Eine Silizium-bestückte Glasfaser-Sensing-Plattform mit hoher Auflösung und schnelle Reaktion

Diese Methode erzeugt eine innovative, anpassungsfähige Faseroptik-Sensorplattform. Die Entwicklung der Plattform wurde ursprünglich von der Des-ign angetrieben, um ein Unterwasser-Thermometer für Turbulenzcharakterisierung der Ozeangewässer zu schaffen. Zu den Vorteilen dieser Plattform gehören eine hohe Empfindlichkeit, eine schnellere Reaktion und eine geringe Größe sowie die hervorragende Herstofakturierbarkeit durch den Einsatz der etablierten MEMS-Fertigungstechniken.

Es kann für viele temperaturbezogene Messungen verwendet werden, wie Temperaturmessungen für Diespirierung, Flüssigkeits- und Gasdurchflussmessungen und die Strahlung aus Hochtemperaturplasma in einigen Fusionen. Fertigen Sie den Sensor auf einer Bank mit einem Spektrometer. Der erste Schritt besteht darin, Siliziumsäulen auf einem Siliziumwafer herzustellen.

Dieser Wafer verfügt über stand-alone-Säulen, die für den Einsatz in Sensoren bereitstehen. Ein Überblick über die Säulen finden Sie in diesem Schema. Sie sind aus einem 200 Mikrometer dicken, doppelseitig polierten Siliziumwafer gemustert, der standardmäßigmikro-elektromechanische Systemherstellungsverfahren verwendet.

Photoresist befindet sich auf den Oberseiten jeder Säule und des Substrats. Bereiten Sie die Bleifaser vor, indem Sie die Kunststoffbeschichtung der Optischen Faser abstreifen. Verwenden Sie ein in Alkohol getauchtes Linsengewebe, um den abgestreiften Abschnitt zu reinigen.

Nehmen Sie die gereinigte Faser zu einem Glasfaserspalter, um sie zu spalten. Als nächstes erhalten Sie UV-härtenden Kleber und eine Glasrutsche. Legen Sie einen kleinen Tropfen des UV-härtenden Klebers auf die Glasrutsche.

Dann, manuell schwingen oder drehen Sie die Folie, um den Kleber zu verteilen. Der Kleber wird in einer dünnen Schicht auf der Oberfläche sein. Holen Sie sich die gespaltete Bleifaser und drücken Sie ihre Stirnfläche gegen die Rutsche, um den Kleber zu übertragen.

Befestigen Sie das gegenüberliegende Ende der Faser an einen Sensor-Verhörturm zur Überwachung des Reflexionsspektrums. Arbeiten Sie dann mit den Siliziumsäulen und dem gespalteten Ende der Faser. Haben Sie den Wafer mit den Säulen auf einer Übersetzungsstufe, die sich in der horizontalen Ebene bewegt.

Fixieren Sie die Faser auf eine lineare Stufe, die sich vertikal bewegt. Passen Sie die Stufen an, um die Faser an einer der Säulen auszurichten, während Sie das Echtzeit-Reflexionsspektrum als Feedback verwenden. Dieses Reflexionsspektrum ist ein Beispiel für ein, das darauf hindeutet, dass die Ausrichtung zufriedenstellend ist.

Setzen Sie die Faser in Kontakt mit der Säule, um sie zu befestigen, sobald das Spektrum zufriedenstellend ist. Sobald die Säule und die Faser befestigt sind, härten Sie die Bindung unter einer UV-Lampe aus. Wenn die Aushärtung abgeschlossen ist, heben Sie die Faser mit der vertikalen Übersetzungsstufe an, um sie und die Siliziumsäule vom Substrat zu lösen.

Prüfen Sie den Sensorkopf unter dem Mikroskop, um seine Geometrie zu untersuchen. Dies ist ein typisch erfolgreich hergestellter Sensor. Sammeln Sie die Materialien, um einen hochflästigen Sensor herzustellen.

Dazu gehören Fragmente eines doppelseitigen polierten Siliziumwafers, auf der eine Seite eine gesputterte Goldschicht, die als gelb gilt. Die andere Seite hat eine hochreflektierende, dielektrische Spiegelbeschichtung, die als blau angesehen wird. Als Nächstes bereiten Sie die kollimierte Blei in Faser, indem Sie einen kurzen Abschnitt der abgestuften Index-Multimode-Faser mit einer Single-Mode-Faser spleißen.

Cleave die Multimode-Faser. Wie in diesem Schaltplan dargestellt, bilden Sie einen Faserkollimator, indem Sie die Multimode-Faser mit abgestuften Indizes auf ein Viertel der Periode der Lichtbahn verkleben. Legen Sie nun auf eine Glasrutsche einen kleinen Tropfen UV-härtenden Kleber.

Nach dem Ausdünnen des Klebers durch manuelles Schwingen oder Drehen des Schlittens drücken Sie das Multimode-Faserende mit abgestuftem Index gegen den Schlitten, um Kleber zu übertragen. Schließen Sie das andere Ende der Faser an einen Sensor-Verhörrer an, um das Reflexionsspektrum zu überwachen. Positionieren Sie als Nächstes ein Fragment des Wafers auf der horizontalen Übersetzungsstufe.

Lassen Sie die dielektrische Seite nach oben zeigen. Legen Sie die vorbereitete Faser in die vertikale Übersetzungsstufe und bewegen Sie sie in Richtung des Fragments, um die beiden Teile zu befestigen. Im Vergleich zu den schwachen Finesse-Gewebe gepaart Infrarot-Verschmelzungssensoren, Herstellung von hohen Finesse-Sensoren, hat eine strengste Anforderung als optische Ausrichtung der führenden Faser mit dem Silizium-Element.

Legen Sie die Faser und befestigtwafer Fragmente, unter einer UV-Lampe zu härten. Dies ist ein Beispiel für die Baugruppe nach dem Aushärten, wenn sie für die nächsten Schritte bereit ist. Bevor Sie fortfahren, polieren Sie das Fragment in eine scheibenähnliche Form.

Untersuchen Sie den Sensorkopf unter dem Mikroskop, um sicherzustellen, dass er die gewünschte Form hat. Integrieren Sie das fertige Low Finesse Gerät in ein Demodulationssystem. Das System ist geradlinig und umfasst nur wenige Elemente.

Ein Spektrometer und ein Computer. Dies ist die Einrichtung in schematischer Form. Es gibt eine Breitbandquelle, mit Ausgang, durch eine Glasfaser.

Die Faser geht an Port eines optischen Zirkulators. Die Glasfaser aus Port zwei des Zirkulators wird auf die Bleifaser des niedrigen Finessesensors gespleißt. Anschluss drei des Zirkulators an ein Hochgeschwindigkeitsspektrometer anschließen.

Verwenden Sie einen Computer, der mit dem Spektrometer verbunden ist, um Daten zu speichern. Überprüfen Sie das Spektrum des Sensors, um sicherzustellen, dass das System ordnungsgemäß funktioniert. Dieses Spektrum ist typisch.

Bereiten Sie ein Demodulationssystem mit dem hohen Finessesensor vor. Die Einrichtung ist nur geringfügig komplizierter als das feinfläsige Demodulationssystem. Trotzdem umfasst das Setup immer noch nur wenige Elemente.

Verwenden Sie einen verteilten Feedback-Laser, der mit einem Stromregler verbunden ist. Verbinden Sie den Laserausgang über Glasfaser an Port eines optischen Zirkulators Die Faser aus Port zwei des Zirkulators wird an den hohen Finessesensor gespleißt. Anschluss drei des optischen Zirkulators an einen Fotodetektor anschließen.

Daten aus dem Fotodetektor, geht an ein Datenerfassungsgerät, und in einen Computer. Überprüfen Sie das Spektrum des Sensors, um sicherzustellen, dass das System ordnungsgemäß funktioniert und ein typisches Spektrum liefert. Ein sensorizu niedrigem Finessesystem, der Thermoklines im offenen Wasser messen soll, sammelte die Feldtestdaten in Blau.

Die roten und schwarzen Kurven sind Messungen mit Referenzinstrumenten, die derzeit auf dem Markt verfügbar sind. Ein genauerer Blick auf die Daten legt nahe, dass ein sensorisches System mit geringer Finesse für mehr Details sorgt. Die Daten in rot, stammen aus einem niedrigen Finesse-Sensor-Setup, als Strömungssensor in einem Wassertank.

Die Daten in Schwarz stammen von einem Referenz-Handelsflusssensor. Die beiden sind sich im Allgemeinen einig. Wenn das Wasser jedoch ruhig ist, reagiert der sensor für niedrige Finesse deutlich deutlicher.

Ein hoher Finessesensor verspricht als robustes hochauflösendes Bolometer zur Messung der Photonenemission in Plasmaen. Diese Ergebnisse vergleichen den hohen Finessesensor mit einem Widerstandsbolometer. Beachten Sie, dass ein Sensor aus Basis-UV-Kleber nicht für Anwendungen über 100 Grad Celsius bestimmt ist, da das Epoxid bei hohen Temperaturen stabil ist.

Das Anbringen der führenden Faser und des sauren Im-pe-der mit Fusionsspleißen kann zu einer Sensorplattform führen, die die Temperatur um etwa 1.000 Grad Celsius anhebt und andere spannende Anwendungen in Hochtemperaturumgebungen ermöglicht. Beispiele für Hochtemperaturanwendungen sind Makroheizungen, Infrarotstrahler und Temperaturüberwachung in Zoll in den Kraftwerken. Achten Sie bei der Verwendung der UV-Lampe und der Laser darauf, dass Sie einen Labormantel und eine Laserschutzbrille tragen, um Ihre Haut und Augen zu schützen.