Name: Fabbricazione di un Etalon Fabry-Pérot a basso costo, accoppiato in fibra e spaziato in aria (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2023-02-03T15:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 22 s
Description: Scopri come fabbricare un etalon Fabry-Pérot a basso costo e accoppiato in fibra per la spettroscopia di gas traccia. Questo metodo accessibile consente prototipazione rapida con equipaggiamento fototonico standard.

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Il lavoro qui presentato è stato condotto nell'ambito del progetto finanziato da FFG "Green Sensing" e del programma SPS della NATO "Photonic Nano Particle Sensors for Detecting CBRN events". Il lavoro è stato anche sostenuto da TU Graz Open Access Publishing Fund.

Fabbricazione di un etalon di Fabry-Pérot per l'applicazione nella spettroscopia di gas in tracce

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<li>Marques, D. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Modelling+Fabry-P%C3%A9rot+etalons+illuminated+by+focussed+beams%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+Express%22%5BJournal%5D)">Modelling Fabry-Pérot etalons illuminated by focussed beams.</a> Optics Express. 28 (5), 7691-7706 (2020).</li>
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<li>Preisser, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((All-optical+highly+sensitive+akinetic+sensor+for+ultrasound+detection+and+photoacoustic+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Biomedical+Optics+Express%22%5BJournal%5D)">All-optical highly sensitive akinetic sensor for ultrasound detection and photoacoustic imaging.</a> Biomedical Optics Express. 7 (10), 4171-4186 (2016).</li>
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<li>Breitegger, P., Lang, B., Bergmann, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Intensity+modulated+photothermal+measurements+of+NO2+with+a+compact+fiber-coupled+Fabry-P%C3%A9rot+interferometer%5BTitle%5D)+AND+%22MDPI.Sensors%22%5BJournal%5D)">Intensity modulated photothermal measurements of NO2 with a compact fiber-coupled Fabry-Pérot interferometer.</a> MDPI.Sensors. 19 (15), 1424(2019).</li>
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<li>Chen, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Micro-fiber-optic+acoustic+sensor+based+on+high-Q+resonance+effect+using+Fabry-P%C3%A9rot+etalon%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+Express%22%5BJournal%5D)">Micro-fiber-optic acoustic sensor based on high-Q resonance effect using Fabry-Pérot etalon.</a> Optics Express. 29 (11), 16447-16454 (2021).</li>
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<li>Waclawek, J. P., Bauer, V. C., Moser, H., Lendl, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((2f-wavelength+modulation+Fabry-P%C3%A9rot+photothermal+interferometry%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+Express%22%5BJournal%5D)">2f-wavelength modulation Fabry-Pérot photothermal interferometry.</a> Optics Express. 24 (25), 28958-28967 (2016).</li>
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Non ci sono conflitti di interesse.

Poiché l'FPE fabbricato seguendo il protocollo qui indicato è ottimizzato per un'applicazione specifica, i possibili adattamenti e passaggi critici sono spiegati in questo capitolo. Prima di tutto, l'FPE e la cella di misura sono progettati per le misurazioni PTI. Pertanto, alla cella vengono aggiunti un ingresso e un'uscita del gas, nonché un canale per il laser di eccitazione, che è perpendicolare al laser della sonda. Tutte le aperture della cella sono rese ermetiche tramite O-ring e / o coperte da finestre UVFS per consentire la propagazione del laser. Se utilizzata in modo diverso, la cella, come indicato nel file di codifica supplementare 1, può essere riprogettata e adattata all'applicazione specifica. La filettatura nel passaggio 1.4 viene eseguita dopo la stampa. I fili potrebbero anche essere stampati in 3D, ma poiché tendono a consumarsi rapidamente, vengono stampati solo fori con il diametro appropriato del foro del nucleo e successivamente vengono filettati.
La scelta del materiale per i distanziatori nella fase 2.1 è cruciale. Il parallelismo dei distanziatori determina il parallelismo degli specchi etalon e, quindi, influenza la finezza7. In questo studio è stata utilizzata una finestra di precisione UVFS da 1/2 pollice, come indicato nella tabella dei materiali, con un parallelismo di ≤5 secondi d'arco e una planarità superficiale di λ/10 sull'apertura chiara. Il coefficiente di dilatazione termica di UVFS è 0,55 x 10−6/°C. La stabilità della temperatura può essere ulteriormente aumentata utilizzando, ad esempio, distanziatori Zerodur5 , con un coefficiente di dilatazione termica inferiore a 0,1 x 10−6/°C; Tuttavia, questo ha lo svantaggio di costi più elevati.
L'FPE è formato da uno specchio completamente riflettente e da un beamsplitter. Il beamsplitter ha una superficie riflettente del 70% e un lato posteriore rivestito antiriflesso. Ciò consente l'accoppiamento della luce dentro e fuori l'etalon. Inoltre, il substrato del beamsplitter presenta un lato incuneato per prevenire effetti etalon indesiderati. Il lato posteriore dello specchio è irruvidito per gli stessi motivi.
Nella fase 5.1 viene descritta la configurazione optoelettronica per tracciare il processo di allineamento. Tutte le fibre utilizzate sono fibre SMF-28 standard con connettori FC/APC. A causa dell'applicazione designata per PTI, un fotorivelatore bilanciato era prontamente disponibile in questo studio, ma questo non è necessario in generale. Al suo posto può essere utilizzato un fotorivelatore convenzionale; In questo caso, l'utilizzo di un accoppiatore 1 x 2 è obsoleto. Queste modifiche non influiscono sugli altri componenti dell'installazione, come illustrato nella Figura 5. La modulazione di corrente triangolare del laser della sonda, come descritto al punto 5.4, corrisponde a una lunghezza d'onda. È necessario scegliere un intervallo di corrente sufficiente a coprire almeno un picco di riflettanza dell'FPE. Pertanto, un FSR può servire come regola empirica. I calcoli per l'FSR di un FPE ideale sono disponibili nella sezione introduttiva. Insieme al coefficiente di sintonizzazione della corrente (nm/mA) del laser, indicato nel rispettivo manuale, è possibile calcolare l'intervallo di corrente che copre un FSR. Ad esempio, il laser utilizzato in questo lavoro aveva un coefficiente di sintonizzazione della corrente di 0,003 nm / mA ed emesso a una lunghezza d'onda di 1.550 nm. L'FSR atteso di un FPE ideale con spaziatura dello specchio di 3 mm, d, è di circa 0,4 nm. Questo dà un intervallo di sintonizzazione della corrente di 133 mA.
In questo lavoro, la frequenza di modulazione è stata impostata su 100 Hz per una comoda visualizzazione all'oscilloscopio. Poiché l'intervallo di sintonizzazione della corrente desiderato è piuttosto ampio, è possibile utilizzare un attenuatore a fibra fissa per rimanere entro i limiti di potenza del rilevatore utilizzato. L'attenuatore può essere montato direttamente dopo l'isolatore.
L'adesivo a polimerizzazione UV utilizzato nella fase 6 e nella fase 7 è trasparente alla luce laser e ha un indice di rifrazione di 1,56. Il processo di allineamento, come descritto al punto 7.1, dipende dal fotorivelatore disponibile. Il rilevatore bilanciato utilizzato in questa configurazione genera un'uscita "Segnale" a tensione negativa. Per ragioni generali, si assume un'uscita di tensione positiva per la descrizione del passo 7.10 e nella figura 6. Per un etalon ben allineato, il picco di riflettanza andrà verso lo zero, mentre la funzione triangolare aumenterà il suo rapporto picco-picco.
Per la caratterizzazione dell'etalon nella fase 8.1, viene utilizzato un software di calcolo numerico (vedere Tabella dei materiali). La tensione misurata per ogni fase di temperatura viene calcolata in media e tracciata, come mostrato nella Figura 7. Per convertire i passi di temperatura in passi di lunghezza d'onda, viene utilizzato il coefficiente di regolazione della temperatura del laser della sonda. Le librerie di analisi dei segnali hanno integrato algoritmi di ricerca dei picchi, che possono essere utilizzati a tale scopo. Poiché l'analisi dei dati dipende fortemente dal formato dei dati, qui non viene fornito alcun codice, ma può essere reso disponibile dall'autore corrispondente su richiesta.
Una possibile limitazione della tecnica di fabbricazione qui presentata è la stabilità termica e meccanica in ambienti mutevoli. Poiché lo scopo di questo documento di istruzioni è la prototipazione a basso costo di FPE per applicazioni di laboratorio, non vengono forniti test relativi alla stabilità meccanica e alla temperatura. Se l'FPE viene utilizzato per applicazioni mobili o in ambienti mutevoli, è necessario adottare misure aggiuntive per stabilizzare meccanicamente il sistema di lenti in fibra GRIN rispetto all'etalon.
Un nuovo metodo per fabbricare e caratterizzare un FPE è dimostrato qui con componenti ottici standard disponibili in ogni laboratorio fotonico. L'FPE presentato ha una finezza di circa 15 e una sensibilità sufficiente per rilevare circa 5 ppmV di vapore acqueo. Oltre all'applicazione presentata per PTI, questo FPE potrebbe essere utilizzato in applicazioni come la costruzione di microfoni ottici 20, che sono comunemente applicati nel campo dei test non distruttivi 23, misure dell'indice di rifrazione 24,25 o igrometri 26, solo per citarne alcuni.

Nella sua forma più elementare, un FPE è costituito da due superfici speculari parzialmente riflettenti piane parallele1. Nelle seguenti spiegazioni, quando si fa riferimento agli specchi, il substrato ottico e il rivestimento riflettente sono considerati come uno. Nella maggior parte delle applicazioni, gli specchi utilizzati presentano una superficie incuneata2 per evitare effetti etalon indesiderati. La Figura 1 illustra la formazione del modello di interferenza di un etalon spaziato in aria (Figura 1A), nonché la funzione di riflettanza per diverse riflettività speculari (Figura 1B).
La luce entra nella cavità attraverso uno specchio, subisce molteplici riflessioni e lascia la cavità per riflessione e trasmissione. Poiché questo articolo si concentra sulla fabbricazione di un FPE operato in riflettanza, le ulteriori spiegazioni si riferiscono specificamente alla riflessione. Le onde che escono dalla cavità interferiscono, a seconda della differenza di fase, q = 4πnd/λ. Qui, n è l'indice di rifrazione all'interno della cavità, d è la spaziatura dello specchio e λ è la lunghezza d'onda della sorgente luminosa dell'interferometro, qui chiamata laser a sonda. Una riflettanza minima si verifica quando la differenza di cammino ottico corrisponde al multiplo intero della lunghezza d'onda, <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/65174/65174eq02.jpg" style="margin: auto;">. La finezza di un etalon piano-parallelo ideale è determinata dalle riflettività speculari R1 e R2 solo3:
<img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/65174/65174eq03.jpg" style="margin: auto;">
Tuttavia, un vero etalon è soggetto a molte perdite, che degradano la finezza teoricamente raggiungibile 4,5,6. La deviazione del parallelismo dello specchio7, l'incidenza non normale del raggio laser, la forma del fascio8, le impurità della superficie dello specchio e la dispersione, tra gli altri, portano a una riduzione della finezza. Il modello di interferenza caratteristico può essere descritto dalla funzione di Airy1:
<img alt="Equation 4" src="/files/ftp_upload/65174/65174eq04.jpg" style="margin: auto;">
L'intera larghezza a metà massimo (FWHM), così come l'intervallo spettrale libero (FSR) della funzione di riflettanza, possono essere calcolati come segue:
<img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/65174/65174eq05.jpg" style="margin: auto;">
<img alt="Equation 6" src="/files/ftp_upload/65174/65174eq06.jpg" style="margin: auto;">
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65174/65174fig01.jpg"> Figura 1: Teoria dell'interferometro di Fabry-Pérot . (A) Una rappresentazione schematica dell'interferenza multi-fascio per un etalon spaziato in aria con finestre incuneate. Un'onda piana, E0, entra nella cavità sotto un certo angolo, φ, attraverso una superficie rivestita antiriflesso (AR) e successivamente subisce riflessioni multiple tra le superfici altamente riflettenti (alte R) distanziate a distanza, d. Ad ogni riflessione, parte della luce è accoppiata all'esterno dell'etalon sia in trasmissione che in riflessione, dove interferisce con le altre onde. (B) La funzione di riflettanza di un etalon ideale di Fabry-Pérot per diverse riflettività speculari (asse y). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65174/65174fig01large.jpg" target="_blank">Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.</a>
Gli FPE possono essere trovati in una vasta gamma di applicazioni 9,10,11. Nel caso qui presentato, l'FPE viene utilizzato in una configurazione di interferometria fototermica (PTI). Nella PTI, le variazioni dell'indice di piccola densità e, quindi, di rifrazione, indotte dall'eccitazione periodica seguita dalla rapida termalizzazione di un gas bersaglio tramite un secondo laser, sono misurate interferometricamente12. La quantità di calore e, quindi, l'entità della variazione dell'indice di rifrazione sono proporzionali alla concentrazione di gas. Quando si misura l'intensità della funzione di riflettanza dell'FPE nel suo punto più ripido (punto operativo), queste variazioni dell'indice di rifrazione spostano la funzione di riflettanza, alterando così l'intensità misurata. Poiché si può assumere che la funzione di riflettanza sia lineare nella regione attorno al punto di funzionamento, il segnale misurato è quindi proporzionale alla concentrazione di gas. La sensibilità del sensore è determinata dalla pendenza della funzione di riflettanza ed è, quindi, proporzionale alla finezza. PTI, in combinazione con FPE, ha dimostrato di essere un metodo sensibile e selettivo per rilevare tracce di gas e aerosol 13,14,15,16,17,18. In passato, molti sensori per le misurazioni della pressione e acustiche si basavano sull'uso di parti mobili, come le membrane, sostituendo il secondo specchio dell'FPE19. Le deflessioni della membrana portano a un cambiamento nella distanza dello specchio e, quindi, nella lunghezza del percorso ottico. Questi strumenti hanno lo svantaggio di essere soggetti a vibrazioni meccaniche. Negli ultimi anni, lo sviluppo di microfoni ottici che utilizzano FPE solidi ha raggiunto un livello commerciale20. Astenendosi dall'uso di parti mobili, il misurando è passato dalla distanza all'indice di rifrazione all'interno della cavità di Fabry-Pérot, aumentando così significativamente la robustezza dei sensori.
Gli FPE spaziati in commercio costano oltre quanto accettabile per la prototipazione e il test, nonché l'integrazione di strumenti di produzione ad alto volume. La maggior parte delle pubblicazioni scientifiche che costruiscono e utilizzano tali FPE trattano il tema della fabbricazione solo minimamente21,22. Nella maggior parte dei casi, sono necessarie attrezzature e macchine specifiche (ad esempio, camere bianche, impianti di rivestimento, ecc.); ad esempio, per gli FPE completamente integrati in fibra, sono necessarie speciali apparecchiature di microlavorazione. Per ridurre i costi di produzione e consentire il test di più configurazioni FPE diverse per migliorarne l'idoneità per le configurazioni PTI, è stato sviluppato un nuovo metodo di fabbricazione, descritto in dettaglio nel seguente protocollo. Utilizzando solo componenti standard in fibra ottica e di telecomunicazione disponibili in commercio, i costi di produzione potrebbero essere ridotti a meno di 400 euro. Ogni struttura che lavora con apparecchiature fotoniche standard dovrebbe essere in grado di riprodurre il nostro schema di fabbricazione e adattarlo alle loro applicazioni.

<table><tbody><tr><td>Fotoricevitore con bilanciamento automatico Nirvana</td><td>New Focus, Inc.</td><td>2017</td><td>Fotorivelatore bilanciato</td></tr><tr><td>Diodo laser da banco / controller TEC, 1A / 96 W</td><td>Thorlabs</td><td>ITC4001</td><td></td></tr><tr><td>Supporto per diodo laser a farfalla</td><td>Thorlabs</td><td>LM14S2</td><td></td></tr><tr><td>Forcella di serraggio</td><td>Thorlabs</td><td>CF175</td><td></td></tr><tr><td>compactRIO</td><td>National Instruments</td><td></td><td>Per l'acquisizione dati</td></tr><tr><td>Dispositivo di rimozione della polvere</td><td>RS Components</td><td>168-1644</td><td></td></tr><tr><td>Manicotto di accoppiamento con staffa a L singola da FC/APC a FC/APC</td><td>Thorlabs</td><td>ADAFCB3</td><td>Liquido per</td></tr><tr><td>la pulizia delle fibre</td> multiplo <td>necessario Thorlabs</td><td>RCS3</td><td></td></tr><tr><td>Circolatore SM in fibra ottica</td><td>Tecnologie AFW</td><td>CIR-3-15-L-1-2</td><td></td></tr><tr><td>Accoppiatore SM in fibra ottica 1 x 2, 90/10</td><td>Tecnologie AFW</td><td>FOBC-1-15-10-L-1-S-2</td><td>Solo se si utilizza</td></tr> <tr><td>un fotorivelatore bilanciatoIsolatore SM in fibra ottica</td><td>Tecnologie AFW</td><td>ISOD-15-L-1-2</td><td></td></tr><tr><td>Bobine di stoccaggio in fibra ottica</td><td>Thorlabs</td><td>FSR1</td><td>Molteplici necessità</td></tr><tr><td>Attenuatore fisso in fibra ottica</td><td>Thorlabs</td><td>FA15T-APC</td><td>Diversi livelli di attenuazione utilizzati</td></tr><tr><td>Manicotto GRIN/ghiera, diametro interno 1,818 mm, lunghezza 10 mm, vetro borosilicato</td><td>Thorlabs</td><td>51-2800-1800</td><td>Sistema di lenti in fibra GRIN</td></tr><tr><td>GRIN Lens, & Oslash; 1,8 mm, passo 0,23, 8 gradi, 1560 nm Lunghezza d'onda di progetto, rivestimento AR: 1250 - 1650 nm</td><td>Sistema di lenti Thorlabs</td><td>GRIN2315A</td><td>Fiber-GRIN</td></tr><tr><td>Lampada UV-LED portatile Componenti</td><td>RS</td><td>220-6819</td><td>Lampada per l'indurimento dell'adesivo...</td></tr><tr><td>Stadio e base ad alta precisione</td><td>Newport</td><td>9062-X-M</td> Connettore per tubo flessibile <td>a tre nedded</td></tr><tr><td></td><td>RS Components</td><td></td> Goniometro grande <td>filettato M5</td></tr><tr><td>, distanza di 44,5 mm dal punto di rotazione, &plusmn; 5 gradi, metrico</td><td>Thorlabs</td><td>GNL18 / M</td><td>Due necessari</td></tr><tr><td>Manicotto di accoppiamento con staffa a L</td><td>Thorlabs</td><td>ADAFCB3</td><td></td></tr><tr><td>Morsetti magnetici per pulsanti</td><td>Thorlabs</td><td>BM075</td><td>Vite micrometrica multi necessaria</td></tr><tr><td></td><td>Newport</td><td>9355</td><td>Tre adesivi</td></tr><tr><td>ottici MIL-A-3920 con resilienza, 1 oz.</td>Base di montaggio <td>adesiva UV</td> <td>Thorlabs</td><td>NOA61</td></tr>, <tr><td>50 mm x 75 mm x 10 mm</td><td>O-ring Thorlabs</td><td>BA2/M</td><td></td></tr><tr><td></td><td>Haberkorn</td><td></td><td>Dimensioni indicate nel testo</td></tr><tr><td>Vassoio in fibra per componenti passivi</td><td>Thorlabs</td><td>BFCT</td><td>Adattatore per</td></tr><tr><td>base per piedistallo</td> multiplo necessario <td>Thorlabs</td><td>BE1</td><td></td></tr><tr><td>Ghiera a coda di rondine, & Oslash; 1,8 mm, 8 gradi, FC/APC, AR Rivestimento: 1310/1550 nm</td><td>Thorlabs</td><td>SMPF0115-APC</td><td>Sistema di lenti in fibra GRIN</td></tr><tr><td>Supporto per palo</td><td>Thorlabs</td><td>PH30/M</td><td></td></tr><tr><td>Post-Montabile & Oslash; Morsetto per ghiera da 2,5 mm, maschio M4</td><td>Thorlabs</td><td>FCM/M</td><td></td></tr><tr><td>Python</td><td>Python</td><td>3.9</td><td>Software di analisi numerica</td></tr><tr><td>dei dati Staffa ad angolo retto</td><td>Newport</td><td>9062-A-M</td><td></td></tr><tr><td>Attacco per obiettivo autocentrante</td><td>Thorlabs</td><td>SCL03</td><td></td></tr><tr><td>Silberschnitt 3001</td><td>Bohle</td><td>3001</td><td>Set di taglierine per vetro</td></tr><tr><td>Piastra a gabbia standard filettata SM1</td><td>Thorlabs</td><td>CP33/M</td><td></td></tr><tr><td>Dispositivo di polimerizzazione UV</td><td>Formlabs</td><td>Form Cure</td><td></td></tr><tr><td>1550 nm 20 mW a farfalla DFB diodo laser</td><td>AeroDiodo</td><td>1550LD-5-0-0-2</td><td></td></tr><tr><td>Stampante 3D</td><td>Formlabs</td><td>3+</td><td></td></tr><tr><td>&Oslash; Finestra di precisione a banda larga UVFS da 1/2", non rivestita, t = 3 mm</td><td>Thorlabs</td><td>WG40530</td><td>distanziatori</td></tr><tr><td>&Oslash; Specchio Dielettrico a Banda Larga 1/2", 1280 - 1600 nm</td><td>Thorlabs</td><td>BB05-E04</td><td>Specchio</td></tr><tr><td>&Oslash; 1/2" 70:30 (R:T) Beamsplitter a piastra UVFS, rivestimento: 1,2 - 1,6 &; m, t = 3 mm</td><td>Thorlabs</td><td>BST06</td><td>Beamsplitter</td></tr></tbody></table>

fabbricazione di un etalon fabry-pérot a basso costo, accoppiato in fibra e spaziato in aria

Fabrication of a Low-Cost, Fiber-Coupled, and Air-Spaced Fabry-P&#233;rot Etalon

Gli etalon Fabry-Pérot (FPE) hanno trovato la loro strada in molte applicazioni. In campi come la spettroscopia, le telecomunicazioni e l'astronomia, gli FPE sono utilizzati per la loro elevata sensibilità e la loro eccezionale capacità di filtraggio. Tuttavia, gli etalon spaziati dall'aria con elevata finezza sono solitamente costruiti da strutture specializzate. La loro produzione richiede una camera bianca, una speciale movimentazione del vetro e macchinari per il rivestimento, il che significa che gli FPE disponibili in commercio sono venduti a un prezzo elevato. In questo articolo viene presentato un metodo nuovo ed economico per fabbricare FPE accoppiati a fibre con apparecchiature di laboratorio fotoniche standard. Il protocollo dovrebbe fungere da guida passo-passo per la costruzione e la caratterizzazione di questi FPE. Ci auguriamo che ciò consentirà ai ricercatori di condurre una prototipazione rapida ed economica di FPE per vari campi di applicazione. L'FPE, come qui presentato, viene utilizzato per applicazioni spettroscopiche. Come mostrato nella sezione dei risultati rappresentativi tramite misurazioni proof of principle del vapore acqueo nell'aria ambiente, questo FPE ha una finezza di 15, che è sufficiente per la rilevazione fototermica delle concentrazioni di tracce di gas.

Come si può vedere nella Figura 7, è stato possibile fabbricare un FPE con una funzione di riflettanza ben definita.
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65174/65174fig07.jpg"> Figura 7: Funzione di riflettanza misurata dell'FPE finito. È stato eseguito uno sweep di temperatura, corrispondente a uno sweep di lunghezza d'onda del laser, per misurare la funzione di riflettanza dell'FPE. Questo viene utilizzato per valutare metriche come l'intera larghezza a metà massimo (FWHM) e l'intervallo spettrale libero (FSR) del dispositivo fabbricato. La riflettanza relativa si riferisce alla proporzione relativa di luce riflessa nella fibra dopo aver superato l'FPE. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65174/65174fig07large.jpg" target="_blank">Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.</a>
Le metriche misurate dell'FPE sono elencate nella Tabella 1 e confrontate con i valori calcolati di un etalon ideale con le stesse specifiche. Le formule per un FPE ideale sono disponibili nella sezione introduttiva.
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td></td>
			<td>Misurato</td>
			<td>FPE ideale</td>
		</tr><tr><td>Finezza</td>
			<td>12.8</td>
			<td>17.1</td>
		</tr><tr><td>FWHM</td>
			<td>0,0268 nm</td>
			<td>0,0234 nm</td>
		</tr><tr><td>FSR</td>
			<td>0,3441 nm</td>
			<td>0,4004 nm</td>
		</tr><tr><td>Sensibilità</td>
			<td>14 1/nm</td>
			<td>21 1/nm</td>
		</tr></tbody></table>Tabella 1: Confronto delle metriche misurate e calcolate dell'ETALON FPE fabbricato.
Per convalidare l'attitudine per un'applicazione designata, l'FPE viene utilizzato per le misurazioni PTI del vapore acqueo nell'aria ambiente. Pertanto, un laser di eccitazione con una lunghezza d'onda di 1.364 nm viene guidato nella cella perpendicolarmente al laser della sonda. Entrambi i laser si intersecano all'interno dell'FPE. Il laser di eccitazione è modulato sinusoidamente con una frequenza di 125 Hz. Stabilizzando il laser sonda sulla pendenza più ripida dell'FPE, tramite corrente costante, si ottiene la massima sensibilità del sensore. Per le misurazioni del vapore acqueo, la cella viene azionata con finestre aperte ed esposta all'aria ambiente con una concentrazione di 13.762 ppmV, misurata da un dispositivo di riferimento (temperatura = 21,4 °C, pressione = 979,9 hPa, umidità relativa = 52,2%). Il segnale viene estratto mediante una trasformata di Fourier veloce (FFT) e confrontato con il segnale di fondo con il laser di eccitazione spento, come mostrato in Figura 8. È possibile ottenere un rapporto segnale/rumore superiore a 7.000, corrispondente a un limite di rilevamento di circa 5 ppmV (3σ).
<img alt="Figure 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65174/65174fig08.jpg"> Figura 8: Misurazioni PTI del vapore acqueo nell'aria ambiente. In nero, viene mostrato il segnale FFT di una misura con eccitazione laser a 125 Hz. In blu è raffigurato il segnale di fondo senza eccitazione. Il riquadro mostra il picco misurato a 125 Hz in modo più dettagliato. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65174/65174fig08large.jpg" target="_blank">Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.</a>
File di codifica supplementare 1: Measurement_cell. SLDPRT. File CAD per la cella di misura. La cella può essere adattata ai requisiti dell'applicazione specifica e successivamente stampata in 3D. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65174/measurement_cell.zip" target="_blank">Clicca qui per scaricare questo file.</a>
File di codifica supplementare 2: cap_etalon. SLDPRT. File CAD per il fissaggio dell'etalon all'interno della cella di misura. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65174/cap_etalon.zip" target="_blank">Clicca qui per scaricare questo file.</a>
File di codifica supplementare 3: cap_window. SLDPRT. File CAD per il fissaggio delle finestre laser sulla cella di misura. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65174/cap_window.zip" target="_blank">Clicca qui per scaricare questo file.</a>

Questo protocollo descrive la costruzione di un etalon Fabry-Perot a basso costo, discreto, accoppiato a fibre e spaziato in aria con varie applicazioni, come nella spettroscopia di gas in traccia. La fabbricazione è possibile in qualsiasi struttura con apparecchiature di laboratorio ottico standard disponibili.

Fabbricazione di un Etalon Fabry-Pérot a basso costo, accoppiato in fibra e spaziato in aria

Fabry-P&#233;rot etalons (FPE) have found their way into many applications. In fields such as spectroscopy, telecommunications, and astronomy, FPEs are ...

Nell'ambito della mia tesi di dottorato presso l'Institute of Electrical Measurement and Sensor Systems, sto lavorando alla valutazione del potenziale di miniaturizzazione dei sensori fototermici di gas e aerosol. Un grande sforzo è stato fatto per rendere i sensori fotonici più robusti e versatili o a basso costo e miniaturizzati, ma è piuttosto difficile combinare questi obiettivi con la necessaria selettività e sensibilità. Il vantaggio principale del nostro protocollo deriva dalla facile accessibilità del metodo.Senza la necessità di una camera bianca o di macchine speciali, il nostro protocollo offre la possibilità di prototipazione economica con apparecchiature fotoniche standard. Ci auguriamo che il nostro protocollo consenta ai ricercatori la prototipazione rapida e semplice di più configurazioni di etalon in modo rapido ed economico. Continueremo a lavorare sulla miniaturizzazione dei sensori fotonici di aerosol e gas.Ci concentreremo su nuovi principi di rilevamento sfruttando le interazioni tra luce strutturata e materia strutturata.

fabrication-low-cost-fiber-coupled-air-spaced-fabry-prot

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Metamateriali a frequenze terahertz offrono opportunità uniche, ma sono difficili da fabbricare in massa. Adattiamo la procedura di fabbricazione di fibre ottiche polimeriche microstrutturati per fabbricare metamateriali buon mercato potenzialmente su scala industriale. Produciamo fibre polimetilmetacrilato contenente ~ 10 micron di diametro fili di indio separati da circa 100 micron, che presentano una risposta plasmoniche terahertz.

Metamateriali Realizzazione tramite il metodo di disegno fibra

Sviluppiamo e caratterizzare una fibra ottica polimerica disordinata che utilizza trasversale localizzazione Anderson come un meccanismo waveguiding romanzo. Questa fibra microstrutturata può trasportare un piccolo fascio localizzato con un raggio che è paragonabile al raggio del fascio di fibre ottiche convenzionali.

Fabbricazione e caratterizzazione di polimeri disordinati fibre ottiche per la Trasversale localizzazione di Anderson di Luce

Due fluidi adiacenti che passano attraverso un canale microfluidico scanalato possono essere diretti a formare una torcia attorno a un nucleo di prepolimeri; determinando così sia la forma che la sezione trasversale. La polimerizzazione fotoiniziata, come la chimica dei clic tiolo, è adatta per solidificare rapidamente il fluido del nucleo in una microfibra con dimensioni e forma predeterminate.

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Questo protocollo descrive la progettazione e la realizzazione di un ponte di acqua e la sua attivazione come una fibra di acqua. L'esperimento dimostra che risonanze capillare della fibra acqua modulano la trasmissione ottica.

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Presentiamo metodi per la fabbricazione di microstrutture fantasia dei nanotubi di carbonio allineati verticalmente (CNT) e loro impiego come stampi master per la produzione di microstrutture polimero con struttura superficiale organizzata nanoscala. Le foreste sono CNT densificato dalla condensazione del solvente sul substrato, che aumenta notevolmente la loro densità e permette di auto-formazione di forme 3D.

Molding Fabrication, densificazione e Replica di microstrutture 3D Nanotubi di carbonio

Questo protocollo descrive la fabbricazione, simulazione e caratterizzazione di THz assorbitori metamateriale. Tali assorbitori, quando accoppiato con un apposito sensore, avere applicazioni in imaging e spettroscopia THz.

Simulazione, fabbricazione e caratterizzazione di THz Assorbitori metamateriale

Scopri come fabbricare un etalon Fabry-Pérot a basso costo e accoppiato in fibra per la spettroscopia di gas traccia. Questo metodo accessibile consente prototipazione rapida con equipaggiamento fototonico standard.

Fabbricazione di un Etalon Fabry-Pérot a basso costo, accoppiato in fibra e spaziato in aria

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