Name: ייצור ובדיקה של מדי חום פוטוני (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-10-24T12:30:00.000+00:00
Duration: 8 min 44 s
Description: למד את שיטת ייצור ובדיקת מדי החום הפוטוניים לשיפור דיוק מדידת הטמפרטורה. טכנולוגיה זו מבוססת מדידות תדר ומפחיתה את הצורך בכיולים תכופים.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

המחברים להכיר את המתקן NIST/תרגום סיגל NanoFab על מתן הזדמנות לפברק חיישני טמפרטורה פוטוני הסיליקון ואת וויאט מילר ולחצות את השחר לקבלת סיוע בהגדרת הניסויים.

1. התקן פבריקציה נוספת
הערה: סיליקון התקנים פוטוני יכול להיות מפוברק באמצעות סיליקון-על-מבודד (SOI) וופלים החלה טכנולוגיית CMOS המקובלת באמצעות צילום - או ליתוגרפיה קרן אלקטרונים ואחריו יון תגובתי פלזמה אינדוקטיבית לחרוט (ICP RIE) של 220 ננומטר בעובי העליון סיליקון שכבה. אחרי ICP ורי לחרוט ההתקנים יכולים להיות למעלה-cladded עם סרט פולימרי דק או שכבת הגנה2 SiO. להלן השלבים העיקריים של ייצור של התקנים פוטוני SOI.
<ol><li>נקי וופל SOI בפתרון פיראניה למשך 10 דקות, תערובת 4:1 של חומצה גופרתית (H2אז4), חמצן (H2O2), ואחריו שטיפה במים (DI) יונים עבור 1 דקות, חנקן גז מכה יבשה.</li>
	<li>ספין המעיל כ 20-50 מ של אדם 2405 e-קרן להתנגד על גבי כשהפחד ב- 4,000 סל ד 60 s, ואחריו אופים פלטה ב 90 מעלות צלזיוס למשך 15 דקות.</li>
	<li>לחשוף את תבנית התקן כדי להתנגד מצופים ספין באמצעות e-קרן ליתוגרפיה ולפתח את להתנגד. המינון הרגיל חשיפה הבסיס הוא כ-600 µC/ס מ2. לפתח עם מפתח MIF-319 60 s, ולאחריה שטיפה במים s 60.</li>
	<li>ביצוע של ורי ICP לחרוט של שכבת סיליקון עבה nm 220 כדי להסיר את הסיליקון לא מוגן. להשתמש בתהליך Bosch מדומה עם C4F8: 57 SCCM / SF6: 33 SCCM, ICP כוח: 3000 וואט; ורי כוח: 15 וואט; הלחץ 10 mTorr, טמפרטורה: 15 ° C; לחרוט קצב: כ 5-6 nm/s</li>
	<li>להמיס את המסכה להתנגד ב אצטון טהור לשעה ולאחריה שטיפה של אלכוהול איזופרופיל, לשטוף במים DI s 60, לפוצץ גז חנקן יבש.</li>
	<li>להפקיד 1 מיקרומטר עבה top-שכבת הגנה על פרוסת סיליקון (בסרט פולימרי דק) באמצעות ציפוי ספין (ספין מעיל 20-50 מ ל PMMA ב- 4,000 סל ד 60 s ואחריו פלטה אופים ב 180 מעלות צלזיוס למשך 2 דקות).</li>
	<li>חותכים לקוביות את וופל עם רקיק של המסור (ראה להב עובי: מיקרומטר 35) לתוך קטן קל לטפל צ'יפס (למשל, 20 מ מ × 20 מ מ).</li>
</ol>2. פוטוני שבב אריזה
הערה: האסימונים פוטוני מפוברק ארוזים על מלכודת אריזה עיצוב מותאם אישית שבו מלכודת אריזה לפי הזמנה משמש כדי ליישר ובונד מערך של סיבים אופטיים כדי שבב פוטוני. הגדרת אריזות למוצג באיור 1 מורכב (i) 6-ציר מיקרו-מיקום הבמה, המאפשר 6 מעלות של תנועת החרות (קואורדינטות X, Y, Z, ומתאמת משלוש זוויות המתאימים הסיבוב ביחס X, Y, Z) בדייקנות כחיוניים; (ii) על הבמה משולב מודול Peltier המאפשר חום או לצנן את הפלטפורמה השלב העליון; (iii) v-groove מערך בעל הזרוע; מודול לחילוק מיקרו דבק אפוקסי; (iv) אולטרה סגול (UV) מודול לאור החשיפה UV לדבקי ולאחר בהגדלה (v) ארבע מצלמות דיגיטליות העליון, קבלה של שתי תצוגות זווית צד. סיבים אופטיים החבילה במערך v-groove הם שהשגת ממקור מסחרי.
<ol><li>הליך היישור קשה<ol>
<li>מקם את השבב פוטוניים על הבמה שישה צירים ולאחר אוריינט השבב אז בין יציאות הקלט/פלט על שבב מיושרים עם המערך v-groove.</li>
		<li>הפעל ואקום שאיבה דרך על הבמה יציאה השאיבה משולב ואקום כדי להחזיק את השבב במקום.</li>
		<li>להשתמש במצלמה דיגיטלית להציג העליונה כדי לאתר ולמקם את ההתקנים פוטוני עניין במרכז הבמה שישה צירים.</li>
		<li>מקם את הזרוע בעל מערך v-groove קרוב השבב ולהשתמש שאיבה ואקום דרך יציאת השאיבה משולב כדי להחזיק את המערך במקום.</li>
		<li>השתמש המצלמות הדיגיטליות הצדדית כמו משוב חזותי כדי לסייע מיקום המערך סיבים מעל לשלוחות הסורג על שבב.</li>
		<li>הרימו את הבמה שישה צירים כדי להביא את השבב פוטוני בתוך 10 מיקרומטר של הקצה התחתון של המערך סיבים. הערה: בקצה המערך סיבים v-groove בערך יש ליישר (במרחק של 50 מיקרומטר, כדי דיוק 100 מיקרומטר) ביחס סימני בשבב יישור. הליך זה מביא את הצדדים סיב אופטי בתוך הקרבה היחסית של לשלוחות המתאימות הסורג.</li>
	</ol>
</li>
	<li>ליישור האופטימלי אוטומטית<ol>
<li>ברגע יישור ידנית קשה מושגת, להפעיל את החיפוש האוטומטי שימוש בתוכנה של ספק שסופקו לשלב 6-ציר. הערה: אלגוריתם זה מבצע במרחק מוגדר מראש מעל 6-מעלות של תנועות (translational ו המסתובבת) עד השידור המרבי של אור הפס הרחב באמצעות הקלט של השבב, יציאות פלט מושגת. זה צריך לקחת לא יותר מ- 20 כדי 30 s.</li>
	</ol>
</li>
	<li>בדיקת צ'יפ פוטוני הערה: ברגע ליישור האופטימלי מושגת, בודק את המכשיר הכדאיות לפני שתמשיך לקשר.<ol>
<li>להשתמש במודול Peltier משולב על הבמה כדי תרמית מחזור הטמפרטורה של השבב בזמן הקלטת את התגובה ספקטרלי. עבור רכיבה על אופניים תרמי, השתמשנו סקריפט מותאם אישית בכתב LabView.</li>
		<li>נתח ספקטרום מוקלטות כדי לאמת את הרגישות לטמפרטורה של המכשיר (מומלץ ערכים הם 70 pm / ° C עד 80 pm / ° C). הערה: ספקטרומטר לייזר תואר במקומות אחרים פרט2. ספקטרום מוקלטות ניתוח כדי לקבוע את הרגישות לטמפרטורה של המכשיר שאמור להיות ב 70 pm / ° C עד טווח pm 80 / ° C.</li>
	</ol>
</li>
	<li>מליטה של סיבים אופטיים<ol>
<li>הורידו לאט את המערך יורדים לשטח שבב.</li>
		<li>מקם בזהירות המזרק אפוקסי מלא בקרבתו של הקצה של המערך סיבים באמצעות שלב נוסף של דיוק מיקרון XYZ.</li>
		<li>לוותר על מיקרו-droplet יחיד אפוקסי, ליזום תהליך הייבוש (גם באמצעות הקרנת UV או תרמית רכיבה על אופניים).</li>
		<li>מעת לעת להפעיל את השגרה יישור אוטומטי (לשיא/למיקסום) למניעת סחיפה הנגרמת לאבדן קשר עד כזה זמן שמתחיל האפוקסי להקשיח. הערה: לאחר אפוקסי אשפרה השבב פוטוני האור צימוד יעילות וביצועים נבדקים שוב ע י הקלטת שידור ספקטרום של המכשיר בטמפרטורות שונות. אור צימוד יעילות בדרך כלל גדל לאחר תהליך האיחוי, סביר כי אפוקסי אופטי השבירה מתאימים מפחית את התביעות השתקפות הממשק סיבים-צ'יפס.</li>
	</ol>
</li>
	<li>אריזה של מדחום פוטוני<ol>
<li>המקום הסיבים בונדד שבב פוטוניים על גליל נחושת (h = 25 מ מ, דייה = 5.79 מ"מ) עם כמות קטנה (בערך 1 מ ג) של חומר הסיכה התרמי מוחל על פני השטח הרכבה נחושת. הערה: המשחה התרמית מבטיחה מגע תרמי אפילו טוב בין המנצח מתכת חום את השבב. יתר על כן, משחות טרמיות מספק של אדהזיה חלש בין שני חלקי אשר מקלה על התהליך של הפחתת מכלול גליל נחושת-צ'יפ למטה צינור זכוכית (h = 50 מ מ; דיה הפנימי = 6.0 מ מ).</li>
		<li>והורד בעדינות את הצילינדר שבב-נחושת דרך צינור זכוכית.</li>
		<li>מילוי את מבחנה בגז ארגון, חותם עם פקק גומי.</li>
	</ol>
</li>
</ol>3. הטמפרטורה מדידה
<ol><li>להכניס את המדחום פוטוני ארוזים (מבחנה + גליל נחושת + סיבים מצמידים התקן פוטוני) בתוך באר יבשה טמפרטורה מטרולוגיה (הטמפרטורה צריכה להיות יציב בשביל בתוך 1 ח כ).</li>
	<li>באמצעות תוכנית מחשב שהותקן לקבוע את הזמן שיקוע (20 דקות עד 30 דקות), מספר מחזורי תרמי (מינימום 3), טמפרטורה שלב גודל (1 ° C עד 5 מעלות צלזיוס), מספר סריקות רציפות (המלצה מינימום 5) ו לייזר כוח (הכוח המדויק נמסר הוא ספציפי הפרט מקרים אבל בדרך כלל nanowatt microwatt טווח). הערה: מד חום מכויל התנגדות פלטינה מלטשים את גליל נחושת משמש במקביל להקליט את טמפרטורת אמבטיה כמו המדידות פוטוני מתבצעות.</li>
</ol>

<ol><li>Price, R. <a target="_blank" href="http://www.technology.matthey.com/article/3/3/78-87/">The Platinum resistance Thermometer.</a> Platinum Metals Review. 3 (3), 78-87 (1959).</li>
<li>Xu, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ultra-Sensitive+Chip-Based+Photonic+Temperature+Sensor+Using+Ring+Resonator+Structures%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+Express%22%5BJournal%5D)">Ultra-Sensitive Chip-Based Photonic Temperature Sensor Using Ring Resonator Structures.</a> Optics Express. 22, 3098-3104 (2014).</li>
<li>Donner, J. S., Thompson, S. A., Kreuzer, M. P., Baffou, G., Quidant, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mapping+Intracellular+Temperatrure+Using+Green+Flurorescent+Protein%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Letters%22%5BJournal%5D)">Mapping Intracellular Temperatrure Using Green Flurorescent Protein.</a> Nano Letters. 12 (4), 2107-2111 (2012).</li>
<li>Ahmed, Z., et al. <a target="_blank" href="https://arxiv.org/abs/1603.07690">Towards Photonics Enabled Quantum Metrology of Temperature, Pressure and Vacuum.</a> arXiv:1603.07690 [physics.optics]. , (2016).</li>
<li>Ahmed, Z., Filla, J., Guthrie, W., Quintavall, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fiber+Bragg+Gratings+Based+Thermometry%5BTitle%5D)+AND+%22NCSL+International+Measure%22%5BJournal%5D)">Fiber Bragg Gratings Based Thermometry.</a> NCSL International Measure. 10, 24-27 (2015).</li>
<li>Hill, K. O., Meltz, G. <a target="_blank" href="http://ieeexplore.ieee.org/document/618320/">Fiber Bragg Grating Technology Fundamental and Overview.</a> J. of Lightwave Technology. 15, 1263-1275 (1997).</li>
<li>Liacouras, P. C., Grant, G., Choudhry, K., Strouse, G. F., Ahmed, Z. <a target="_blank" href="https://arxiv.org/abs/1508.01156">Fiber Bragg Gratings Embedded in 3D-printed Scaffolds.</a> NCSL International Measure. 10 (2), 50-52 (2015).</li>
<li>Klimov, N. N., Mittal, S., Berger, M., Ahmed, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((On-chip+silicon+waveguide+Bragg+grating+photonic+temperature+sensor%5BTitle%5D)+AND+%22Optical+Letters%22%5BJournal%5D)">On-chip silicon waveguide Bragg grating photonic temperature sensor.</a> Optical Letters. 40 (17), 3934-3936 (2015).</li>
<li>Klimov, N. N., Purdy, T., Ahmed, Z. On-Chip Silicon Photonic Thermometers: from Waveguide Bragg Grating to Ring Resonators sensors. Proceedings. Advanced Environmental, Chemical, and Biological Sensing Technologies XII, , Volume 9486, 948609 (2015).</li>
<li>Kim, G. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Silicon+photonic+temperature+sensor+employing+a+ring+resonator+manufactured+using+a+standard+CMOS+process%5BTitle%5D)+AND+%22Optical+Express%22%5BJournal%5D)">Silicon photonic temperature sensor employing a ring resonator manufactured using a standard CMOS process.</a> Optical Express. 18 (21), 22215-22221 (2010).</li>
<li>Purdy, T., et al. Thermometry with Optomechanical Cavities. Conference on Lasers and Electro-Optics, , Optical Society of America. STu1H.2(2016).</li>
</ol>

המחברים אין לחשוף.
ציוד או חומרים מסוימים מזוהים נייר זה כדי לציין את הליך ניסיוני במידה מספקת. זיהוי כזה לא נועד מעיד על ידי המכון הלאומי לתקנים וטכנולוגיה, וגם זה נועד לרמוז חומרים או ציוד זיהו הם בהכרח הטובים ביותר הזמינים.

מטרת ניסוי זה היה לכמת התגובה תלויה בטמפרטורה של מדחום פוטוני. עבור מדידות כמותיים של טמפרטורה, זה שקול לנצל מקור חום יציב כגון ציון מטרולוגיה עמוק יבש, נפח קטן חיישנים, להבטיח מגע תרמי טוב בין הבאר לבין החיישן, ולמזער את החום מאבד לסביבה. דרישות אלה מתקיימים בקלות על ידי מליטה סיבים אופטיים לשבב, ביעילות יצירת מכשיר ארוזים זה ניתן להוריד עמוק לתוך הטמפרטורה מטרולוגיה היטב. המטרה של הגליל נחושת בצינור זכוכית היא לספק איש קשר תרמי טוב בין הצינור שבב וזכוכית, וכדי לספק מסה תרמית גדולה זה dampens ארעי תנודות תרמי, ובכך לשפר...

תקן זהב עבור טמפרטורה מטרולוגיה, התנגדותי פלטינה, הועלתה לראשונה על ידי סר סימנס בשנת 1871 עם קלינדר1 פיתוח המכשיר הראשון בשנת 1890. מאז התקדמות מצטבר בעיצוב וייצור של מדי חום הושיע מגוון רחב של טמפרטורות פתרונות מדידה. תקן פלטינה התנגדותי (SPRT) הוא הכלי interpolating למימוש סולם טמפרטורה הבינלאומי (ITS-90), הפצתו באמצעות מטאורולוגיה ההתנגדות. היום, יותר ממאה שנים לאחר ההמצאה שלו, התנגדות מטאורולוגיה ממלא תפקיד מכריע בהיבטים שונים של התעשייה וטכנולוגיית כל יום החל וההתערבות בקרת תהליך ייצור, ייצור אנרגיה וצריכה. למרות מדי חום מכויל היטב בהתנגדות תעשייתי יכול למדוד טמפרטורה עם אי ודאות קטן כמו 10 ח"כ, והם רגישים זעזועים מכני, מתח תרמי, משתנים סביבתיים כגון לחות, כימיקלים מזהמים. כתוצאה מכך, מדי חום בהתנגדות דורשים recalibrations במצב לא מקוון תקופתי (ויקר). אלה המגבלות הבסיסיות של ההתנגדות מטאורולוגיה יצרו עניין רב בפיתוח חיישני טמפרטורה פוטוני2 שיכולים לספק דומה יותר whislt מידה יכולות להיות יותר חזקים נגד זעזועים מכני . כזה devcie ימשכו את מעבדות הלאומית ותעשייתיים, המעוניינים ניטור לטווח ארוך איפה מכשיר להיסחף עלולה להשפיע לרעה על הפרודוקטיביות.
בשנים האחרונות מגוון רחב של הרומן מדחומים פוטוני הוצעו כולל צבעי פוטוסנסיטיבית3, מיקרוגל מבוסס-ספיר לוחש גלריה במצב מהוד4, סיבים אופטיים חיישנים5,6, 7, ו על שבב סיליקון חיישנים ננו פוטוניים8,9,10. -NIST, מאמצינו מכוונים פיתוח בעלות נמוכה, הניתנות לפריסה ברצון, חיישני טמפרטורה חדשניים ותקני בקלות מיוצרים באמצעות הטכנולוגיות הקיימות, כגון בייצור תואמי ה-CMOS. דגש מיוחד כבר פיתוח פוטוני סיליקון. הראו כי התקנים אלה יכולים לשמש כדי למדוד את הטמפרטורה על פני הטווחים של-40 ° C עד 80 ° C ו- 5 ° C עד 165 מעלות צלזיוס עם אי ודאות זה דומות התקנים מדור קודם8. יתר על כן, התוצאות שלנו מראים כי עם מכשיר שליטה טובה יותר של תהליך חליפות הסדר ודאות 0.1 º C הוא בר השגה (קרי אי הוודאות של מדידת טמפרטורה באמצעות מקדמי נומינלית לא כיול נחוש המקדמים ).

<table><tbody><tr><td>תהליך אריזה</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>6 צירים מכשירי</td><td></td><td></td><td></td>PI</tr><tr><td>מצלמות</td><td></td><td></td><td></td>וידאו</tr><tr><td>מערכת</td><td></td><td></td><td></td>חלוקת אפוקסי</tr><tr><td>מערך</td><td></td><td></td><td></td> סיבים</tr><tr><td>מדידת טמפרטורה</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>מטרולוגיה ובכן</td><td>Fluke</td><td>9170</td><td>יבש היטב יציב לטוב יותר מ-.01 K</td></tr><tr><td>לייזר</td><td>ניופורט</td><td>TLB6700</td><td>1520-1570 ננומטר מד גל לייזר מתכוונן</td></tr><tr><td></td><td>HighFinesse</td><td>WS/7</td><td>100 הרץ מד כוח</td></tr><tr>מד<td>כוח</td><td>ניופורט</td><td>1936-R</td><td>עם טווח רחב</td></tr></tbody></table>

ייצור ובדיקה של מדי חום פוטוני

Fabrication and Testing of Photonic Thermometers

בשנים האחרונות, דחיפה לפיתוח מכשירי טלקומוניקציה פוטוני סיליקון הרומן יצר מאגר ידע עצום זה עכשיו זה להיות ממונף לפיתוח חיישני פוטוני מתוחכמים. חיישני פוטוני הסיליקון לנסות לנצל את ריתוק חזקה של אור ננו-waveguides מגלי שינויים במצב פיזי לשינויים בתדר תהודה. במקרה של מטאורולוגיה, המקדם התרמו-אופטיים, קרי, לשינויים שבירה בשל הטמפרטורה, גורם לתדר המתאים של המכשיר פוטוני כגון בראג grating להיסחף עם הטמפרטורה. אנו מפתחים חבילה של פוטוני מכשירים המנצלים את התפתחויות אחרונות טלקום מקורות אור תואם כדי לפברק חיישני טמפרטורה פוטוני חסכונית, אשר ניתן לפרוס את מגוון רחב של הגדרות החל מעבדתית מבוקרת תנאים, לסביבה הרועשת של רצפה של מפעל או מקום מגורים. כתב יד זה, אנו מפרטים פרוטוקול שלנו הזיוף ולבדיקה של מדי חום פוטוני.

כפי שמוצג באיור2, ספקטרום שידור מהוד טבעת מציג טבילה צר שידור המתאימים לתנאי תהודה. השוליים תהודה משמרות את אורכי הגל כמו טמפרטורה הוא גדל מ- 20 ° C עד 105 ° C במרווחים של 5 ° C. הקשת שידור מצויד לכל פונקציה פולינום שממנו מופק המרכז שיא. פולינום להתאים נמצאה כדי לתת את התוצאות הכי עקבי בנוכחות בסיס משופע אשר יכול לגרום התקף. Lorentzian או לפי עקומת גאוס נוטה יותר לקזז שגיאות. התגובה אורך הגל של המכשיר מותווים נגד התגובה מד החום מכוילת התנגדות פלטינה, תמלוגים ...

נתאר את תהליך ייצור ובדיקה של מדי חום פוטוני.

In recent years, a push for developing novel silicon photonic devices for telecommunications has generated a vast knowledge base that is now being ...

תרמומטריה פוטונית יכולה לעזור להעביר את תחום מטרולוגיית הטמפרטורה מטכנולוגיה מבוססת התנגדות מדור קודם למדידות מבוססות תדרים. היתרון העיקרי של טכניקה זו הוא שאנחנו יכולים למנף את ההתקדמות במתרולוגיה תדר לבצע מדידות מדויקות יותר תוך המצאת מכשירים להתגבר על המגבלות הפיזיות של הטכנולוגיה הנוכחית כגון גודל ורגישות זעזוע מכני ושינויים סביבתיים. המשמעות של טכניקה זו משתרעת על פני שינוי האופן שבו אנו מנתחים בארצות הברית ובעולם.מדחום פוטוני יציב במיוחד יפחית את הצורך בכיול תכוף. פיתוח עתידי של תקני טמפרטורה אופטומכניים יכול לשים את תקן הכיול בידי המשתמש ולבטל את הצורך במתקני כיול מיוחדים. בדרך כלל, אנשים חדשים בשיטה זו ייאבקו כי זה צומת של שני תחומים שונים לשניהם יש שפה משלהם, דרישות טכנולוגיה ופרוטוקולים מיוחדים למקסום התוצאה.כל משתמש חדש חייב ללמוד להסתגל ולהסתגל לדרישות מתחרות לפעמים. כדי להתחיל, נקה רקיק SOI כמתואר בפרוטוקול הטקסט הנלווה. מעיל את הוופל עם 20 עד 50 מיליליטר MA-N 2405 פוטורסיסט טון שלילי.לסובב אותו ב 4, 000 סל"ד במשך 60 שניות ולאחר מכן להעביר את הוופל לצלחת חמה ואופים אותו ב 90 מעלות צלזיוס במשך 15 דקות. לאחר האפייה, חשוף את הפוטורסיסט לתבנית המוצגת כאן באמצעות הגדרת ליטוגרפיה סטנדרטית של קרן E. לאחר מכן מקם את הוופל לתוך פתרון מפתח MIF 319 והתפשט במשך 60 שניות.מעבירים את הוופל המפותח למים ושטיפתו למשך 60 שניות נוספות. לאחר מכן, בצע תחריט ICP RIE של שכבת סיליקון בעובי 220 ננומטר כדי להסיר את הסיליקון הלא מוגן. ממיסים את מסכת ההתנגדות באצטון טהור במשך שעה אחת, ואחריו שטיפה isopropanol.לאחר מכן לשטוף את הוופל במשך 60 שניות במים deionized ולייבש את הוופל באמצעות חנקן. עכשיו שים את הוופל בחזרה לציפוי הספין. הפקדת אחד ננומטר עבה פולימר מגן סרט השכבה העליונה על הוופל.לבסוף, קוביות רקיק עם dicing רקיק מסור לתוך 20 מילימטר על ידי 20 מילימטר קטן וקל להתמודד עם שבבים. מקם את השבב הפוטוני על שלב ששת הצירים וכוון את השבב כך שהקלט והיציתים על השבב מיושרים עם מערך החריצים V. לאחר מכן הפעל יניקת ואקום דרך יציאת שאיבת ואקום משולבת על הבמה כדי להחזיק את השבב במקום.השתמש במצלמה הדיגיטלית העליונה כדי לאתר ול למקם את המכשירים הפוטוניים המעניינים במרכז שלב ששת הצירים. כעת מקם את זרוע מחזיק החריץ V קרוב לשבב ולהשתמש יניקת ואקום באמצעות יציאת שאיבה משולבת להחזיק את המערך במקום. באמצעות המצלמות הדיגיטליות של התצוגה הצדדית כמשוב חזותי, מקם את מערך הסיבים מעל מסבבי המילוי ההדרגתיים על השבב והגדל את הבמה כדי להביא את השבב הפוטוני למרחק של 10 מיקרומטרים מהקצה התחתון של מערך הסיבים.הקצה של מערך הסיבים של חריץ V צריך להיות מיושר בערך בתוך דיוק של 50 עד 100 מיקרון ביחס לסימני יישור על השבב. הליך זה מביא את הסיב האופטי בתוך קרבה יחסית של מייצבים הדרגתיים המתאימים. לאחר השבב כבר מיושר בגסות, להפעיל את החיפוש האוטומטי לשלב שישה צירים.אלגוריתם זה מחפש את השידור המרבי של אור פס רחב דרך יציאות הקלט והפלט של השבב. זה אמור לקחת לא יותר מ-20 עד 30 שניות. לאחר שהושג היישור האופטימלי, בדוק את הכדאיות של ההתקן לפני שתמשיך בהתחברות.באמצעות תוכנית כמו LabVIEW, לשלוט במודול המשולב על הבמה כדי מחזור תרמית הטמפרטורה של השבב תוך רישום התגובה הספקטרלית. לנתח את הספקטרום נרשם מן הספקטרומטר לייזר כדי לאמת את רגישות הטמפרטורה של המכשיר. הנך באיטיות את המערך כלפי מטה אל פני השטח של השבב תוך כדי צפייה במצלמה הדיגיטלית של התצוגה הצדדית.לאחר מכן, מקם בזהירות את המזרק מלא האפוקסי בסביבה קרובה לקצה מערך הסיבים באמצעות שלב דיוק נוסף של מיקרון XYZ. פעם בעמדה, לוותר על טיפת מיקרו אחת של אפוקסי. בעוד אפוקסי מתקשה, מעת לעת להפעיל את שגרת היישור האוטומטית כדי למנוע אובדן סחף-induced של אות.לאחר התרופות אפוקסי, לבדוק את ביצועי שבב פוטוני ויעילות צימוד אור על ידי הקלטת ספקטרום השידור בטמפרטורות שונות. יעילות צימוד קלה בדרך כלל עולה לאחר תהליך ההתחברות. השתמש בערך מיליגרם אחד של שומן תרמי כדי להצמד באופן תרמי את השבב הפוטוני מלוכד סיבים לצילינדר נחושת קטן.ואז בעדינות להוריד את צילינדר נחושת שבב במורד צינור זכוכית. פעם בעמדה, בחזרה למלא את צינור הזכוכית עם גז ארגון ולאטום אותו באמצעות פקק גומי. לאחר מכן מניחים את המדחום הפוטוני הארוז לטמפרטורת מטרולוגיה יבשה היטב עד בתוך מיקרו קלווין אחד.באמצעות תוכנת המחשב שנבנתה בהתאמה אישית, הגדר את זמן ההתיישבות למשך 20 עד 30 דקות, את מספר המחזורים התרמיים לשלושה לפחות, ואת גודל צעד הטמפרטורה בין אחד לחמישה צלזיוס. כמו כן, הגדר את מספר הסריקות הרצופות לחמישה לפחות ואת כוח הלייזר בטווח הננו-ואט למיקרו-ואט. כפי שמוצג כאן, ספקטרום שידור תהודה הטבעת מראה טבילה צרה בשידור המתאים למצב תהודה בכל טמפרטורה.שולי תהודה עובר אורכי גל ארוכים יותר כמו הטמפרטורה עולה מ 20 צלזיוס ל 105 צלזיוס במרווחים של חמש מעלות צלזיוס. הניתוח הראשוני שלנו של ניסוי האופניים התרמיים מצביע על כך שהשינויים הנגרמים על ידי לחות באפוקסי הם ככל הנראה הנהג הגדול ביותר של היסטרזי במדחומים פוטוניים ארוזים, ומכשירים לא ארוזים אינם מראים היסטרזה משמעותית. בנוסף, ניתן ליצור את ההיסטרזה במכשיר הארוז באמצעות אפוקסי הידרופובי כיוסס לצינור הזכוכית לפני איטום אטם הדוק יותר סביב צומת הזכוכית של פקק הגומי.בעת ניסיון הליך זה, חשוב לזכור למזער כל זיהום כימי של הדגימות כגון לחות בצינור ארוז שכן זה יהיה לפגוע קשות את דיוק המדידה. בעקבות הליך זה, ניתן לבצע שיטות אחרות כגון נעילת לייזר או ספקטרוסקופיית מסרק בתדר כפול על מנת לענות על שאלות נוספות לגבי היציבות ארוכת הטווח של התקנים אלה, טעינת דחף ואפיון תכונות פיזיקליות תרמיות. לאחר התפתחותה, טכניקה זו סללה את הדרך לחוקרים בתחום המטרולוגיה לחקור מדרולוגיה מדויקת עבור כמויות פיזיות וכימיות אחרות כגון לחץ, ואקום וניתוח גז קורט במערכות משובצות.אל תשכח כי עבודה עם כימיקלים קשים בחדר נקי ומקורות אור בהיר כגון לייזרים במעבדה יכול להיות מסוכן מאוד אמצעי זהירות כגון השימוש בציוד מגן אישי כגון משקפי לייזר תמיד צריך להילקח בעת ביצוע הליך זה.

fabrication-and-testing-of-photonic-thermometers

Research

JoVE Journal

Chemistry

כימיה

עירורים אופטו-מכניים פרמטריים הודגמו לאחרונה בניסוי בתהודה אופטומכנית מיקרופלואידית באמצעות לחץ קרינה אופטי ופיזור ברילואין מגורה. מאמר זה מתאר את הייצור של מהודים מיקרופלואידיים אלה יחד עם מתודולוגיות ליצירה ואימות של תנודות אופטומכניות.

ייצור ובדיקה של מתנדים optomechanical Microfluidic

בדיקת הכף הקרה (CPA) מודדת היענות לקור בין 30 מעלות צלזיוס ל-5 מעלות צלזיוס, ויכולה גם למדוד הסתגלות לקור. פרוטוקול זה מתאר כיצד להשתמש ב-CPA כדי למדוד רגישות יתר לקור, שיכוך כאבים והסתגלות בעכברים.

שיטה פשוטה וזולה לקביעה קרה רגישות והסתגלות בעכברים

כאן, אנו מציגים שלושה פרוטוקולים למדידות תרמיות במכשירים מיקרופלואידיים.

טכניקות מדידת תרמית במכשירי microfluidic אנליטי

אנו מדגימים שימוש בחיישן מופץ סיבים אופטיים למיפוי שדה הטמפרטורה של ערבוב מטוסי אוויר. חיישן הפיזור מבוסס ריילי מייצר אלף נקודות נתונים לאורך סיב בודד לספק רזולוציה מרחבית חריגה היא בלתי ניתן להשגה עם חיישנים מסורתיים כגון צמדים.

חיישני סיבים אופטיים מבוזרת עבור מיפוי שדה הטמפרטורה גבוהה ברזולוציה

מתוארים מנגנון Dewar/cryostat חנקן נוזלי פשוט המורכב מ-Dewar אופטי סיליקה התמזגה קטן, צמד תרמי וספקטרוגרף של התקן מצמד מטען (CCD). הניסויים שעבורם מתוכנן Dewar/cryostat זה דורשים טעינת דגימה מהירה, הקפאה ויישור, טמפרטורות דגימה מדויקות ויציבות וגודל/ניידות קטנים.

פשוט דיואר / cryostat עבור דוגמאות התרמית equilibrating בטמפרטורות ידועות מדידות הארה קריוגני מדויקות

עבודה זו מדווחת חדשני משופעת סיליקון סיבים אופטיים חישה פלטפורמה (סי-FOSP) למדידה ברזולוציה גבוהה ותגובה מהירה של מגוון פרמטרים פיזיים, כגון טמפרטורה, זרימה, קרינה. יישומים של סי-FOSP הזה span של מחקר אוקיאנוגרפי, תעשיית מכני, מחקר האנרגיה פיוז'ן.

פלטפורמה משופעת סיליקון סיבים אופטיים חישה עם רזולוציה גבוהה ותגובה מהירה

המוצג כאן הוא פרוטוקול באמצעות מיקרוסקופ טמפרטורה שבשליטת המצב המאפשר מכולה לדוגמה להיות רכוב על מיקרוסקופ אנכי.

הייצור של שלב מיקרוסקופ להתבוננות אנכית עם הפונקציה בקרת טמפרטורה

פרוטוקול זה מתאר כיצד להתקין מצלמת אינפרא-אדום בכבשן מסוע, לבצע תיקון לקוח של מצלמת IR מכוילת במפעל ולהעריך את התפלגות טמפרטורת פני השטח המרחבית של אובייקט מעניין. האובייקטים לדוגמה הם תאים סולאריים סיליקון תעשייתי.

במדידת טמפרטורת פני השטח של סיטו בכבשן מסוע באמצעות תרמוגרפיה אינפרא-אדום מוטבעת

פרוטוקול זה מתאר בנייה של אטלון פברי-פרו בעלות נמוכה, בדיד, מצומד סיבים ומרווח אוויר, עם יישומים שונים, כגון בספקטרוסקופיית גז עקבות. הייצור אפשרי בכל מתקן עם ציוד מעבדה אופטי סטנדרטי זמין.

ייצור אטאלון פברי-פרוט בעלות נמוכה, מצומד סיבים ומרווח באוויר

מאמר זה מציג את טכניקת תרמורפלקרטנס בתחום התדר (FDTR) לאפיון ודימות תרמי מקומי לא הרסני.

טכניקת תרמורפלקטנס בתחום התדר למדידות תכונה תרמית

למד את שיטת ייצור ובדיקת מדי החום הפוטוניים לשיפור דיוק מדידת הטמפרטורה. טכנולוגיה זו מבוססת מדידות תדר ומפחיתה את הצורך בכיולים תכופים.

ייצור ובדיקה של מדי חום פוטוני

גלה סרטונים נוספים