Изготовление и испытание фотонные Термометры
Summary
Мы описываем процесс изготовления и испытания фотонные термометров.
Abstract
В последние годы толчок для разработки Роман кремния фотонных устройств для телекоммуникаций вызвала обширную базу знаний, которая используется сейчас для разработки сложных фотонные датчиков. Кремния фотонные датчики стремятся использовать сильное сосредоточение света в нано волноводы передавать изменения физического состояния изменения в частоте резонанса. В случае Термометрия коэффициент термо оптические, т.е., изменения температуры, показатель преломления вызывает резонансной частоты фотонные устройства например Bragg решетку дрейфа с температурой. Мы разрабатываем комплект фотонных устройств, которые используют последние достижения в Телеком совместимых источников света для изготовления экономически фотонные температуры датчики, которые могут быть развернуты в широкий спектр параметров, начиная от управляемой лаборатории условия, в шумной среде цеху или место жительства. В этой рукописи мы подробно наш протокол для изготовления и испытания фотонные термометры.
Introduction
Золотой стандарт для метрологии температуры, термометр платинового сопротивления, была впервые предложена сэром Siemens в 1871 году с Каллендер1 разработки первого устройства в 1890 году. С того времени постепенного прогресса в разработке и производстве термометров поставила широкий спектр температур измерения решения. Стандартный сопротивления Платиновый термометр (SPRT) является интерполяционного инструмент для реализации международной температурной шкалы (МТШ-90) и ее распространение с помощью сопротивления термометрии. Сегодня более чем через столетие после его изобретения, сопротивление Термометрия играет важную роль в различных аспектах индустрии и каждый день технологии, начиная от биомедицины, контроль процесса производства, производство и потребление энергии. Хотя термометры сопротивления хорошо калиброванный промышленных можно измерять температуру с неопределенностями, как малые, как 10 МК, они чувствительны к механическим воздействиям, тепловой стресс и экологических переменных, таких как влажность и химических загрязнений. Следовательно термометры сопротивления требуют периодического (и дорогостоящих) off-line осуществлялся. Эти фундаментальные ограничения сопротивления Термометрия принесли значительный интерес к разработке фотонные температуры датчики2 , которые могут доставить аналогичны лучше whislt возможности измерения, будучи более устойчив к механическим воздействиям . Такой devcie будет обратиться к национальной и промышленных лабораторий и тех, кто заинтересован в долгосрочный мониторинг, где инструмент дрейф может негативно сказаться на производительности.
В последние годы были предложены широкий спектр новых фотонных термометры, включая фоточувствительные красители3, на базе Сапфир Микроволновая шепот Галерея режим резонатор4, волоконно оптические датчики5,,6 7и кремний на чипе нано фотонный датчики8,9,10. В NIST наши усилия направлены на разработку недорогой, легко развертываемой, Роман температурных датчиков и стандартов, которые легко производятся с использованием существующих технологий, таких как производство CMOS-совместимый. Особое внимание было развитие кремния фотонных устройств. Мы продемонстрировали, что эти устройства могут использоваться для измерения температуры на расстояниях от-40 ° C до 80 ° C и 5 ° C до 165 ° C с неопределенностями, которые сопоставимы с устаревших устройств8. Кроме того, наши результаты показывают, что с устройством управления лучше процесс взаимозаменяемость порядка 0,1 ° C неопределенность является достижимым (т.е. неопределенность измерения температуры с помощью номинального коэффициентов калибровки не определены коэффициенты ).
Protocol
Representative Results
Discussion
Цель этого эксперимента заключалась в количественной оценки температуры зависит от реакции фотонные термометр. Для количественных измерений температуры это разумно использовать источник стабильной тепла, таких как класс метрологии, глубоко сухой, хорошо, малый объем датчики, обеспе?…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Авторы признают NanoFab NIST/CNST объекта для предоставления возможность изготовить кремния фотонные температурных датчиков и Wyatt Миллер и Dawn крест для помощи в создании экспериментов.
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).
