Fabricación y pruebas de termómetros fotónicos
Summary
Describimos el proceso de fabricación y pruebas de termómetros fotónicos.
Abstract
En los últimos años un empuje para el desarrollo de dispositivos fotónicos de silicio novela para las telecomunicaciones ha generado una gran base de conocimiento que ahora es ser apalancada para el desarrollo de sofisticados sensores fotónicos. Sensores fotónicos de silicio buscan explotar el encierro fuerte de la luz en nano-guías de ondas para transducir los cambios de estado físico a los cambios en la frecuencia de resonancia. En el caso de termometría, el coeficiente thermo-óptico, es decir, cambios en el índice de refracción debido a la temperatura, hace que la frecuencia resonante del dispositivo fotónico como una rejilla de Bragg a la deriva con la temperatura. Estamos desarrollando un conjunto de dispositivos fotónicos que aprovechan los avances recientes en fuentes de luz compatible telecom para fabricar sensores de temperatura fotónico rentable, que pueden implementarse en una amplia variedad de configuraciones que van desde controladas de laboratorio condiciones, el ambiente ruidoso de una fábrica o una residencia. En este manuscrito, detallamos nuestro protocolo para la fabricación y prueba de termómetros fotónicos.
Introduction
El estándar de oro para la metrología de la temperatura, el termómetro de resistencia de platino, primero fue propuesto por Sir Siemens en 1871 con Callender1 desarrollo el primer dispositivo en 1890. Desde ese momento avances incrementales en el diseño y fabricación de los termómetros ha entregado una amplia gama de temperatura de soluciones de medición. El termómetro de resistencia de platino standard (SPRT) es el instrumento de interpolación para la realización de la escala internacional de temperatura (ITS-90) y su difusión mediante termometría de resistencia. Hoy, más de un siglo después de su invención, termometría de resistencia juega un papel crucial en diversos aspectos de la tecnología industrial y todos los días que van desde la biomedicina para control de procesos de fabricación, consumo y producción de energía. Aunque termorresistencias industriales bien calibrada pueden medir la temperatura con incertidumbres tan pequeñas como 10 mK, que son sensibles al choque mecánico, estrés térmico y variables ambientales tales como humedad y productos químicos contaminantes. En consecuencia, termómetros de resistencia requieren recalibraciones off-line periódicos (y costosos). Estas limitaciones fundamentales de la termometría de resistencia han generado considerable interés en el desarrollo de fotónica temperatura sensores2 que puede entregar similar al mejor whislt de las capacidades de medición ser más robusto contra choque mecánico . Tal devcie atraerá a laboratorios nacionales e industriales y a aquellos interesados en el seguimiento a largo plazo donde deriva del instrumento puede afectar negativamente la productividad.
En los últimos años se han propuesto una amplia variedad de termómetros fotónicos novela incluyendo colorantes fotosensibles3, microondas basada en zafiro susurrante Galería modo resonador4, fibra óptica sensores5,6, 7y en el chip de silicio sensores nano-fotónica8,9,10. En NIST, nuestros esfuerzos tienen como objetivo desarrollar a bajo costo y fácilmente desplegables, sensores de temperatura novela y estándares que fácilmente se fabrican con las tecnologías existentes, tales como fabricación de CMOS-compatible. Especial atención ha sido el desarrollo de dispositivos fotónicos de silicio. Hemos demostrado que estos dispositivos pueden utilizarse para medir la temperatura en los rangos de-40 ° C a 80 ° C y 5 ° C a 165 ° C con incertidumbres que son comparables a dispositivos heredados8. Además, nuestros resultados sugieren que con un mejor dispositivo de control de proceso la capacidad de intercambio del orden de 0,1 ° C incertidumbre es factible (es decir, la incertidumbre de medición de temperatura utilizando coeficientes nominales no calibración determinar coeficientes de ).
Protocol
Representative Results
Discussion
El objetivo de este experimento fue cuantificar la respuesta dependiente de la temperatura de un termómetro fotónico. Para mediciones cuantitativas de la temperatura, es prudente utilizar una fuente de calor estable tal como un grado de Metrología profundo seco, asegurar un buen contacto térmico entre el pozo y el sensor sensores de pequeño volumen y minimizar el calor se pierde al ambiente. Estos requisitos se cumplen fácilmente por las fibras ópticas a la viruta de la vinculación, creando un dispositivo empaque…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Los autores reconocen la facilidad NIST/CNST NanoFab para proporcionar la oportunidad de fabricar sensores de temperatura fotónico de silicio y Wyatt Miller y Dawn Cross para asistencia en el establecimiento de los experimentos.
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 |
Referenzen
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