تصنيع واختبار الحرارة الضوئية
Summary
ونحن تصف عملية تصنيع واختبار الحرارة الضوئية.
Abstract
في السنوات الأخيرة، دفعة لتطوير أجهزة السيليكون رواية الضوئية للاتصالات السلكية واللاسلكية قد ولدت قاعدة معرفية واسعة هو الآن يجري الاستدانة لتطوير أجهزة الاستشعار الضوئية المتطورة. أجهزة الاستشعار الضوئية السليكون يسعون إلى استغلال قوي حبس الضوء في نانو-وافيجويديس ترانسدوسي التغييرات في الحالة المادية للتغيرات في تردد صدى. في حالة الحرارة، يتسبب المعامل الحرارية البصرية، أي تغييرات في الانكسار بسبب درجة الحرارة، وتواتر رنانة للجهاز الضوئية مثل القبر براج الانجراف مع درجة الحرارة. نحن نعمل على تطوير مجموعة من الأجهزة الضوئية التي الاستفادة من التقدم الذي أحرز مؤخرا في الاتصالات متوافق مع مصادر الضوء اختﻻق أجهزة الاستشعار درجة الحرارة الضوئية فعالة من حيث التكلفة، والتي يمكن نشرها في مجموعة متنوعة من الإعدادات التي تتراوح من المختبرات التي تسيطر عليها الظروف، إلى بيئة صاخبة من أرضية مصنع أو مكان إقامة. في هذه المخطوطة، التفصيل ونحن لدينا بروتوكول للتصنيع واختبار الحرارة الضوئية.
Introduction
أولاً اقترحه المعيار الذهبي للقياس درجة الحرارة والحرارة مقاومة البلاتين، سيمنز سيدي في عام 1871 مع كالندر1 تطوير الجهاز الأول في عام 1890. منذ ذلك الوقت إحراز تقدم تدريجي في تصميم وتصنيع ترمومترات تسليم مجموعة واسعة من درجات الحرارة حلول القياس. الحرارة مقاومة البلاتين القياسية (SPRT) هي الأداة التحريف لتحقيق “الدولية مقياس درجة الحرارة” (ITS-90) ونشرها باستخدام مقاومة الحرارة. واليوم، أكثر من قرن بعد اختراعه، مقاومة الحرارة يلعب دوراً حاسما في مختلف جوانب تكنولوجيا الصناعة والحياة اليومية التي تتراوح بين الطب الحيوي لمراقبة عملية التصنيع، لإنتاج الطاقة واستهلاكها. على الرغم من أن الحرارة جيدا معايرة المقاومة الصناعية يمكن قياس درجة الحرارة مع أوجه عدم اليقين صغيرة مثل 10 عضو الكنيست، حساسة للصدمات الميكانيكية والإجهاد الحراري والمتغيرات البيئية مثل الملوثات الكيميائية والرطوبة. ونتيجة لذلك، تتطلب ترمومترات المقاومة استخلص off-line الدورية (ومكلفة). وقد أنتجت هذه القيود الأساسية لمقاومة الحرارة اهتماما كبيرا بتطوير أجهزة استشعار درجة الحرارة الضوئية2 التي يمكن أن تقدم مماثل لأفضل قياس قدرات ويسلت ويجري أكثر قوة ضد الصدمات الميكانيكية . هذه ديفسيي نداء إلى المختبرات الوطنية والصناعية والمهتمين بالرصد الطويلة الأجل حيث الانجراف صك يمكن أن يؤثر سلبا على الإنتاجية.
في السنوات الأخيرة اقترحت مجموعة متنوعة واسعة من رواية الحرارة الضوئية بما في ذلك الأصباغ حساس3، الميكروويف المستندة إلى ياقوت يهمس في معرض وضع جهاز رنان4،،الألياف البصرية أجهزة الاستشعار56، 7، وعلى شريحة السليكون أجهزة الاستشعار الضوئية نانو8،9،10. في نيست، تهدف جهودنا في تطوير منخفضة التكلفة، وسهولة النشر وأجهزة استشعار درجة الحرارة الرواية والمعايير التي يتم تصنيعها بسهولة باستخدام التكنولوجيات الموجودة، مثل التصنيع المتوافقة مع CMOS. قد تم تركيز بشكل خاص تطوير أجهزة السيليكون الضوئية. لقد أظهرنا أن هذه الأجهزة يمكن استخدامها لقياس درجة الحرارة على مدى يتراوح من-40 درجة مئوية إلى 80 درجة مئوية و 5 درجة مئوية إلى 165 درجة مئوية مع أوجه عدم اليقين التي مماثلة للأجهزة القديمة8. وعلاوة على ذلك، النتائج التي توصلنا إليها تشير إلى أن مع جهاز تحكم أفضل في عملية تبادل الأدوار بناء على أمر من عدم اليقين 0.1 درجة مئوية قابلة للتحقيق (أي عدم التيقن قياس درجة الحرارة باستخدام معاملات رمزية لا معايرة تحديد معاملات ).
Protocol
Representative Results
Discussion
وكان الهدف من هذه التجربة لقياس استجابة تعتمد درجة حرارة مقياس الحرارة الضوئية. للحصول على قياسات كمية لدرجة الحرارة، فإنه من الحكمة استخدام مصدر حرارة مستقرة مثل درجة القياس عميقة جافة حسنا، صغر حجم أجهزة الاستشعار، وضمان حسن الاتصال الحراري بين البئر وأجهزة الاستشعار، وتقليل الحرارة ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
الكتاب يعترف مرفق نيست/كنست “نانوفاب” لإتاحة الفرصة لافتعال السيليكون مجسات درجة الحرارة الضوئية وميلر وآيات وعبر الفجر للمساعدة في إعداد هذه التجارب.
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
- Price, R. The Platinum resistance Thermometer. Platinum Metals Review. 3 (3), 78-87 (1959).
- Xu, H., et al. Ultra-Sensitive Chip-Based Photonic Temperature Sensor Using Ring Resonator Structures. Optics Express. 22, 3098-3104 (2014).
- Donner, J. S., Thompson, S. A., Kreuzer, M. P., Baffou, G., Quidant, R. Mapping Intracellular Temperatrure Using Green Flurorescent Protein. Nano Letters. 12 (4), 2107-2111 (2012).
- Ahmed, Z., et al. Towards Photonics Enabled Quantum Metrology of Temperature, Pressure and Vacuum. arXiv:1603.07690 [physics.optics]. , (2016).
- Ahmed, Z., Filla, J., Guthrie, W., Quintavall, J. Fiber Bragg Gratings Based Thermometry. NCSL International Measure. 10, 24-27 (2015).
- Hill, K. O., Meltz, G. Fiber Bragg Grating Technology Fundamental and Overview. J. of Lightwave Technology. 15, 1263-1275 (1997).
- Liacouras, P. C., Grant, G., Choudhry, K., Strouse, G. F., Ahmed, Z. Fiber Bragg Gratings Embedded in 3D-printed Scaffolds. NCSL International Measure. 10 (2), 50-52 (2015).
- Klimov, N. N., Mittal, S., Berger, M., Ahmed, Z. On-chip silicon waveguide Bragg grating photonic temperature sensor. Optical Letters. 40 (17), 3934-3936 (2015).
- Klimov, N. N., Purdy, T., Ahmed, Z. On-Chip Silicon Photonic Thermometers: from Waveguide Bragg Grating to Ring Resonators sensors. Proceedings. , (2015).
- Kim, G. D., et al. Silicon photonic temperature sensor employing a ring resonator manufactured using a standard CMOS process. Optical Express. 18 (21), 22215-22221 (2010).
- Purdy, T., et al. Thermometry with Optomechanical Cavities. , STu1H.2 (2016).
