ייצור ובדיקה של מדי חום פוטוני
Summary
נתאר את תהליך ייצור ובדיקה של מדי חום פוטוני.
Abstract
בשנים האחרונות, דחיפה לפיתוח מכשירי טלקומוניקציה פוטוני סיליקון הרומן יצר מאגר ידע עצום זה עכשיו זה להיות ממונף לפיתוח חיישני פוטוני מתוחכמים. חיישני פוטוני הסיליקון לנסות לנצל את ריתוק חזקה של אור ננו-waveguides מגלי שינויים במצב פיזי לשינויים בתדר תהודה. במקרה של מטאורולוגיה, המקדם התרמו-אופטיים, קרי, לשינויים שבירה בשל הטמפרטורה, גורם לתדר המתאים של המכשיר פוטוני כגון בראג grating להיסחף עם הטמפרטורה. אנו מפתחים חבילה של פוטוני מכשירים המנצלים את התפתחויות אחרונות טלקום מקורות אור תואם כדי לפברק חיישני טמפרטורה פוטוני חסכונית, אשר ניתן לפרוס את מגוון רחב של הגדרות החל מעבדתית מבוקרת תנאים, לסביבה הרועשת של רצפה של מפעל או מקום מגורים. כתב יד זה, אנו מפרטים פרוטוקול שלנו הזיוף ולבדיקה של מדי חום פוטוני.
Introduction
תקן זהב עבור טמפרטורה מטרולוגיה, התנגדותי פלטינה, הועלתה לראשונה על ידי סר סימנס בשנת 1871 עם קלינדר1 פיתוח המכשיר הראשון בשנת 1890. מאז התקדמות מצטבר בעיצוב וייצור של מדי חום הושיע מגוון רחב של טמפרטורות פתרונות מדידה. תקן פלטינה התנגדותי (SPRT) הוא הכלי interpolating למימוש סולם טמפרטורה הבינלאומי (ITS-90), הפצתו באמצעות מטאורולוגיה ההתנגדות. היום, יותר ממאה שנים לאחר ההמצאה שלו, התנגדות מטאורולוגיה ממלא תפקיד מכריע בהיבטים שונים של התעשייה וטכנולוגיית כל יום החל וההתערבות בקרת תהליך ייצור, ייצור אנרגיה וצריכה. למרות מדי חום מכויל היטב בהתנגדות תעשייתי יכול למדוד טמפרטורה עם אי ודאות קטן כמו 10 ח”כ, והם רגישים זעזועים מכני, מתח תרמי, משתנים סביבתיים כגון לחות, כימיקלים מזהמים. כתוצאה מכך, מדי חום בהתנגדות דורשים recalibrations במצב לא מקוון תקופתי (ויקר). אלה המגבלות הבסיסיות של ההתנגדות מטאורולוגיה יצרו עניין רב בפיתוח חיישני טמפרטורה פוטוני2 שיכולים לספק דומה יותר whislt מידה יכולות להיות יותר חזקים נגד זעזועים מכני . כזה devcie ימשכו את מעבדות הלאומית ותעשייתיים, המעוניינים ניטור לטווח ארוך איפה מכשיר להיסחף עלולה להשפיע לרעה על הפרודוקטיביות.
בשנים האחרונות מגוון רחב של הרומן מדחומים פוטוני הוצעו כולל צבעי פוטוסנסיטיבית3, מיקרוגל מבוסס-ספיר לוחש גלריה במצב מהוד4, סיבים אופטיים חיישנים5,6, 7, ו על שבב סיליקון חיישנים ננו פוטוניים8,9,10. -NIST, מאמצינו מכוונים פיתוח בעלות נמוכה, הניתנות לפריסה ברצון, חיישני טמפרטורה חדשניים ותקני בקלות מיוצרים באמצעות הטכנולוגיות הקיימות, כגון בייצור תואמי ה-CMOS. דגש מיוחד כבר פיתוח פוטוני סיליקון. הראו כי התקנים אלה יכולים לשמש כדי למדוד את הטמפרטורה על פני הטווחים של-40 ° C עד 80 ° C ו- 5 ° C עד 165 מעלות צלזיוס עם אי ודאות זה דומות התקנים מדור קודם8. יתר על כן, התוצאות שלנו מראים כי עם מכשיר שליטה טובה יותר של תהליך חליפות הסדר ודאות 0.1 º C הוא בר השגה (קרי אי הוודאות של מדידת טמפרטורה באמצעות מקדמי נומינלית לא כיול נחוש המקדמים ).
Protocol
Representative Results
Discussion
מטרת ניסוי זה היה לכמת התגובה תלויה בטמפרטורה של מדחום פוטוני. עבור מדידות כמותיים של טמפרטורה, זה שקול לנצל מקור חום יציב כגון ציון מטרולוגיה עמוק יבש, נפח קטן חיישנים, להבטיח מגע תרמי טוב בין הבאר לבין החיישן, ולמזער את החום מאבד לסביבה. דרישות אלה מתקיימים בקלות על ידי מליטה סיבים אופטיי?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
המחברים להכיר את המתקן NIST/תרגום סיגל NanoFab על מתן הזדמנות לפברק חיישני טמפרטורה פוטוני הסיליקון ואת וויאט מילר ולחצות את השחר לקבלת סיוע בהגדרת הניסויים.
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).
