; Alexander Bergmann

doi:10.3791/65174

JoVE Journal > Engineering

Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.

Ingénierie

تصنيع سيارة فابري بيرو إيتالون منخفضة التكلفة ومقترنة بالألياف ومتباعدة بالهواء

Published: February 03, 2023

doi:

10.3791/65174

Manuel Tanzer¹, Benjamin Lang¹, Alexander Bergmann¹

¹Institute of Electrical Measurement and Sensor Systems,Technical University of Graz

Summary

يصف هذا البروتوكول بناء جهاز Fabry-Perot etalon منخفض التكلفة ومنفصل ومقترن بالألياف ومتباعد بالهواء مع تطبيقات مختلفة ، مثل التحليل الطيفي للغاز النزرة. التصنيع ممكن في أي منشأة مع معدات المختبرات البصرية القياسية المتاحة.

Abstract

وجدت Fabry-Pérot etalons (FPE) طريقها إلى العديد من التطبيقات. في مجالات مثل التحليل الطيفي والاتصالات السلكية واللاسلكية وعلم الفلك ، يتم استخدام FPEs لحساسيتها العالية بالإضافة إلى قدرتها الاستثنائية على الترشيح. ومع ذلك ، عادة ما يتم بناء etalons متباعدة الهواء مع دقة عالية من قبل مرافق متخصصة. يتطلب إنتاجها غرفة نظيفة ، ومناولة زجاجية خاصة ، وآلات طلاء ، مما يعني أن FPEs المتاحة تجاريا تباع بسعر مرتفع. في هذه المقالة ، يتم تقديم طريقة جديدة وفعالة من حيث التكلفة لتصنيع FPEs المقترنة بالألياف مع معدات المختبرات الضوئية القياسية. وينبغي أن يكون البروتوكول بمثابة دليل تفصيلي لبناء وتوصيف هذه الامتحانات الإطارية الإطارية. نأمل أن يمكن هذا الباحثين من إجراء نماذج أولية سريعة وفعالة من حيث التكلفة ل FPEs لمختلف مجالات التطبيق. يستخدم FPE ، كما هو موضح هنا ، للتطبيقات الطيفية. كما هو موضح في قسم النتائج التمثيلية عبر إثبات القياسات الأساسية لبخار الماء في الهواء المحيط ، فإن FPE هذا لديه دقة 15 ، وهو ما يكفي للكشف الحراري الضوئي عن التركيزات النزرة للغازات.

Introduction

في أبسط أشكاله ، يتكون FPE من سطحين مرآة عاكسين جزئيا متوازيين¹. في التفسيرات التالية ، عند الإشارة إلى المرايا ، يتم تناول الركيزة البصرية والطلاء العاكس كواحد. في معظم التطبيقات ، تتميز المرايا المستخدمة بسطح إسفين واحد² لمنع تأثيرات etalon غير المرغوب فيها. يوضح الشكل 1 تكوين نمط التداخل ل etalon متباعد بالهواء (الشكل 1A) ، بالإضافة إلى وظيفة الانعكاس لانعكاسات المرآة المختلفة (الشكل 1B).

يدخل الضوء التجويف من خلال مرآة واحدة ، ويخضع لانعكاسات متعددة ، ويترك التجويف عن طريق الانعكاس وكذلك الإرسال. نظرا لأن هذه المقالة تركز على تصنيع FPE الذي يتم تشغيله في الانعكاس ، فإن التفسيرات الإضافية تشير إلى التفكير على وجه التحديد. تتداخل الموجات الخارجة من التجويف ، اعتمادا على فرق الطور ، q = 4πnd / λ. هنا ، n هو معامل الانكسار داخل التجويف ، و d هو تباعد المرآة ، و λ هو الطول الموجي لمصدر ضوء مقياس التداخل ، ويسمى هنا ليزر المسبار. يحدث الحد الأدنى من الانعكاس عندما يتطابق فرق المسار البصري مع المضاعف الصحيح للطول الموجي ، . يتم تحديد براعة إيتالون المستوى المتوازي المثالي من خلال انعكاسات المرآة R₁ و R₂ ^{3 فقط}:

ومع ذلك ، فإن etalon الحقيقي عرضة للعديد من الخسائر ، مما يؤدي إلى تدهور البراعة التي يمكن تحقيقها نظريا⁴^،⁵^،⁶. انحراف توازي المرآة⁷ ، والحدوث غير الطبيعي لشعاع الليزر ، وشكل الشعاع⁸ ، وشوائب سطح المرآة ، والتشتت ، من بين أمور أخرى ، يؤدي إلى انخفاض في البراعة. يمكن وصف نمط التداخل المميز بواسطة وظيفة Airy¹:

يمكن حساب العرض الكامل عند نصف الحد الأقصى (FWHM) ، وكذلك النطاق الطيفي الحر (FSR) لوظيفة الانعكاس ، على النحو التالي:

الشكل 1: نظرية مقياس التداخل فابري-بيرو . (أ) تصوير تخطيطي للتداخل متعدد الحزم ل etalon متباعد بالهواء مع نوافذ إسفينية. تدخل الموجة المستوية ، E₀ ، إلى التجويف تحت زاوية معينة ، φ ، من خلال سطح مطلي مضاد للانعكاس (AR) وتخضع بعد ذلك لانعكاسات متعددة بين الأسطح عالية الانعكاس (عالية R) متباعدة على مسافة ، d. مع كل انعكاس ، يقترن جزء من الضوء خارج النتالون إما في الإرسال أو الانعكاس ، حيث يتداخل مع الموجات الأخرى. (ب) دالة الانعكاس لإيتالون فابري-بيرو المثالي لانعكاسات المرآة المختلفة (المحور ص). يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

يمكن العثور على FPEs في مجموعة واسعة من التطبيقات⁹،¹⁰^،¹¹. في الحالة المعروضة هنا ، يتم استخدام FPE في إعداد قياس التداخل الحراري الضوئي (PTI). في PTI ، يتم قياس الكثافة الصغيرة ، وبالتالي تغيرات معامل الانكسار ، الناتجة عن الإثارة الدورية التي يتبعها التسخين السريع للغاز المستهدف عبر ليزر ثان ، بشكل متداخل¹². تتناسب كمية الحرارة ، وبالتالي حجم تغير معامل الانكسار مع تركيز الغاز. عند قياس شدة دالة الانعكاس ل FPE عند أشد نقطة لها (نقطة التشغيل) ، فإن هذه التغييرات في معامل الانكسار تحول وظيفة الانعكاس ، وبالتالي تغيير الشدة المقاسة. نظرا لأنه يمكن افتراض أن دالة الانعكاس خطية في المنطقة المحيطة بنقطة التشغيل ، فإن الإشارة المقاسة تتناسب مع تركيز الغاز. يتم تحديد حساسية المستشعر من خلال ميل وظيفة الانعكاس وبالتالي فهي تتناسب مع البراعة. أثبتت PTI ، بالاشتراك مع FPEs ، أنها طريقة حساسة وانتقائية للكشف عن كميات ضئيلة من الغازات والهباء الجوي¹³،¹⁴^،^15،16،¹⁷^،¹⁸. في الماضي ، اعتمدت العديد من أجهزة الاستشعار للضغط والقياسات الصوتية على استخدام الأجزاء المتحركة ، مثل الأغشية ، لتحل محل المرآة الثانية من FPE¹⁹. تؤدي انحرافات الغشاء إلى تغيير في مسافة المرآة ، وبالتالي طول المسار البصري. هذه الأدوات لها عيب كونها عرضة للاهتزازات الميكانيكية. في السنوات الأخيرة ، وصل تطوير الميكروفونات الضوئية باستخدام FPEs الصلبة إلى مستوى تجاري²⁰. من خلال الامتناع عن استخدام الأجزاء المتحركة ، تغير القياس من مسافة إلى معامل الانكسار داخل تجويف Fabry-Pérot ، مما زاد من صلابة المستشعرات بشكل كبير.

وتكلف FPEs المتباعدة جوا المتاحة تجاريا أكثر مما هو مقبول للنماذج الأولية والاختبار، فضلا عن تكامل أدوات الإنتاج ذات الحجم الكبير. تناقش معظم المنشورات العلمية التي تنشئ وتستخدم مثل هذه FPEs موضوع التصنيع بحد أدنى^21,22 فقط. في معظم الحالات ، من الضروري وجود معدات وآلات محددة (مثل الغرف النظيفة ومرافق الطلاء وما إلى ذلك) ؛ على سبيل المثال ، بالنسبة ل FPEs المتكاملة بالكامل بالألياف ، من الضروري وجود معدات تصنيع دقيقة خاصة. لتقليل تكاليف التصنيع وتمكين اختبار تكوينات FPE المختلفة المتعددة لتعزيز ملاءمتها لإعدادات PTI ، تم تطوير طريقة تصنيع جديدة ، والتي تم وصفها بالتفصيل في البروتوكول التالي. باستخدام مكونات الألياف البصرية السائبة والاتصالات القياسية المتاحة تجاريا فقط ، يمكن تخفيض تكاليف التصنيع إلى أقل من 400 يورو. يجب أن تكون كل منشأة تعمل بمعدات ضوئية قياسية قادرة على إعادة إنتاج مخطط التصنيع الخاص بنا وتكييفه مع تطبيقاتها.

Protocol

1. الطباعة ثلاثية الأبعاد لخلية القياس قم بتكييف خلية القياس ، كما هو موضح في ملف الترميز التكميلي 1 ، مع التطبيق الخاص بك. طباعة ثلاثية الأبعاد للخلية بالإضافة إلى الأغطية ، الواردة في ملفات الترميز التكميلية 1-3 ، لتركيب المواد البصرية السائبة.ملاحظة: تم استخدام طابعة SLA 3D لهذه الدراسة (انظر جدول المواد). أثناء إنشاء مهمة الطباعة ، تأكد من تقليل عدد هياكل الدعم داخل التجاويف والفتحات. يمكن أن يقلل الراتنج المتبقي من القطر ، وقد تتعطل البصريات السائبة. بعد الطباعة ، قم بتنظيف الخلية بكحول الأيزوبروبيل ، وقم بإزالة جميع هياكل الدعم باستخدام قاطع الأسلاك وورق الصنفرة. قم بربط الثقوب المناسبة مباشرة بعد الطباعة وقبل المعالجة.قم بربط مدخل ومخرج الغاز ك M5 لتركيب موصل الخرطوم. قم بربط الفتحة المركزية في الأسفل ك M4 للتركيب اللاحق للخلية. قم بربط الثقوب الأصغر بشكل عمودي في قضيب القفص من خلال الثقوب مثل M3 للسماح بتثبيت الخلية في نظام القفص (الشكل 2). المعالجة بالأشعة فوق البنفسجية للخلية (405 نانومتر) والأغطية عند 60 درجة مئوية لمدة 40 دقيقة على الأقل باستخدام جهاز معالجة بالأشعة فوق البنفسجية متاح تجاريا (انظر جدول المواد). الشكل 2: عرض نموذج CAD المسمى لخلية القياس. يتم توفير عرض مقطعي هنا لمزيد من الوضوح. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم. 2. تحضير الفواصل اقطع فواصل من نافذة واحدة دقيقة من السيليكا المنصهرة بالأشعة فوق البنفسجية (UVFS). اقطع قطعتين بعرض 3 مم تقريبا من نافذة الدقة ، كما هو موضح في الشكل 3B.ملاحظة: يمكن قطع الفواصل باستخدام قاطع زجاج تقليدي منخفض التكلفة (انظر جدول المواد).تنبيه: ارتد القفازات والنظارات الواقية أثناء قطع البصريات السائبة والتعامل معها. اكتب خطا مستقيما على النافذة الدقيقة باستخدام أداة القاطع ، ثم اكسر الزجاج باستخدام كماشة. استخدم دائما كماشة ذات أسطح مستوية ، وضع مناديل تنظيف العدسة (أو ما شابه) بين المعدن والزجاج لمنع تلف سطح الزجاج. نظف الفواصل برذاذ منفضة الغبار لإزالة بقايا الزجاج المتبقية.ملاحظة: بالإضافة إلى ذلك ، يمكن مسح الفواصل بعناية باستخدام سائل تنظيف العدسة وكذلك مناديل تنظيف العدسة دون الضغط. 3. جمعية إيتالون ضع الخلية المطبوعة 3D (الخطوة 1) على الطاولة مع توجيه حفرة etalon لأعلى. أدخل حلقة O (10 مم × 1 مم ، انظر جدول المواد) في حفرة etalon ، واضغط عليها قليلا في الأخدود المحدد. ضع فاصل الشعاع بحيث يكون السطح العاكس متجها لأعلى في حفرة etalon وعلى الحلقة O. ضع الفواصل بعناية على مقسم الشعاع باستخدام ملقط. ضعها بطريقة تولد فتحة واضحة لليزر الغاز والإثارة ، الذي يدخل تجويف الهواء عبر الفتحة التي تمتد من جانب واحد من الخلية إلى الجانب الآخر (الشكل 2 ، رقم 3).ملاحظة: يجب وضع الفواصل على كل جانب للحصول على تجويف هواء في المنتصف ، كما هو موضح في الشكل 3B. أمسك الفواصل الموجودة على الأسطح الجانبية فقط لتجنب خدش الأسطح المتوازية. عندما تكون الفواصل في مكانها ، قم بمحاذاة المرآة فوقها ، مع توجيه الجانب العاكس لأسفل. يجب محاذاة مقسم الحزم والفواصل والمرآة بشكل مركزي الآن. خذ غطاء etalon المطبوع ثلاثي الأبعاد ، وضع كلا الحلقتين O (10 مم × 1 مم و 14 مم × 2 مم) في الأخاديد المخصصة. قم بمحاذاة الغطاء مع الأخدود المستطيل للخلية ، وضعه أعلى المرآة.اضغط على الغطاء لتثبيت الفواصل في مكانها. ارفع الخلية مع الضغط دائما على الغطاء ، وأدخل أربعة براغي M4 من خلال الثقوب المخصصة من الجانب الخلفي. قم بتثبيتها بأربعة صواميل M4 على الجانب الأمامي ، وشدها حتى يصبح الضغط من الغطاء كافيا لتثبيت الفواصل في مكانها ويتم ضغط الحلقات O بدرجة كافية. تحقق مما إذا كانت الفواصل لا تزال في مكانها ؛ إذا كان الأمر كذلك ، فإن ETALON جاهز الآن للاستخدام مرة أخرى. استخدم القبعتين الإضافيتين المطبوعتين 3D لتركيب نوافذ الليزر على جانب خلية القياس من أجل جعل الخلية مشدودة. لذلك ، ضع حلقة O (10 مم × 1 مم) في الأخدود المخصص على الخلية وحلقة أخرى (10 مم × 1 مم) على الغطاء. ضع النافذة في الأخدود ، وقم بتثبيت غطاء النافذة بأربعة مسامير وصواميل M3 ، كما هو موضح في الشكل 2 ، رقم 2). الشكل 3: تجسيد خلية القياس و FPE. (أ) عرض عملية تجميع الخلية المطبوعة ثلاثية الأبعاد وكذلك FPE مع غطاء التثبيت المقابل. (ب) تجسيد المكونات البصرية السائبة بالترتيب الصحيح. تخلق الفواصل تجويفا متباعدا بالهواء بين سطحي المرآة. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم. 4. تجميع منصة محاذاة الألياف قم بتجميع المراحل وألواح المحول كما هو موضح في جدول المواد. استخدم الشكل 4 كاتجاه أثناء البناء. قم بتركيب أول مرحلة قياس الزوايا أحادية المحور على لوح بصري في الاتجاه x.ملاحظة: تم اختيار تسمية المحور بشكل تعسفي. يتم تعريف مستوى اللوح البصري على أنه مستوى x-y ، مع اتجاه رأسي مواجه خارج اللوح في اتجاه z موجب. اعتمادا على المراحل المستخدمة ، قم بتركيب لوحة محول أعلى مرحلة قياس الزوايا ، إذا لزم الأمر.قم بتركيب مرحلة ترجمة x-y ميكرومتر ثنائية المحور في المنتصف أعلى لوحة المحول. قم بتركيب قوس قائم الزاوية على مرحلة الترجمة التي تواجه الاتجاه y. قم بتركيب مرحلة ترجمة أحادية المحور على القوس القائم الزاوية في الاتجاه z. باستخدام لوحات محول إضافية ، قم بتركيب المرحلة الثانية من قياس الزوايا في الاتجاه z في مرحلة الترجمة. قم بتوصيل مشبك الطويق الليفي أعلى العمود. اختر طول المنشور بحيث تكون حلقة الألياف بالضبط عند نقطة دوران المرحلة العمودية الثانية. يتم إعطاء المسافة في دليل المرحلة. يبلغ القطر الخارجي لحلقة الألياف 2.8 مم. في حالة عدم توفر مشبك لهذا القطر ، استخدم مشبكا 2.5 مم ، وقم بتوسيعها باستخدام مثقاب. قم بتركيب العمود باستخدام مشبك الطويق على المرحلة العمودية الثانية لقياس الزوايا في موضع z المقابل لنقطة دوران المرحلة الأفقية الأولى من الخطوة 4.2.تأكد من أن غلاف الطويق وعدسة GRIN يخرجان من مشبك الطويق ببضعة ملليمترات في الاتجاه z السلبي. اختر الموضع الرأسي للعمود بحيث يكون طرف عدسة GRIN عند نقطة دوران المرحلة القمرية. لتركيب etalon ، خذ عمودا ، وقم بتركيب قوس قائم الزاوية عليه ، وقم بإرفاق لوحة قفص SM1 ملولبة قياسية مقاس 30 مم عليها. قم بتركيب أربعة قضبان قفص (>40 مم) على اللوحة المواجهة في الاتجاه z الموجب. خذ أربعة نوابض معدنية بقطر داخلي أكبر قليلا من قطر قضيب القفص ، وضع واحدا على كل قضيب قفص. حرك خلية القياس ذات FPE المدمجة على القضبان بحيث يكون جانب مقسم الحزمة متجها لأعلى حتى تستقر على النوابض.ملاحظة: تأكد من أن الخلية يمكن أن تتحرك بحرية في الاتجاه z. إذا كان الاحتكاك مرتفعا جدا ، فمن الضروري توسيع إضافي لثقوب الخلية لقضبان القفص. من الأفضل القيام بذلك باستخدام ملف دائري. قم بتركيب العمود ، عبر حامل عمود ، ولوحة قاعدة ، وشوكة تثبيت ، أسفل منصة محاذاة الألياف مباشرة. تأكد من أن فتحة الخلية ، التي تعرض مقسم الحزمة ، تتمركز حوالي 10 مم أسفل حامل الطويق (الخطوة 4.5). الشكل 4: صورة لمنصة المحاذاة مع FPE المقترن بعدسة GRIN أثناء عملية المعالجة بالأشعة فوق البنفسجية. المكونات المكتوبة باللون الرمادي مخصصة لقياسات PTI وليست ضرورية لعملية المحاذاة. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم. 5. الإعداد الإلكتروني البصري قم بتجميع المكونات الإلكترونية الضوئية كما هو موضح في جدول المواد ، وترتيبها كما هو موضح بشكل تخطيطي في الشكل 5. قم بتركيب مكونات الألياف الضوئية على لوح تجارب بصري باستخدام أدراج المكونات المقابلة. قم بتركيب الليزر على حامل الصمام الثنائي بالليزر. قم بتوصيل مصدر الليزر بمشغل ليزر ووحدة تحكم TEC (مبرد كهربائي حراري) مع وظيفة تعديل متكاملة (تعديل مثلث) ؛ خلاف ذلك ، من الضروري وجود مولد وظيفة إضافية. اضبط سعة تعديل التيار المثلث بطريقة يتم فيها تغطية نطاق الطول الموجي أعلى بكثير من FWHM المتوقع ل etalon (يمكن العثور على الحسابات في قسم المناقشة). اضبط تردد التعديل على حوالي 100 هرتز. قم بتوصيل الإخراج البصري لليزر بإدخال العازل باستخدام أكمام التزاوج L-bracket. قم بتركيب مخفف ألياف بصرية 15 ديسيبل بعد العازل ، وقم بتوصيله بمنفذ الإدخال الخاص بقارنة التوصيل 1 × 2. قم بتوصيل منفذ خرج قارنة التوصيل بطاقة بصرية بنسبة 90٪ بالمنفذ 1 من جهاز الدوران الضوئي. قم بتوصيل منفذ خرج قارنة التوصيل بطاقة بصرية بنسبة 10٪ بالصمام الثنائي الضوئي المرجعي للكاشف المتوازن. قم بتوصيل المنفذ 2 للجهاز الدائري بنظام عدسة الطويق-GRIN ذو الضفيرة. قم بتوصيل المنفذ 3 بالصمام الثنائي الضوئي للإشارة للكاشف. اضبط الكاشف المتوازن في وضع “التوازن التلقائي”. قم بتوصيل خرج “الإشارة” الكهربائي للكاشف بقناة واحدة من راسم الذبذبات باستخدام كابل BNC. الشكل 5: رسم تخطيطي للإعداد الإلكتروني البصري لإجراء المحاذاة. تمثل الخطوط الحمراء الألياف الضوئية ، والخطوط السوداء عبارة عن كابلات إلكترونية ، والشعاع الأزرق هو ليزر المسبار. يتم استخدام كاشف متوازن هنا ، ولكن يمكن استبداله بكاشف ضوئي تقليدي. لذلك ، يمكن حذف قارنة التوصيل 1 × 2. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم. 6. محاذاة عدسة الألياف GRIN قم بتركيب مشبك الطويق على عمود ، وقم بتثبيته عبر حامل عمود على لوح تجارب بصري. ثبت غلاف الطويق الليفي في مشبك الطويق. كما هو مذكور في الخطوة 4.6 ، قم بتوسيع مشبك الطويق باستخدام مثقاب إذا لزم الأمر. املأ ماصة بمادة لاصقة معالجة بالأشعة فوق البنفسجية (انظر جدول المواد).تنبيه: ارتد القفازات والنظارات أثناء التعامل مع البصريات السائبة وكذلك المادة اللاصقة المعالجة بالأشعة فوق البنفسجية. خذ الطويق الليفي الضفيرة ، وأضف قطرة من المادة اللاصقة على السطح الجانبي للحلقة. حافظ على نظافة السطح الأمامي للحلقة. أدخل الطويق في غلاف الطويق. تأكد من إدخال الطويق بعمق كاف بحيث تكون الواجهة الأمامية لعدسة GRIN على الأقل 1-2 مم خارج غلاف الطويق. تطبيق المعالجة المسبقة سريعة جدا مع مصباح الأشعة فوق البنفسجية (~ 10 ثانية). قم فقط بتسليط الضوء من الجانب الخلفي (نهاية الألياف للحلقة) لتثبيت الطويق على الغلاف دون تصلب أي مادة لاصقة في الطرف الأمامي من الطويق. خذ عدسة GRIN ، وابحث عن الجانب الإسفيني. يمكن القيام بذلك باستخدام المجهر أو ببساطة عن طريق قلبه. وبالتالي ، يصبح الجانب الإسفيني 8 درجات مرئيا. ضع مادة لاصقة قطرة على الطرف الإسفيني لعدسة GRIN ، وأدخلها في غلاف الطويق.ملاحظة: من خلال الضغط الطفيف ، يترك الهواء التجويف بين الطويق وعدسة الابتسامة. قد لا تكون هناك فقاعات هواء محاطة بين السطحين. إذا كان هناك ، يمكن أن يساعد تحول طفيف. بخلاف ذلك ، قم بإزالة عدسة GRIN ، وكرر الخطوة 6.8. قم بتدوير عدسة GRIN بعناية حتى يصبح السطحان الزاويان متوازيين. قم بتركيب محلل شعاع حوالي 150 مم أمام عدسة GRIN. في حالة عدم توفر محلل شعاع ، يمكن استخدام عداد طاقة به ثقب في المقدمة. قم بتوصيل الطويق الضفيرة بالليزر بالطول الموجي المناسب. قم بتشغيل الليزر.تنبيه: يجب اتخاذ احتياطات السلامة بالليزر. باستخدام الملقط ، حرك عدسة GRIN قليلا خارج غلاف الطويق لتغيير المسافة بين الطويق وعدسة GRIN. هذه المسافة ضرورية لتحديد البعد البؤري للنظام. أثناء تحريك عدسة GRIN ، راقب باستمرار شكل الشعاع (أو الطاقة الضوئية).ملاحظة: يمكن أن تساعد المعالجة المسبقة القصيرة (~ 10 ثوان) إذا كانت عملية المحاذاة غير مستقرة للغاية. عندما يركز النظام على المستوى الأمثل المطلوب ، قم بتطبيق العلاج النهائي عن طريق تعريضه لضوء الأشعة فوق البنفسجية لمدة 10 دقائق تقريبا. بعد المعالجة ، قم بإزالة غلاف الطويق من المشبك ؛ في هذه المرحلة ، يكون جاهزا للاستخدام مرة أخرى. 7. محاذاة الألياف وايتالون خذ الطويق ذو الضفيرة ونظام عدسة GRIN من الخطوة 5 ، وقم بتثبيته بمشبك الطويق من الخطوة 4.5. تأكد من نقل مرحلة الترجمة في الاتجاه z إلى أقصى ارتفاع لها وأن جميع المراحل الأخرى في مواضع محايدة (مركزية). قم بمحاذاة الخلية الموجودة أسفلها. تأكد من أن عدسة GRIN تشير مباشرة إلى مركز الفتحة. ثبت موضع الخلية على ارتفاع أقل بقليل من عدسة GRIN (حوالي 5 مم). ضع قطرة أو قطرتين من المادة اللاصقة على الواجهة الأمامية لعدسة GRIN باستخدام الماصة. قم بخفض مرحلة الترجمة في الاتجاه z حتى يتم ضمان ملامسة السطح المطلي المضاد للانعكاس لفاصل الحزمة. استمر في خفض عدسة GRIN حتى يتم الضغط بشكل كاف وتكون النوابض تحت شد كاف.ملاحظة: يضمن ذلك الحفاظ على التلامس بين عدسة GRIN ومقسم الحزمة أثناء عملية إمالة المحاذاة. يعتمد مقدار الضغط اللازم على الإعداد ويمكن ضبطه أثناء المحاذاة إذا لم يكن من الممكن ملاحظة وظيفة انعكاس معقولة. أظهرت التجربة أن المزيد من الضغط يساعد عادة في عملية المحاذاة. قم بتشغيل الليزر المعدل وكذلك راسم الذبذبات. تأكد من أن راسم الذبذبات لديه أعلى دقة ممكنة ، عند بدء عملية المحاذاة. اضبط دقة الوقت بحيث تكون فترتان إلى ثلاث فترات من التعديل مرئية. ابدأ عملية المحاذاة من خلال التأكد من أن عدسة GRIN تشير بشكل طبيعي على سطح مقسم الحزمة. يمكن القيام بذلك عن طريق الفحص البصري وتحويل مراحل قياس الزوايا وفقا لذلك. هذا هو الآن موضع الصفر. خطوة بخطوة ، قم بحرف إحدى المراحل الgoniometric قليلا ، ثم حرك المرحلة الأخرى goniometric حول موضع الصفر.إذا لم يكن من الممكن ملاحظة أي تغيير على راسم الذبذبات ، فقم بانحراف المرحلة الأولى من قياس الزوايا أكثر قليلا ، وكرر هذه العملية التكرارية حتى يصبح التعديل الثلاثي مرئيا على راسم الذبذبات. إذا لاحظت تباطؤا للإشارة بعد حركات المراحل ، فتحقق مما إذا كانت جميع المكونات ثابتة بشكل صحيح.ملاحظة: يمكن أن تساعد أيضا زيادة الضغط الناتجة عن تحريك المرحلة z لأسفل. إذا لم تكن الإشارة المرصودة قوية كما هو متوقع ، فقد يأتي الانعكاس الخلفي من أحد أسطح etalon أو إحدى القمم المحيطية لوظيفة الانعكاس. كقاعدة عامة ، مع وجود مقسم شعاع بنسبة 70٪ ومرآة عاكسة بالكامل ، فإن انعكاسات الذروة التي لوحظت في حدود 25٪ من الطاقة الضوئية التي يتم إدخالها في etalon. بمجرد ملاحظة انعكاس خلفي قوي ، اضبط دقة راسم الذبذبات ، وتأكد من أن ذروة وظيفة انعكاس etalon تقع في الوسط على منحدرات التعديل المثلثة (الشكل 6). اضبط قمة etalon عن طريق تغيير درجة حرارة الليزر حتى تتمركز القمة على المنحدر. حاول تعظيم قوة الذروة (الحد الأدنى من الجهد) مع تعظيم نسبة الذروة إلى الذروة للتعديل الثلاثي في نفس الوقت عن طريق حركات طفيفة لمراحل قياس الزوايا . عند الانتهاء من عملية المحاذاة ، قم بتركيب مصباح الأشعة فوق البنفسجية بالقرب من عدسة GRIN. استخدم حامل عدسة ذاتي التمركز بزاوية 45 درجة. أداء علاج تدريجيا. أولا ، قم بمعالجة المادة اللاصقة التي تم تطبيقها بالفعل في الخطوة 7.4. استمر في مراقبة وظيفة الانعكاس على راسم الذبذبات. إذا أدت المعالجة إلى تدهور المحاذاة بسبب انكماش المادة اللاصقة ، فقم بضبط المراحل الجونية قليلا. بعد 5-10 دقائق ، أطفئ مصباح الأشعة فوق البنفسجية ، وضع المزيد من المواد اللاصقة حول عدسة GRIN دون لمسها. قم بتعريض المادة اللاصقة لضوء الأشعة فوق البنفسجية لمدة 5-10 دقائق أخرى. كرر هذه الخطوة حتى تمتلئ فتحة الخلية بالكامل بطبقة متجانسة من المادة اللاصقة. أداء العلاج النهائي لأكثر من 1 ساعة. لضمان التوصيل الصحيح للمكونات الملصقة ، إما أن تترك الإعداد بالكامل لمدة أسبوع واحد أو خفف المفصل اللاصق عند 60 درجة مئوية لمدة 1 ساعة ، إن أمكن. الآن ، يمكن إزالة غلاف الطويق من المشبك. لذلك ، حرك مرحلة الترجمة في اتجاه z إيجابي حتى يتم استرخاء الينابيع تماما. تجنب أي ضغط على نظام عدسة Ferrole-GRIN ؛ افتح المشبك وقم بإزالته. الآن ، تم الانتهاء من etalon وجاهز للاستخدام مرة أخرى. الشكل 6: إشارة راسم الذبذبات العامة المثالية. باللون الأخضر ، يتم تصوير محاذاة جيدة ، وباللون الأصفر ، يظهر محاذاة أسوأ. كلما كانت المحاذاة أفضل ، زادت نسبة الذروة إلى الذروة للتعديل الثلاثي ، وكلما اتجهت قمة الانعكاس (الوادي) نحو الصفر. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم. 8. توصيف إيتالون لتقييم etalon المنتج ، استخدم نفس إعداد الألياف الضوئية كما هو موضح في الخطوة 5. استخدم نظام قياس قادر على ضبط درجة حرارة الليزر تدريجيا وبمعدل تسجيل بيانات كاف.ملاحظة: يتم استخدام نظام قائم على FPGA هنا (انظر جدول المواد). حساب FSR النظرية. اعتمادا على الليزر المستخدم (انظر معامل ضبط درجة الحرارة) ، قم بإجراء مسح لدرجة الحرارة يتوافق مع اثنين على الأقل من FSRs. قم بزيادة درجة الحرارة تدريجيا (زيادات ~ 0.005 °C) ، واترك TEC يستقر لمدة 2-3 ثوان قبل القياس لمدة 2-3 ثوان أخرى في كل مرة. معالجة البيانات مع أي برنامج حساب رقمي. استخدم أي مكتبة لمعالجة الإشارات مع مكتشف ذروة متكامل. تمثل المسافة بين قمتين لاحقتين FSR. احسب FWHM من خلال تقييم عرض القمة عند نصف ارتفاعها.ملاحظة: نظرا لأن حساب FSR و FWHM يعتمد بشدة على تنسيق البيانات ، فلا يتم تقديم أي رمز هنا ، ولكن يمكن للمؤلف إتاحته عند الطلب. تحويل درجة الحرارة إلى طول موجي باستخدام معامل ضبط درجة حرارة الليزر. احسب FSR وكذلك FWHM من القياسات (الشكل 7). احسب براعة FPE المصنعة بالصيغة التالية:.

Representative Results

كما يتضح من الشكل 7 ، يمكن تصنيع FPE مع وظيفة انعكاس محددة جيدا. الشكل 7: دالة الانعكاس المقاسة ل FPE النهائي. تم إجراء مسح لدرجة الحرارة ، يتوافق مع اكتساح الطول الموجي لليزر ، لقياس وظيفة انعكاس FPE. يستخدم هذا لتقييم مقاييس مثل العرض الكامل عند نصف الحد الأقصى (FWHM) والنطاق الطيفي الحر (FSR) للجهاز المصنع. يشير الانعكاس النسبي إلى النسبة النسبية للضوء الذي ينعكس مرة أخرى في الألياف بعد اجتياز FPE. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم. يتم سرد المقاييس المقاسة ل FPE في الجدول 1 ومقارنتها بالقيم المحسوبة ل etalon المثالي بنفس المواصفات. يمكن العثور على صيغ FPE المثالي في قسم المقدمة. قياس FPE المثالي الجوده 12.8 17.1 FWHM 0.0268 نيوتن متر 0.0234 نيوتن متر FSR 0.3441 نيوتن متر 0.4004 نيوتن متر حساسية 14 1 / نانومتر 21 1 / نانومتر الجدول 1: مقارنة المقاييس المقاسة والمحسوبة ل FPE etalon الملفقة. للتحقق من الكفاءة لتطبيق معين ، يتم استخدام FPE لقياسات PTI لبخار الماء في الهواء المحيط. لذلك ، يتم توجيه ليزر إثارة بطول موجي يبلغ 1,364 نانومتر إلى الخلية بشكل عمودي على ليزر المسبار. يتقاطع كلا الليزر داخل FPE. يتم تعديل ليزر الإثارة جيبيا بتردد 125 هرتز. من خلال تثبيت ليزر المسبار على أشد منحدر في FPE ، عبر تيار ثابت ، يتم تحقيق أعلى حساسية للمستشعر. بالنسبة لقياسات بخار الماء ، يتم تشغيل الخلية بنوافذ مفتوحة وتعريضها للهواء المحيط بتركيز 13762 جزء في المليون ، كما تم قياسها بواسطة جهاز مرجعي (درجة الحرارة = 21.4 درجة مئوية ، الضغط = 979.9 هيكتوباسكال ، الرطوبة النسبية = 52.2٪). يتم استخراج الإشارة عن طريق تحويل فورييه السريع (FFT) ومقارنتها بإشارة الخلفية مع إيقاف تشغيل ليزر الإثارة ، كما هو موضح في الشكل 8. يمكن الحصول على نسبة إشارة إلى ضوضاء تزيد عن 7000 ، وهو ما يتوافق مع حد الكشف البالغ حوالي 5 جزء في المليون (3σ). الشكل 8: قياسات PTI لبخار الماء في الهواء المحيط. باللون الأسود ، يتم عرض إشارة FFT للقياس بإثارة ليزر 125 هرتز. باللون الأزرق ، يتم تصوير إشارة الخلفية بدون إثارة. يظهر الجزء الداخلي الذروة المقاسة عند 125 هرتز بمزيد من التفصيل. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم. ملف الترميز التكميلي 1: Measurement_cell. SLDPRT. CAD لخلية القياس. يمكن تكييف الخلية مع متطلبات التطبيق المحدد وبعد ذلك 3D المطبوعة. الرجاء الضغط هنا لتنزيل هذا الملف. ملف الترميز التكميلي 2: cap_etalon. SLDPRT. ملف CAD لتثبيت etalon داخل خلية القياس. الرجاء الضغط هنا لتنزيل هذا الملف. ملف الترميز التكميلي 3: cap_window. SLDPRT. ملف CAD لتثبيت نوافذ الليزر على خلية القياس. الرجاء الضغط هنا لتنزيل هذا الملف.

Discussion

نظرا لأن FPE الذي تم تصنيعه باتباع البروتوكول الوارد هنا تم تحسينه لتطبيق معين ، يتم شرح التعديلات الممكنة والخطوات الحاسمة في هذا الفصل. بادئ ذي بدء ، تم تصميم FPE وخلية القياس لقياسات PTI. لذلك ، يتم إضافة مدخل ومخرج غاز ، بالإضافة إلى قناة لليزر الإثارة ، وهو عمودي على ليزر المسبار ، إلى الخلية. جميع فتحات الخلية إما محكمة الغلق عبر حلقات O و / أو مغطاة عبر نوافذ UVFS للسماح بانتشار الليزر. إذا تم استخدامها بشكل مختلف ، يمكن إعادة تصميم الخلية ، كما هو موضح في ملف الترميز التكميلي 1 ، وتكييفها مع التطبيق المحدد. تتم عملية الترابط في الخطوة 1.4 بعد الطباعة. يمكن أيضا طباعة الخيوط 3D ، ولكن نظرا لأنها تميل إلى التآكل بسرعة ، تتم طباعة الثقوب ذات قطر الفتحة الأساسية المناسبة فقط ، ويتم ربطها بعد ذلك.

يعد اختيار المواد للفواصل في الخطوة 2.1 أمرا بالغ الأهمية. يحدد توازي الفواصل توازي مرايا etalon ، وبالتالي يؤثر على البراعة⁷. تم استخدام نافذة دقيقة UVFS مقاس 1/2 بوصة ، كما هو موضح في جدول المواد ، مع توازي يبلغ ≤5 ثانية قوسية وتسطيح سطح λ / 10 فوق الفتحة الشفافة في هذه الدراسة. معامل التمدد الحراري للأشعة فوق البنفسجية هو 0.55 × 10⁻⁶ / درجة مئوية. يمكن زيادة استقرار درجة الحرارة باستخدام ، على سبيل المثال ، فواصل Zerodur⁵ ، مع معامل تمدد حراري أقل من 0.1 × 10⁻⁶ / درجة مئوية ؛ ومع ذلك ، فإن هذا له عيب ارتفاع التكاليف.

يتكون FPE من مرآة واحدة عاكسة بالكامل ، بالإضافة إلى مقسم الحزمة. يحتوي جهاز تقسيم الشعاع على سطح عاكس بنسبة 70٪ ، بالإضافة إلى جانب خلفي مطلي مضاد للانعكاس. يتيح ذلك اقتران الضوء داخل وخارج etalon. بالإضافة إلى ذلك ، تتميز ركيزة مقسم الشعاع بجانب واحد مثبت لمنع تأثيرات etalon غير المرغوب فيها. الجانب الخلفي من المرآة خشن لنفس الأسباب.

في الخطوة 5.1 ، يتم وصف الإعداد الإلكتروني البصري لتتبع عملية المحاذاة. جميع الألياف المستخدمة هي ألياف SMF-28 قياسية مع موصلات FC / APC. نظرا للتطبيق المعين ل PTI ، كان كاشف ضوئي متوازن متاحا بسهولة في هذه الدراسة ، ولكن هذا ليس ضروريا بشكل عام. يمكن استخدام كاشف ضوئي تقليدي بدلا من ذلك ؛ في هذه الحالة ، يعد استخدام قارنة توصيل 1 × 2 قديما. لا تؤثر هذه التغييرات على المكونات الأخرى للإعداد ، كما هو موضح في الشكل 5. يتوافق تعديل التيار الثلاثي لليزر المسبار ، كما هو موضح في الخطوة 5.4 ، مع اكتساح الطول الموجي. يجب اختيار نطاق حالي كاف لاكتساح قمة انعكاس واحدة على الأقل من FPE. لذلك ، يمكن أن يكون FSR واحدا بمثابة قاعدة أساسية. يمكن العثور على حسابات FSR ل FPE المثالي في قسم المقدمة. جنبا إلى جنب مع معامل الضبط الحالي (نانومتر / مللي أمبير) لليزر ، الوارد في الدليل المعني ، يمكن حساب النطاق الحالي الذي يغطي FSR واحد. على سبيل المثال ، كان لليزر المستخدم في هذا العمل معامل ضبط حالي قدره 0.003 نانومتر / مللي أمبير وينبعث بطول موجي قدره 1550 نانومتر. FSR المتوقع ل FPE المثالي مع تباعد مرآة 3 مم ، d ، هو حوالي 0.4 نانومتر. هذا يعطي نطاق ضبط حالي يبلغ 133 مللي أمبير.

في هذا العمل ، تم ضبط تردد التعديل على 100 هرتز للعرض المريح في راسم الذبذبات. نظرا لأن نطاق ضبط التيار المطلوب كبير إلى حد ما ، يمكن استخدام مخفف الألياف الثابتة للبقاء ضمن حدود الطاقة للكاشف المستخدم. يمكن تركيب المخفف مباشرة بعد العازل.

المادة اللاصقة المعالجة بالأشعة فوق البنفسجية المستخدمة في الخطوة 6 والخطوة 7 شفافة لضوء الليزر ولها معامل انكسار يبلغ 1.56. تعتمد عملية المحاذاة، كما هو موضح في الخطوة 7.1، على الكاشف الضوئي المتاح. يولد الكاشف المتوازن المستخدم في هذا الإعداد خرج “إشارة” بجهد سالب. لأسباب عامة ، يفترض خرج جهد موجب لوصف الخطوة 7.10 وفي الشكل 6. بالنسبة إلى etalon المحاذي جيدا ، ستتجه قمة الانعكاس نحو الصفر ، بينما ستزيد الوظيفة المثلثة من نسبة الذروة إلى الذروة.

بالنسبة لتوصيف etalon في الخطوة 8.1 ، يتم استخدام برنامج الحساب العددي (انظر جدول المواد). يتم حساب متوسط الجهد المقاس لكل خطوة من خطوات درجة الحرارة ورسمها ، كما هو موضح في الشكل 7. لتحويل خطوات درجة الحرارة إلى خطوات الطول الموجي ، يتم استخدام معامل ضبط درجة الحرارة لليزر المسبار. وقد دمجت مكتبات تحليل الإشارات خوارزميات تحديد الذروة، التي يمكن استخدامها لهذا الغرض. نظرا لأن تحليل البيانات يعتمد بشدة على تنسيق البيانات ، فلا يتم توفير رمز هنا ، ولكن يمكن إتاحته من قبل المؤلف المقابل عند الطلب.

أحد القيود المحتملة على تقنية التصنيع المعروضة هنا هو الاستقرار الحراري والميكانيكي في البيئات المتغيرة. نظرا لأن نطاق هذه الورقة التعليمية هو النماذج الأولية منخفضة التكلفة ل FPEs للتطبيقات المختبرية ، فلا توجد اختبارات تتعلق بالاستقرار الميكانيكي ودرجة الحرارة هنا. إذا تم استخدام FPE لتطبيقات الهاتف المحمول أو في البيئات المتغيرة ، فيجب اتخاذ تدابير إضافية من أجل تثبيت نظام عدسة الألياف GRIN ميكانيكيا بالنسبة إلى etalon.

يتم عرض طريقة جديدة لتصنيع وتوصيف FPE هنا مع المكونات البصرية القياسية المتوفرة في كل مختبر فوتوني. يتميز FPE المقدم ببراعة تبلغ حوالي 15 وحساسية كافية للكشف عن حوالي 5 جزء في المليون من بخار الماء. إلى جانب التطبيق المقدم ل PTI ، يمكن استخدام FPE هذا في تطبيقات مثل بناء الميكروفونات الضوئية²⁰ ، والتي يتم تطبيقها بشكل شائع في مجال الاختبارات غير المدمرة²³ ، أو قياسات معامل الانكسار ^24,25 ، أو مقاييس الرطوبة²⁶ ، على سبيل المثال لا الحصر.

Divulgations

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

تم إجراء العمل المعروض هنا في إطار مشروع “الاستشعار الأخضر” الممول من FFG وبرنامج الناتو SPS “مستشعرات جسيمات النانو الضوئية للكشف عن أحداث CBRN”. كما تم دعم العمل من قبل صندوق النشر المفتوح TU Graz.

Materials

Auto-Balanced Photoreceiver Nirvana	New Focus, Inc.	2017	Balanced Photodetector
Benchtop laser diode/TEC controller, 1A/96 W	Thorlabs	ITC4001
Butterfly laser diode mount	Thorlabs	LM14S2
Clamping fork	Thorlabs	CF175
compactRIO	National Instruments		For data aquisition
Dust remover	RS Components	168-1644
FC/APC to FC/APC Single L-Bracket Mating Sleeve	Thorlabs	ADAFCB3	Multiple needed
Fiber cleaning fluid	Thorlabs	RCS3
Fiber optic SM circulator	AFW technologies	CIR-3-15-L-1-2
Fiber optic SM coupler 1 x 2, 90/10	AFW technologies	FOBC-1-15-10-L-1-S-2	Only if balanced photodetector is used
Fiber optic SM isolator	AFW technologies	ISOD-15-L-1-2
Fiber optic storage reels	Thorlabs	FSR1	Multiple needed
Fixed fiber optic attenuator	Thorlabs	FA15T-APC	Different attenuation levels used
GRIN/Ferrule Sleeve, 1.818 mm Internal Diameter, 10 mm Length, Borosilicate Glass	Thorlabs	51-2800-1800	Fiber-GRIN-lens system
GRIN Lens, Ø1.8 mm, 0.23 Pitch, 8°, 1560 nm Design Wavelength, AR Coated: 1250 – 1650 nm	Thorlabs	GRIN2315A	Fiber-GRIN-lens system
Handheld UV-LED lamp	RS Components	220-6819	Lamp for curing the adhesive
High precision stage and base	Newport	9062-X-M	Three nedded
Hose conector	RS Components		M5 threaded
Large Goniometer, 44.5 mm Distance to Point of Rotation, ±5°, Metric	Thorlabs	GNL18/M	Two needed
L-Bracket Mating Sleeve	Thorlabs	ADAFCB3
Magnetic button clamps	Thorlabs	BM075	Multiple needed
Micrometer screw	Newport	9355	Three nedded
MIL-A-3920 Optical Adhesive with Resiliency, 1 oz.	Thorlabs	NOA61	UV-curing adhesive
Mounting Base, 50 mm x 75 mm x 10 mm	Thorlabs	BA2/M
O-Rings	Haberkorn		Sizes given in text
Passive component fiber tray	Thorlabs	BFCT	Multiple needed
Pedestal base adapter	Thorlabs	BE1
Pigtailed Ferrule, Ø1.8 mm, 8°, FC/APC, AR Coated: 1310/1550 nm	Thorlabs	SMPF0115-APC	Fiber-GRIN-lens system
Post holder	Thorlabs	PH30/M
Post-Mountable Ø2.5 mm Ferrule Clamp, M4 Tap	Thorlabs	FCM/M
Python	Python	3.9	Numerical data analysis software
Right-angled-bracket	Newport	9062-A-M
Self-centering lens mount	Thorlabs	SCL03
Silberschnitt 3001	Bohle	3001	Glas cutter set
SM1-threaded standard cage plate	Thorlabs	CP33/M
UV-curing device	Formlabs	Form Cure
1550 nm 20 mW butterfly DFB laser diode	AeroDiode	1550LD-5-0-0-2
3D-printer	Formlabs	3+
Ø1/2" UVFS Broadband Precision Window, Uncoated, t = 3 mm	Thorlabs	WG40530	Spacers
Ø1/2" Broadband Dielectric Mirror, 1280 – 1600 nm	Thorlabs	BB05-E04	Mirror
Ø1/2" 70:30 (R:T) UVFS Plate Beamsplitter, Coating: 1.2 – 1.6 µm, t = 3 mm	Thorlabs	BST06	Beamsplitter

References

Vaughan, M. . The Fary-Pérot Interferometer. History, Theory, Practice, and Applications. , (1989).
Liu, M., Chao, X., Ye, Z. Transmitting intensity distribution after a Gaussian beam incidenting nonnormally on a wedged Fabry-Pérot cavity. Optik. 119 (14), 661-665 (2008).
Ismail, N., Kores, C. C., Geskus, D., Pollnau, M. Fabry-Pérot resonator: Spectral line shapes, generic and related Airy distributions, linewidths, finesses, and performance at low or frequency-dependent reflectivity. Optics Express. 24 (15), 16366-16389 (2016).
Eklund, E. J., Shkel, A. M. J. Factors affecting the performance of micromachined sensors based on Fabry-Perot interferometry. Journal of Micromechanics and Microengineering. 15 (9), 1770-1776 (2005).
Rees, D., Fuller-Rowell, T. J., Lyons, A., Killeen, T. L., Hays, P. B. Stable and rugged etalon for the Dynamics Explorer Fabry-Pérot interferometer. 1: Design and construction. Applied Optics. 21 (21), 3896-3902 (1982).
Killeen, T. L., Hays, P. B., Kennedy, B. C., Rees, D. Stable and rugged etalon for the Dynamics Explorer Fabry-Pérot interferometer. 2: Performance. Applied Optics. 21 (21), 3903-3912 (1982).
Marques, D. M., Guggenheim, J. A., Munro, P. R. T. Analysing the impact of non-parallelism in Fabry-Pérot etalons through optical modelling. Optics Express. 29 (14), 21603-21614 (2021).
Marques, D. M., et al. Modelling Fabry-Pérot etalons illuminated by focussed beams. Optics Express. 28 (5), 7691-7706 (2020).
Islam, M. R., Ali, M. M., Lai, M. -. H., Lim, K. -. S., Ahmad, H. Chronology of Fabry-Perot interferometer fiber-optic sensors and their applications: A review. MDPI Sensors. 14 (4), 7451-7488 (2014).
Preisser, S., et al. All-optical highly sensitive akinetic sensor for ultrasound detection and photoacoustic imaging. Biomedical Optics Express. 7 (10), 4171-4186 (2016).
Chen, J., et al. Micro-fiber-optic acoustic sensor based on high-Q resonance effect using Fabry-Pérot etalon. Optics Express. 29 (11), 16447-16454 (2021).
Bialkowski, S. E., Astrath, N. G. C., Proskurnin, M. A. . Photothermal Spectroscopy Methods. , (2019).
Campillo, A. J., Petuchowski, S. J., Davis, C. C., Lin, H. -. B. Fabry-Pérot photothermal trace detection. Applied Physics Letters. 41 (4), 327-329 (1982).
Breitegger, P., Lang, B., Bergmann, A. Intensity modulated photothermal measurements of NO2 with a compact fiber-coupled Fabry-Pérot interferometer. MDPI.Sensors. 19 (15), 1424 (2019).
Waclawek, J. P., Kristament, C., Moser, H., Lendl, B. Balanced-detection interferometric cavity-assisted photothermal spectroscopy. Optics Express. 27 (9), 12183-12195 (2019).
Pevec, S., Donlagic, D. Miniature all-fiber Fabry-Pérot sensor for simultaneous measurement of pressure and temperature. Applied Optics. 51 (19), 4536-4541 (2012).
Dudzik, G., Krzempek, K., Abramski, K., Wysocki, G. Solid-state laser intra-cavity photothermal gas sensor. Sensors and Actuators B: Chemical. 328, 129072 (2021).
Chen, J., et al. Micro-fiber-optic acoustic sensor based on high-Q resonance effect using Fabry-Pérot etalon. Optics Express. 29 (11), 16447-16454 (2021).
Hälg, B. A silicon pressure sensor with a low-cost contactless interferometric optical readout. Sensors and Actuators A: Physical. 30 (3), 225-230 (1992).
Fischer, B. Optical microphone hears ultrasound. Nature Photonics. 10 (6), 356-358 (2016).
Waclawek, J. P., Bauer, V. C., Moser, H., Lendl, B. 2f-wavelength modulation Fabry-Pérot photothermal interferometry. Optics Express. 24 (25), 28958-28967 (2016).
Chen, J., et al. Acoustic performance study of fiber-optic acoustic sensors based on Fabry-Pérot etalons with different Q factors. MDPI Micromachines. 13 (1), 118 (2022).
Meyendorf, N., Ida, N., Singh, R., Vran, J. . Handbook of Nondestructive Evaluation 4.0. , (2022).
Kim, Y. J., Celliers, P. M., Eggert, J. H., Lazicki, A., Millot, M. Interferometric measurements of refractive index and dispersion at high pressure. Scientific Reports. 11, 5610 (2021).
Stollberger, W. F. Single particle photothermal interferometry. Technical University Graz. , (2022).
Radeschnig, U., Bergmann, A., Lang, B. Flow-enhanced photothermal spectroscopy. MDPI Sensors. 22 (19), 7148 (2022).

Play Video

PDF

DOI

DOWNLOAD MATERIALS LIST

Citer Cet Article

Tanzer, M., Lang, B., Bergmann, A. Fabrication of a Low-Cost, Fiber-Coupled, and Air-Spaced Fabry-Pérot Etalon. J. Vis. Exp. (192), e65174, doi:10.3791/65174 (2023).