光温度計の作製と試験
Summary
フォトニック温度計のテストと作製プロセスについて述べる。
Abstract
近年では、通信のための新規シリコン光デバイスを開発するためのプッシュは洗練された光センサーの開発に活用されて今は膨大な知識ベースを生成しています。シリコン光センサーは、共振周波数の変化に物理的な状態の変更をヘッジホッグ ナノ導波路における光の強い閉じ込めを悪用しようとします。温度測定、場合熱光学係数、温度、屈折の変化すなわち、温度ドリフトにブラッグ回折格子など光デバイスの共振周波数が発生します。テレコムに至るまで管理された実験室の設定のさまざまな展開することができますコスト効果の高い光温度センサーを作製する互換性のある光源の最近の進歩を活用する光デバイスのスイートを開発しています。条件、工場床や住居のノイズの多い環境です。この原稿作製とフォトニック温度計のテストのための私たちのプロトコルを詳しく説明します。
Introduction
最初、1871 年には、カレンダー1 1890 年に最初のデバイスの開発のサー シーメンスにより提案白金抵抗温度計、温度計測のためのゴールド スタンダードが使用されました。その時以来設計と温度計の製造進捗は幅広い温度計測ソリューションを提供してきました。標準白金抵抗温度計 (SPRT) は、国際温度目盛 (ITS-90) と抵抗温度測定を使用してその普及に向けた補間計器です。今日、その発明の後の世紀より多く抵抗温度測定は、重要な役割を果たしているバイオ医薬品に至る製造プロセス制御、エネルギー生産と消費産業やくらしの技術のさまざまな側面。よく校正工業用抵抗温度計は 10 ほどの不確定性を温度を測定できますが、mK 機械的衝撃、熱応力、湿度や化学汚染物質などの環境変数に敏感であります。その結果、抵抗温度計は、定期的 (かつ高価) オフライン recalibrations を必要とします。抵抗温度測定のこれらの基本的な制限は、機械的衝撃に対してより堅牢されてより良い測定機能 whislt のように伝えることができる光温度センサー2の開発にかなりの関心を生産しています。.このような devcie は、国内および産業研究所と長期モニタリング計測器のドリフトが生産性に悪影響することができますどこに興味のある方にアピールします。
近年さまざまな新規光温度計は感光性染料3、ウィスパリング ギャラリー モード共振器4、繊維光学センサー5,6、サファイアを用いたマイクロ波を含む提案されています。 7、およびチップのシリコン光・ センサー8,9,10。NIST で我々 の努力は、低コストで容易に展開可能な開発、新規温度センサー、CMOS 互換製造など、既存のテクノロジを使用して、容易に製造された標準を目指しています。特定焦点は、シリコンの光デバイスの開発をされています。我々 は、-40 ° C から 80 ° C とレガシ デバイス8に匹敵する不確実性で 165 ° C に 5 ° C の範囲で温度を測定するこれらのデバイスを使用することができることを実証しました。また、示唆されたより良いプロセス制御装置で、0.1 の ° C の不確実性の順序の互換性が達成 (すなわち公称係数ない校正を用いた温度計測の不確実性係数の決定).
Protocol
Representative Results
Discussion
この実験の目的は、フォトニック温度計の温度依存応答を定量化することでした。温度の定量的測定は、環境への深いドライも、小さなボリューム センサー、井戸とセンサーの間の良好な熱接触を確保し、熱を最小限に抑える計量標準グレードを失ったように安定した熱源を利用することをお勧めします。チップに光ファイバーを接合させることでこれらの要件を簡単に満たす、計測温度に…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
著者は NIST/CNST NanoFab 施設の実験設定の夜明けクロスとワイアット ミラー シリコン光温度センサーを作製する機会を提供するためご了承ください。
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 |
Referências
- 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).
