Una plataforma con punta de Silicon sensor de fibra óptica con alta resolución y rápida respuesta

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.

Este método produce una plataforma de detección de fibra óptica innovadora y adaptable. El desarrollo de la plataforma fue impulsado originalmente por el des-ign para crear un termómetro submarino para la caracterización de turbulencias de las aguas oceánicas. Las ventajas de esta plataforma incluyen alta sensibilidad, respuesta más rápida y tamaño pequeño, junto con la excelente manufacturabilidad debido al uso de las técnicas de fabricación MEMS bien establecidas.

Se puede utilizar para muchas mediciones relacionadas con la temperatura, como mediciones de temperatura para caracterización de turbulencias, mediciones de flujo de líquido y gas, y la radiación del plasma de alta temperatura en alguna fusión. Fabrica el sensor en un banco con un espectrómetro. El primer paso es fabricar pilares de silicio sobre una oblea de silicio.

Esta oblea tiene pilares independientes listos para su uso en sensores. Una visión general de los pilares está en este esquema. Están modelados a partir de una oblea de silicio pulido de doble cara de 200 micrómetros de espesor, utilizando métodos estándar de fabricación de sistemas microelectromecánicos.

Fotorresistán está en la parte superior de cada pilar y el sustrato. Prepare la fibra de entrada quitando el recubrimiento plástico de la fibra óptica. Use un tejido de lente sumergido en alcohol para limpiar la sección despojada.

Lleve la fibra limpia a una cortadora de fibra óptica para cortarla. A continuación, adquirir pegamento curable UV y un portaobjetos de vidrio. Ponga una pequeña gota de pegamento curable UV en el portaobjetos de vidrio.

A continuación, balancee manualmente o gire a la diapositiva para distribuir el pegamento. El pegamento estará en una capa delgada en la superficie. Obtener la fibra de plomo cortado y presionar su cara final contra la diapositiva para transferir el pegamento.

Conecte el extremo opuesto de la fibra a un interrogador de sensor para monitorear el espectro de reflexión. A continuación, trabajar con los pilares de silicio y el extremo cortado de la fibra. Tenga la oblea con los pilares en una etapa de traducción que se mueve en el plano horizontal.

Fije la fibra a una etapa lineal que se mueva verticalmente. Ajuste las etapas para alinear la fibra con uno de los pilares, mientras utiliza el espectro de reflexión en tiempo real como retroalimentación. Este espectro de reflexión es un ejemplo de uno que sugiere que la alineación es satisfactoria.

Coloque la fibra en contacto con el pilar para fijarla, una vez que el espectro sea satisfactorio. Una vez que el pilar y la fibra están unidos, curar la unión bajo una lámpara UV. Cuando el curado esté completo, levante la fibra con la etapa de traducción vertical para separarla y el pilar de silicio del sustrato.

Inspeccione el cabezal del sensor bajo un microscopio para examinar su geometría. Este es un sensor típico fabricado con éxito. Reúna los materiales para fabricar un sensor de alta finura.

Esto incluye fragmentos de una oblea de silicio pulido de doble cara, con una capa de oro sputtered en un lado, visto como amarillo. El otro lado tiene un recubrimiento de espejo dieléctrico de alta reflectividad, visto como azul. A continuación, prepare el plomo colimado en fibra empalmando una sección corta de fibra multimodo de índice grado con una fibra monomodo.

Corte la fibra multimodo. Como se muestra en este esquema, forme un colimador de fibra cortando la fibra multimodo de índice calificado para que sea un cuarto del período de la trayectoria de la luz. Ahora, en un portaobjetos de vidrio, coloque una pequeña gota de pegamento curable UV.

Después de adelgazar el pegamento balanceando manualmente o recubriendo la corredera, presione el extremo de fibra multimodo de índice calificado contra la corredera para transferir pegamento. Conecte el otro extremo de la fibra a un interrogador de sensor para monitorear el espectro de reflexión. A continuación, coloque un fragmento de la oblea en la etapa de traducción horizontal.

Tenga el lado dieléctrico apuntando hacia arriba. Coloque la fibra preparada en la etapa de traducción vertical y muévala hacia el fragmento para unir las dos piezas. Comparado con los sensores de fusión infrarroja emparejados de tejido de baja finura, la fabricación de sensores de alta finura, tiene un requisito más estricto como alineación óptica de la fibra líder con el elemento de silicio.

Coloque la fibra y los fragmentos de oblea unidos, debajo de una lámpara UV para curar. Este es un ejemplo del ensamblado después del curado, cuando está listo para los pasos siguientes. Antes de continuar, pula el fragmento en forma de disco.

Examine la cabeza del sensor bajo un microscopio, para asegurarse de que tiene la forma deseada. Incorpore el dispositivo de baja delicadeza completo en un sistema de demodulación. El sistema es directo e implica sólo unos pocos elementos.

Un espectrómetro y una computadora. Esta es la configuración, en forma esquemática. Hay una fuente de banda ancha, con salida, a través de una fibra óptica.

La fibra va al puerto uno de un circulador óptico. La fibra óptica del puerto dos del circulador.se empalbra a la fibra de plomo,del sensor de baja delicadeza. Conecte el puerto tres del circulador, a un espectrómetro de alta velocidad.

Utilice un ordenador conectado al espectrómetro para el almacenamiento de datos. Compruebe el espectro del sensor para asegurarse de que el sistema funciona correctamente. Este espectro es típico.

Prepare un sistema de demodulación con el sensor de alta finura. La configuración es sólo un poco más complicado que el sistema de demodulación de baja multa. A pesar de esto, la configuración todavía implica sólo unos pocos elementos.

Utilice un láser de retroalimentación distribuido, conectado a un controlador actual. Conectar la salida láser a través de fibra óptica al puerto uno de un circulador óptico La fibra del puerto dos del circulador, se empalbra al sensor de alta delicadeza. Conecte el puerto tres del circulador óptico a un detector de fotos.

Los datos del detector de fotos van a un dispositivo de adquisición de datos y a una computadora. Compruebe el espectro del sensor, para asegurarse de que el sistema funciona correctamente y produce un espectro típico. Un sensor de sistema de baja finura, diseñado para medir las termoclinas en aguas abiertas, recopiló los datos de pruebas de campo en azul.

Las curvas rojas y negras son medidas realizadas con instrumentos de referencia actualmente disponibles en el mercado. Una mirada más cercana a los datos, sugiere que un sistema de sensor de baja finura proporciona más detalle. Los datos en rojo, son de una configuración de sensor de baja finura, como un sensor de flujo situado en un tanque de agua.

Los datos en negro, son de un sensor de flujo comercial de referencia. Los dos generalmente están de acuerdo. Sin embargo, cuando el agua está tranquila, el sensor de baja delicadeza exhibe una respuesta mucho más clara.

Un sensor de alta finura es prometedor como un robusto bolómetro de alta resolución, para medir la emisión de fotones en plasmas. Estos resultados comparan el sensor de alta finura, con un bolómetro resistivo. Tenga en cuenta que un sensor de pegamento UV base no está destinado a aplicaciones superiores a 100 grados Celsius, debido a la estabilidad reducida del epoxi a altas temperaturas.

La fijación de la fibra líder y el im-pe-der ácido con el empalme de fusión, puede conducir a una plataforma de sensor de elevación de la temperatura alrededor de 1.000 grados Celsius;permitiendo otras aplicaciones emocionantes en entornos de alta temperatura. Ejemplos de aplicaciones de alta temperatura incluyen calentadores macro, emisores infrarrojos y monitoreo de temperatura en pulgadas en las centrales eléctricas. Mientras usas la lámpara UV y los láseres, asegúrate de llevar una bata de laboratorio y unas gafas de seguridad láser para proteger tu piel y tus ojos.