제조 및 광 온도계의 테스트
Summary
우리는 제조 과정 및 광 온도계의 테스트 설명 합니다.
Abstract
최근 몇 년 동안, 통신에 대 한 새로운 실리콘 광자 장치 개발에 대 한 추진 정교한 광학 센서 개발에 활용 되 고 지금 않는 광대 한 기술 자료를 생성 했다. 실리콘 광 센서 공명 주파수에 변화에 물리적 상태에서 변화 transduce 하 나노도 빛의 강한 감을 악용을 추구 합니다. Thermometry, 경우 열 광학 계수, 즉, 온도, 굴절 인덱스에 변화는 브래그 격자 온도 드리프트 등 광학 소자의 공 진 주파수를 발생 합니다. 우리는 다양 한 설정 제어 실험실에서 배열에 배포할 수 있는 비용 효율적인 광 온도 센서를 조작 하 통신 호환 광원의 최근 발전을 활용 하는 광학적 장치 제품군 개발 조건, 공장 바닥 또는 거주지의 시끄러운 환경에. 이 원고에 우리는 제조 및 광 온도계의 테스트에 대 한 우리의 프로토콜 세부.
Introduction
골드 표준 백 금 저항 온도계, 온도 계측에 대 한 처음 제안 했다 선생님 지멘스에 의해 1871 년에 Callender1 1890 년에는 첫 번째 장치를 개발. 그 이후로 디자인 및 온도계의 제조에서 증분 진행률 측정 솔루션 다양 한 온도 전달 했다. 표준 백 금 저항 온도계 (SPRT) 국제 온도 눈금 (ITS-90)와 저항 thermometry를 사용 하 여 그 보급을 실현 하기 위한 인터폴 레이 팅 악기입니다. 오늘, 그것의 발명품 후에 세기 이상 저항 thermometry 산업 및 일상 생활 기술 제조 공정 제어, 에너지 생산 및 소비에 이르는 의학에서의 다양 한 측면에서 중요 한 역할을 하고있다. 잘 보정 산업용 저항 온도계 불확실성 10 작은 온도 측정할 수 있지만 mK, 그들은 기계적 충격, 열 스트레스와 습도, 화학 오염 물질 등 환경 변수. 따라서, 저항 온도계 정기 (및 비싼) 오프 라인 하지 필요합니다. 광 온도 센서2 기계적 충격에 대 한 더 강력한 되는 더 나은 측정 기능 whislt와 비슷한 제공할 수 있는 개발에 상당한 관심을 생산 하는 저항 thermometry의 이러한 근본적인 한계 . 이러한 devcie 국가 산업 연구소와 악기 드리프트 생산성 저하 시킬 수 있습니다 장기 모니터링에 관심이 게 호소 합니다.
최근 몇 년 동안에서 다양 한 소설 광 온도계 제안 감광 성 염료3, 갤러리 모드 공4, 섬유 광섬유 센서5,6, 속삭이는 사파이어 기반 전자 레인지 등 7, 그리고 칩에 실리콘 나노 광학 센서8,,910. NIST에서 우리의 노력 낮은-비용, 쉽게 구축 개발, 새로운 온도 센서 및 CMOS 호환 제조 등의 기존 기술을 사용 하 여 쉽게 제조한 표준 겨냥 된다. 특히 초점 실리콘 광자 장치 개발 되었습니다. 우리가 이러한 장치 범위-40 ° C ~ 80 ° C 및 레거시 장치8비교할 불확실성 165 ° C에 5 ° C의 온도 측정을 사용할 수 있습니다 설명 했다. 또한, 우리의 결과 것이 좋습니다 더 나은 프로세스 제어 장치와 호환성 0.1 ° C 불확실성 순서 달성 (공칭 계수 보정 하지를 사용 하 여 온도 측정의 불확실성 즉, 결정 계수 ).
Protocol
Representative Results
Discussion
이 실험의 목적은 광 온도계의 온도 의존 응답 계량 했다. 온도의 정량적 측정을 위해 그것은 계측 학년 잘, 작은 볼륨 센서, 우물 및 센서, 사이 좋은 열 접촉을 확인 하 고 열을 최소화 깊은 건조 환경에 지 면과 같은 안정적인 열원 활용 하. 칩 광학 섬유를 결합 하 여 이러한 요구 사항을 쉽게 충족, 효과적으로 포장된 장치를 만드는 낮아질 수 있습니다 깊은 계측 온도에 잘. 유리 튜브에 구리 실?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
저자는 실험 설정에 실리콘 광 온도 센서와 와이어 트 밀러와 새벽 십자가 조작 하는 기회를 제공 하기 위한 NIST/CNST NanoFab 시설을 인정 합니다.
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).
