Este trabajo reporta una innovadora punta de silicio fibra óptica teledetección plataforma (Si-FOSP) para la medición de alta resolución y rápida respuesta de una variedad de parámetros físicos, tales como radiación, temperatura y flujo. Aplicaciones de este Si-FOSP abarcan desde la investigación oceanográfica, industria mecánica, a la investigación sobre energía de fusión.
Se requiere una suscripción a JoVE para ver este contenido. Inicie sesión o comience su prueba gratuita.
Artículo de método
Una plataforma con punta de Silicon sensor de fibra óptica con alta resolución y rápida respuesta
* These authors contributed equally
En este artículo
Resumen
Resumen
En este artículo, presentamos una innovador y prometedor prácticamente fibra óptica teledetección plataforma (FOSP) que propuso y demostró recientemente. Este FOSP se basa en un interferómetro de Fabry-Perot de silicio (FPI) atado al extremo de la fibra, denominado FOSP Si en este trabajo. El FOSP Si genera un interferograma determinada por la longitud de trayectoria óptica (OPL) de la cavidad de silicona. Mensurando altera la OPL y así cambia de puesto el interferograma. Debido a las propiedades ópticas y térmicas únicas del material de silicio, este FOSP Si exhibe un rendimiento ventajoso en términos de sensibilidad y velocidad. Además, la industria de fabricación de silicio madura dota el FOSP Si con excelente reproducibilidad y bajo costo hacia aplicaciones prácticas. Dependiendo de las aplicaciones específicas, ya sea utilizará una versión finesse baja o alta finura, y se adoptará en consecuencia dos métodos demodulación de datos diferentes. Protocolos detallados para la fabricación de ambas versiones de la Si-FOSP se proporcionará. Se mostrarán tres aplicaciones representativas y sus resultados según. El primero de ellos es un termómetro subacuático de prototipo para perfilar la termoclina de océano, el segundo es un medidor de flujo para medir la velocidad de flujo en el océano, y el último es un Bolómetro usado para monitorear la radiación escape de magnéticamente confinados plasma de alta temperatura.
Introducción
Sensores de fibra óptica (FOSs) han sido el foco de muchos investigadores debido a sus propiedades únicas, como su pequeño tamaño, su bajo costo, su peso ligero y su inmunidad a interferencias electromagnéticas (EMI)1. Estos software libre han encontrado amplias aplicaciones en muchas áreas tales como monitoreo ambiental, vigilancia del océano, exploración de petróleo y procesos industriales entre otros. En cuanto a los sensores de temperatura, el FOSs tradicionales no son superiores en términos de resolución y velocidad para los casos donde es deseable medir minutos y variaciones rápidas de temperatura. Estas limitaciones se derivan de las pro....
Acceso restringido. Inicie sesión o comience una prueba gratuita para ver este contenido.
Protocolo
1. fabricación de sensores de baja finura
- Fabricar los pilares de silicio. Patrón un trozo de oblea de silicio pulido doble-lado de (DSP) de 200 μm de espesor en pilares de silicio independiente (Figura 2a), facilita el uso de fabricación estándar sistema micro-electro-mecánicos (MEMS).
Nota: La oblea del modelado se enlaza a otro más grande oblea de silicio con una fina capa de photoresist. La fuerza de vinculación de la fotoresistencia es bastante fuerte para sostener los pilares verticales, pero también lo suficientemente débil para separar del sustrato para pasos posteriores. - Preparar la fibra de entrada. La tir....
Acceso restringido. Inicie sesión o comience una prueba gratuita para ver este contenido.
Resultados
Si FOSP como un termómetro subacuático para perfilar termoclinas de océano
Reciente investigación oceanográfica ha demostrado que el desenfoque de la imagen submarina deriva no sólo de turbidez en aguas contaminadas, sino también de microestructuras de temperatura en el océano limpio17,18. El efecto de este último ha sido el foco de muchos oceanógrafos, con el objetivo de encontrar una forma efectiva para corre.......
Acceso restringido. Inicie sesión o comience una prueba gratuita para ver este contenido.
Discusión
La elección del tamaño (longitud y diámetro) de la FPI de silicio se hace sobre el equilibrio entre las exigencias de la resolución y velocidad. En general, un tamaño más pequeño proporciona una velocidad más alta pero también reduce la resolución2. Una longitud corta es ventajosa para la obtención de una velocidad más alta, pero no es superior para la obtención de una alta resolución debido a la FWHM ampliado de las muescas de reflexión. Usando capas de HR para reducir la FWHM puede ayudar a mejo.......
Acceso restringido. Inicie sesión o comience una prueba gratuita para ver este contenido.
Divulgaciones
Se ha publicado una patente de los E.E.U.U. (no. 9995628 B1) para proteger las tecnologías relacionadas.
Agradecimientos
Este trabajo fue apoyado por el laboratorio de investigación Naval de Estados Unidos (Nos. N0017315P0376, N0017315P3755); Oficina de investigación Naval (Nos. N000141410139, N000141410456); Departamento de energía de Estados Unidos (Nos. DE-SC0018273, DE-AC02-09CH11466, DE-AC05-00OR22725).
....Acceso restringido. Inicie sesión o comience una prueba gratuita para ver este contenido.
Materiales
| Nombre | Empresa | Número de catálogo | Comentarios |
|---|---|---|---|
| Etanol puro a prueba de 200 | Koptec | V1001 | |
| 5 canales dúplex CWDM | Fiber Store | 5MDD-ABS-FSCWDM | |
| Butterfly Laser Diode Mounts | Tholabs | LM14S2 | |
| CastAway CTD | Yellow Springs Instrument | ||
| CTD | Seabird | SBE 19plus | |
| Current Meter | Nortek | Dispositivo | |
| National Instruments | NIUSB4366 | ||
| Osciloscopio digital | RIGOL | DS1204B | 200 MHz 2 GSa/s |
| Láser de diodo | Thorlabs | LM9LP | Longitud de onda: 632 nm |
| Kit de terminación BNC fijo | Thorlabs | FTK01 | |
| Función Generador de forma de onda | RIGOL | DG4162 | 160 MHz 500 GSa/s |
| Cuchilla de alta precisión | Fujikura | CT-32 | |
| Recubrimiento dieléctrico de alta reflexión | Recubrimiento evaporado INC (ECI) | Los materiales y la estructura del recubrimiento son desconocidos | |
| I-MON 512 Espectrómetro | Ibsen Phtonics | P/N: 1257110 | |
| Detector de polarización de InGaAs | Salida de | DET01CFC | de FC: 0-10V; Cantidad: 2 |
| diodos láser | Qphotonic | QFLD-405-20S Longitud de | onda: 405 nm |
| Controlador de corriente de diodo láser | Tholabs | LDC 210C | 1 A y rango de 100 mA |
| Controlador de temperatura de diodo láser | Tholabs | TEC 200C | Cantidad: 2 |
| Guantes de examen de látex | HCS | ||
| Micro Slides | Corning Incorporated | ||
| Narrow Linewidth DFB Laser Eblana | EP1550-NLW-B06-100FM | Longitud de onda: 1550 nm | |
| Empalmadora de fusión de fibra óptica | Sumitomo electric industries, LTD | 3822-2 | |
| Microscopio óptico y monitor | Ikegami Tsushinki Company | PM-127 | |
| Analizador de espectro óptico | Yokogawa | AQ6370C | rango de longitud de onda: 600-1700 nm |
| Máquina polaca | ULTRA TEC | 41076 | |
| Lirios post-montables | Thorlabs | Cantidad: 2 | |
| Bombas láser | Gooch y Housego | 0400-0974-SM | Longitud de onda: 980 nm |
| Fotodetector amplificado de Si | Thorlabs | PDA36A | Longitud de onda: 350-1100 nm |
| Oblea de silicio | University Espesor de la oblea | : 10 y micro; m, 200 y micro; m, 75 y micro; m, 40 y micro; m | |
| Fibra monomodo | Corning | SMF-28 | |
| Modo Único Fusionado Acoplador | de fibra Thorlabs Longitud de | onda: 1550 nm | |
| SM 125 interogrator | Micron Optics | ||
| Bomba de acuario sumergible | Songlong | SL-403 | |
| LED superluminiscente Denselight | Semiconductors | DL-BP1-1501A rango de | longitud de onda: 1510-1590 nm |
| Bomba de jeringa | Cole Parmer | 74905-02 | |
| Viaje Etapa de traducción | Thorlabs | LT1 | |
| Pegamento curable UV | Tecnología epoxi | PB109077 | |
| UVGL-15 Compact UV Lmap | UVP | P/N:95-0017-09 | 254/365 nm |
| Atenuadores ópticos variables | Tholabs M-VA | /00016951 P/N: VOA50-APC |
Referencias
- Lee, B. Review of the present status of optical fiber sensors. Optical Fiber Technology. 9, 57-79 (2003).
- Liu, G., Han, M., Hou, W. High-resolution and fast-response fiber-optic temperature sensor using silicon Fabry-Perot cavity. Optics Express....
Acceso restringido. Inicie sesión o comience una prueba gratuita para ver este contenido.
Reimpresiones y permisos
