高解像度・高速応答の光ファイバーセンシングのシリコン チップを渡したプラットフォーム

Guigen Liu; Qiwen Sheng; Weilin Hou; Matthew L. Reinke; Ming Han

doi:10.3791/59026

このコンテンツを表示するには、JoVEへの購読が必要です。または、無料トライアルをお申し込みください。

方法論記事

高解像度・高速応答の光ファイバーセンシングのシリコンチップを渡したプラットフォーム

6.8K 回視聴

⸱

DOI:

10.3791/59026

⸱

2019年1月7日

Guigen Liu^*¹ , Qiwen Sheng^*¹ , Weilin Hou² , Matthew L. Reinke³ , Ming Han¹^,⁴

¹Department of Electrical and Computer Engineering, Michigan State University, ²Naval Research Laboratory, Stennis Space Center, ³Oak Ridge National Laboratory, ⁴Department of Electrical and Computer Engineering, University of Nebraska-Lincoln

^* These authors contributed equally

この記事について

サマリー

この作品は、革新的なシリコン先端光ファイバーセンシングプラットフォーム (Si FOSP) さまざまな温度、フロー、および放射線などの物理的なパラメーターの高解像度、高速応答の測定を報告します。この Si FOSP のアプリケーションは、核融合エネルギーの研究に海洋研究、機械工業から及ぶ。

要約

この記事では、革新的で実質的に有望な光ファイバーセンシングのプラットフォーム (FOSP) を提案し、最近実証を紹介します。この FOSP は、シリコン型ファブリ・ペロー干渉計 (FPI) がこの作品で Si FOSP と呼ばれる、ファイバーの末端に接続されているに依存します。Si FOSP は、シリコン共振器の光路長 (OPL) によって決定、インターフェログラムを生成します。ここは、OPL を変更し、したがって、インターフェログラムをシフトします。ユニークなシリコン素材の光学的・熱的特性のためこの Si FOSP は感度と速度の面で有利なパフォーマンスを発揮します。さらに、成熟したシリコン製造業界は、優れた再現性と実用的なアプリケーションに向けた低コスト Si FOSP を与えます。特定のアプリケーションに応じて - 巧妙な低または高フィネスバージョンが利用されるし、それに応じて 2 つの異なるデータ復調方式が採用されます。Si FOSP の両方のバージョンを製造するための詳しいプロトコルが提供されます。3 つの代表的なアプリケーションとそのよると、結果が表示されます。最初の 1 つ thermoclines 海かしながらのプロファイリング用のプロトタイプ水中温度計、2 つ目は、海の流れの速度を測定する流量計は、最後の 1 つは磁気から排気放射線の監視用ボロメータ限定高温プラズマ。

概要

光センサー (FOSs) は、その小型サイズ、低コスト、軽量で、電磁干渉 (EMI)¹へのイミュニティなどそのユニークな特性のための多くの研究者のための焦点をされています。これらの FOSs は、環境モニタリング、洋上監視、石油探査、とりわけ産業プロセスなど多くの分野で幅広いアプリケーションを発見しました。関連の温度センサーになると、伝統的な FOSs が解像度と分と高速温度変化の測定が望ましい場合は、速度の面で優れたできなくなります。これらの制限は、多くの伝統的な FOSs が基づいている石英ガラス部材の光学的・熱的特性から生じる。一方、熱光学係数 (TOC) とシリカの熱膨張係数 (TEC)、1.28x10^-5リウ/° C と 5.5x10^-7 m/(m·°C)、それぞれ。これらの値は、1550 nm の波長の周りだけ約 13 分/° C の温度感度にします。その一方で、温度の速度の測定は、熱の拡散熱エネルギー交換に応じて変更、のみ 1.4x10^-6 m²/s はシリカ;この値は、石英系の FOSs の速度を向上させるため優れたではありません。

この記事で報告した光ファイバー検出プラットフォーム (FOSP) は、石英ベース FOSs の上記の制限を解除します。新しい FOSP は、センサー材料、高品質ファブリペロー干渉計 (FPI) ....