Fabricação e teste dos termómetros fotônicos
Summary
Descrevemos o processo de fabricação e testes dos termómetros fotônicos.
Abstract
Nos últimos anos, um impulso para o desenvolvimento de dispositivos fotônico de silício romance para telecomunicações gerou uma vasta base de conhecimento que agora está sendo aproveitada para o desenvolvimento de sofisticados sensores fotônicos. Sensores fotônicos de silício procuram explorar o confinamento forte de luz em nano-guias de onda para transduce mudanças no estado físico de alterações na frequência de ressonância. No caso de termometria, o coeficiente thermo-óptica, ou seja, as alterações no índice de refração devido à temperatura, faz com que a frequência de ressonância do dispositivo fotônico como uma grade de Bragg à deriva com a temperatura. Estamos a desenvolver um conjunto de dispositivos fotônicos que aproveitam os avanços recentes em fontes de luz compatível telecom para fabricar sensores de temperatura fotônico cost-effective, que podem ser implantados em uma ampla variedade de configurações que variam de laboratório controlado condições, para o ambiente ruidoso de um chão de fábrica ou de uma residência. Neste manuscrito, detalhamos nosso protocolo para a fabricação e testes dos termómetros fotônicos.
Introduction
O padrão-ouro para a metrologia de temperatura, o termômetro de resistência de platina, foi proposto pelo senhor Siemens em 1871 com Callender1 desenvolvendo o primeiro dispositivo em 1890. Desde aquela época progresso incremental no projeto e na fabricação de termômetros emitiu uma ampla gama de temperatura, soluções de medição. O termômetro de resistência de platina padrão (SPRT) é o instrumento de interpolação para perceber a escala de temperatura internacional (ITS-90) e sua divulgação utilizando termometria de resistência. Hoje, mais de um século depois de sua invenção, termometria de resistência desempenha um papel crucial em vários aspectos da tecnologia da indústria e todos os dias, variando de Biomedicina para controle do processo de fabricação, para consumo e produção de energia. Embora termoresistência industrial bem calibrado pode medir a temperatura com incertezas tão pequenas quanto 10 mK, eles são sensíveis a choque mecânico, estresse térmico e variáveis ambientais como umidade e produtos químicos contaminantes. Por conseguinte, termoresistência requerem periódicas (e caras) recalibrações off-line. Estas limitações fundamentais de termometria de resistência têm produzido considerável interesse no desenvolvimento de sensores temperatura fotônico2 que podem entregar semelhante a melhor whislt de capacidades de medição sendo mais robusto contra choques mecânicos . Tal um devcie vai apelar para laboratórios nacionais e industriais e interessados no acompanhamento a longo prazo, onde deriva do instrumento pode afetar negativamente o produtividade.
Nos últimos anos uma grande variedade de termômetros fotônicos romance foram propostas incluindo corantes fotossensíveis3, baseada em safira microondas sussurrando Galeria modo resonator4, sensores ópticos de fibra5,6, 7e no chip de silício nano-fotônica sensores8,9,10. Do NIST, nossos esforços visam desenvolvimento de baixo custo, facilmente destacáveis, sensores de temperatura romance e padrões que são facilmente fabricados utilizando tecnologias existentes, tais como fabricação de compatível com o CMOS. Especial destaque tem sido o desenvolvimento de dispositivos fotônicos de silício. Nós demonstramos que estes dispositivos podem ser usados para medir a temperatura durante os intervalos de-40 ° C a 80 ° C e 5 ° C a 165 ° C, com as incertezas que são comparáveis aos dispositivos legacy8. Além disso, nossos resultados sugerem que, com um dispositivo de controle de processo melhor a intercambialidade na ordem de 0,1 ° C incerteza é possível (ou seja, a incerteza de medição da temperatura usando coeficientes nominais não calibração determinados coeficientes ).
Protocol
Representative Results
Discussion
O objetivo deste experimento foi quantificar a resposta dependente da temperatura de um termômetro fotônico. Para a medição quantitativa da temperatura, é prudente utilizar uma fonte de calor estável como um grau de metrologia fundo seco bem, sensores de volume pequeno, garantir um bom contacto térmico entre o bem e o sensor e minimizar o calor perde para o ambiente. Esses requisitos forem atendidos facilmente por colagem de fibras ópticas para o chip, efetivamente criando um dispositivo embalado que pode ser red…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Os autores reconhecem a facilidade do NIST/CNST NanoFab para fornecer a oportunidade para fabricar os sensores de temperatura fotônico de silício e Wyatt Miller e Dawn Cross para obter assistência na criação de experiências.
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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