Summary
Dette arbejde rapporterer en nyskabende silicon-tippes fiberoptisk sensing platform (Si-FOSP) til høj opløsning og hurtige-svar måling af en række fysiske parametre, såsom temperatur, flow og stråling. Anvendelser af denne Si-FOSP spænder fra oceanografiske forskning, maskinindustrien, til forskning i fusionsenergi.
Abstract
I denne artikel vil indføre vi en innovativ og praktisk lovende fiberoptisk sensing platform (FOSP) som vi har foreslået og demonstreret for nylig. Denne FOSP bygger på en silicium Fabry-Perot interferometer (FPI) knyttet til fiber ende, omtales som Si-FOSP i dette arbejde. Si-FOSP genererer en interferogram bestemmes af lysvej (OPL) af silicium hulrum. Målestørrelsen ændrer OPL og dermed skifter interferogram. På grund af de enestående optiske og termiske egenskaber af silicium materiale udstiller denne Si-FOSP en fordelagtig ydelse i form af følsomhed og hastighed. Desuden, den modne silicium fabrikation industri forlener Si-FOSP med fremragende reproducerbarhed og lave omkostninger mod praktiske anvendelser. Afhængigt af de specifikke programmer, enten en lav-finesse eller high-finesse version vil blive udnyttet, og to forskellige data demodulation metoder vil blive vedtaget i overensstemmelse hermed. Detaljerede protokoller for at fabrikere begge versioner af Si-FOSP vil blive leveret. Tre repræsentative applikationer og deres ifølge resultaterne bliver vist. Den første, er en prototype undersøiske termometer til profilering ocean thermoclines, den anden er et flowmeter til måling af flow hastighed i havet, og den sidste er en bolometer, bruges til at overvåge udstødnings stråling fra magnetisk begrænset høj temperatur plasma.
Introduction
Fiber-optiske sensorer (FOSs) har været genstand for mange forskere på grund af dets unikke egenskaber, såsom dens lille størrelse, dets lave pris, sin lette vægt og sin immunitet over for elektromagnetisk interferens (EMI)1. Disse FOSs har fundet bred programmer i mange områder såsom miljøovervågning, ocean overvågning, olieudvinding og industriel proces blandt andre. Når det kommer til den temperatur-relaterede sensing, den traditionelle FOSs er ikke overlegen med hensyn til opløsning og hastighed for de tilfælde, hvor måling af minut og hurtig temperatur variationer er ønskeligt. Disse begrænsninger skyldes de optisk og termiske egenskaber af smeltet kvarts materiale som mange traditionelle FOSs er baseret. På den ene side er thermo-optisk koefficient (TOC) og termisk ekspansion koefficient (TEC) af silica 1.28x10-5 RIU / ° C og 5.5x10-7 m/(m·°C), henholdsvis; disse værdier fører til en temperatur følsomhed på kun omkring 13 pm / ° C omkring 1550 nm bølgelængde. På den anden side den termiske diffusivity, som er et mål for hastigheden af temperatur ændre svar til termisk energi udveksling, er kun 1.4x10-6 m2/s for silica; Denne værdi er ikke overlegen i forhold til at forbedre hastigheden af silica-baserede FOSs.
Fiberoptisk sensing-platformen (FOSP) rapporteret i denne artikel bryder de ovennævnte begrænsninger af smeltet kvarts-baserede FOSs. Den ny FOSP udnytter krystallinsk silicium som nøglen sensing materiale, som udgør en høj kvalitet Fabry-Perot interferometer (FPI) på slutningen af fiber, betegnes som silicium-tippes FOSP (Si-FOSP). Figur 1 viser skematisk og operationelle princippet om sensor hoved, som er kernen i Si-FOSP. Sensor hovedet består hovedsagelig af en silicon FPI, hvis refleksion spektrum byder på en række periodiske frynser. Destruktiv interferens forekommer når OPL opfylder 2nL = Nλ, hvor n og L er brydningsindeks og længden af silicium FP hulrum, henholdsvis, og N er et heltal, der er rækkefølgen af fringe notch. Derfor, holdninger af interferens frynser er lydhøre over for OPL af silicium hulrum. Afhængigt af de specifikke programmer, silicium FPI kan gøres i to typer: lav-finesse FPI og høj-finesse FPI. Lav-finesse FPI har en lav reflektivitet for begge ender af silicium hulrum, mens high-finesse FPI har en høj reflektion for begge ender af silicium hulrum. Reflectivities af silicium-air og silicium-fiber grænseflader er omtrent 30% og 18%, således den eneste silicium FPI vist i figur 1a er hovedsagelig en lav-finesse FPI. Med belægning en tynd høj reflektivitet (HR) lag i begge ender, dannet en høj-finesse silicium FPI er (figur 1b). Refleksionsevne af HR belægning (enten dielektriske eller guld) kan være så højt som 98%. For begge typer af Si-FOSP stige både n og L når temperaturen stiger. Således, ved at overvåge fringe Skift, temperatur variation kan udledes. Bemærk, at for den samme mængde af bølgelængde Skift, høj-finesse FPI giver en bedre forskelsbehandling på grund af den meget smallere fringe notch (figur 1 c). Mens high-finesse Si-FOSP har bedre opløsning, har lav-finesse Si-FOSP et større dynamikområde. Valget mellem disse to versioner afhænger derfor, kravene i et bestemt program. Desuden, på grund af den store forskel i fuld bredde på halv maksimum (FWHM) af lav-finesse og høj-finesse silicium FPIs, deres signal demodulation metoder er forskellige. For eksempel, den teoretiske FWHM 1,5 er nm reduceret med omkring 50 gange til kun 30 pm når begge ender af den eneste silicium FPI er belagt med en 98% HR lag. Derfor, for lav-finesse Si-FOSP, et højhastighedstog spektrometer ville være tilstrækkeligt til indsamling og forarbejdning, mens en scanning laser bør anvendes til demodulere den høj-finesse Si-FOSP på grund af den meget smallere FWHM, som ikke kan løses godt ved den spektrometer. De to demodulation metoder vil blive forklaret i protokollen.
Silicium materiale valgt her er overlegen i forhold til temperatur sensing i forhold til opløsning. Som en sammenligning er indholdsfortegnelsen og TEC af silicium 1.5x10-4 RIU / ° C og 2.55x10-6 m/(m∙°C), henholdsvis, fører til en temperatur følsomhed omkring 84.6 pm / ° C, hvilket er omkring 6,5 gange højere end for alle silica-baserede FOSs2. Ud over denne meget højere følsomhed, har vi vist en gennemsnitlig bølgelængde sporing metode for at reducere støjniveauet og dermed forbedre opløsningen til en lav-finesse sensor, fører til en temperatur opløsning på 6 x 10-4 ° C 2, i sammenligning med opløsning på 0,2 ° C for en alle silica-baserede FOS3. Beslutningen er endnu bedre for at være 1.2x10-4 ° C for en høj-finesse version4. Silicium materiale er også superior for sensing i form af hastighed. Som en sammenligning er termiske diffusivity silicium 8.8x10-5 m2/s, hvilket er mere end 60 gange højere end i silica2. Kombineret med en lille fodaftryk (fx, 80 µm diameter, 200 µm tykkelse), demonstreret responstid på 0,51 ms for en silicium FOS har været2, sammenlignet med en mikro-silica-fiber kobling tip temperatur sensor516 ms. Selv om nogle forskning relateret til temperaturmåling ved hjælp af meget tynde silicium film som den sensing materiale er blevet indberettet af andre grupper6,7,8,9, ingen af dem arbejde besidder udførelsen af vores sensorer i form af enten opløsning eller hastighed. For eksempel, sensor med en opløsning på kun 0,12 ° C og en lang responstid på 1 s blev rapporteret. 7 en bedre temperatur opløsning af 0.064 ° C har været rapporteret10; men hastigheden er begrænset af forholdsvis omfangsrige sensor hoved. Hvad gør de Si-FOSP unikke løgne i nye fabrikationsanlæg metode og databehandling algoritme.
Udover de ovennævnte fordele for temperatur sensing, Si-FOSP kan også udvikles til en række temperatur-relaterede sensorer med henblik på måling af forskellige parametre, såsom gas pres11, luft eller vand flow12,13 ,14 , og stråling4,15. Denne artikel præsenterer en detaljeret beskrivelse af sensoren fabrikation og signal demodulation protokoller sammen med tre repræsentative applikationer og deres resultater.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. fremstilling af lav-Finesse sensorer
- Fremstil silicium søjler. Mønster et stykke af 200 µm tykt dobbelt-side-poleret (DSP) silicium wafer i standalone silicium søjler (figur 2a), ved hjælp af standard mikro-elektro-mekanisk system (MEMS) fabrikation letter.
Bemærk: Den mønstrede wafer er bundet på en anden større silicium wafer ved hjælp af et tyndt lag af photoresist. Bonding styrken af photoresist er stærk nok til at holde søjlerne oprejst, men også svag nok til at løsne sig fra substrat til senere trin. - Forberede den indledende fiber. Krænge af den plast belægning af den distale ende af en single-mode optisk fiber. Ren den afisolerede del ved hjælp af en linse væv dyppet med alkohol. Kløve rensede fiber ved hjælp af en optisk fiber cleaver.
- Påfør et tyndt lag af UV-helbredes lim i slutningen-ansigtet af kløvet indledende fiber (figur 2b). Sætte en lille dråbe af UV-helbredes lim på et stykke glas dias. Tynde lim lag af spin-coating eller manuelt svinge glas dias. Overføre lim lag fiber forbindelse ved at trykke på ende ansigt af den indledende fiber mod glas dias.
- Fastgør en silicium søjle til fiber ende. Juster den indledende fiber med en af silicium søjler, i mellemtiden overvåge real-time refleksion spektrum af silicium FPI ved hjælp af et spektrometer. Bruge en UV-lampe til at kurere limen, når et tilfredsstillende spektrum er observeret (figur 2 c).
Bemærk: I almindelighed, hærdning processen tager omkring 10-15 minutter. - Frigøre sensor fra underlaget. Efter UV lim er fuldt hærdet, opløfte den indledende fiber sammen med silicium søjle løsrevet fra substrat (figur 2d).
Bemærk: Nogle resterende photoresist er forblevet på oversiden af silicium søjle (figur 2e). I de fleste tilfælde påvirker den resterende photoresist ikke funktionen af sensoren. Hvis det er nødvendigt, kan photoresist lag fjernes ved alkohol. - Undersøge den opdigtede sensor hoved. Bruge et mikroskop undersøge geometri af opdigtede sensor hoved. Et typisk billede af en sensor, succesfuldt fabrikeret ses i figur 2f.
2. fremstilling af høj-Finesse sensorer
- Coat begge sider af en silicon wafer med høj reflektivitet spejle. Coat en side af en 75 µm tykt dobbelt-side-poleret silicium wafer med en 150 nm tykke guld lag ved hjælp af en spruttende belægning maskine, og pels anden siden med en høj reflektivitet (HR) dielektriske spejl.
Bemærk: De dielektriske HR belægning blev udført af en ekstern virksomhed; refleksionsevne af denne belægning blev testet til at være ikke mindre end 98% af selskabet. Men detaljerede materialer og struktur af belægningen er ukendt på grund af den proprietære beskyttelse af firmaet, se Tabel af materialer for mere information. - Forberede kollimeres indledende fiber. Splejse et kort afsnit af graded index multi-mode fiber (GI-MMF) med en single-mode fiber, og derefter, under et optisk mikroskop, Kløve GI-MMF med en fjerdedel af perioden af lys bane i MMF venstre til at danne en fiber kollimator (figur 3a ).
Bemærk: GI-MMF bruges til at udvide den modale felt diameter, så et spektrum med en bedre synlighed kan fås4,16. Længden af GI-MMF, som er ca. 250 µm i dette arbejde, er præcis en fjerdedel af perioden af ray bane. - Vedhæfte en fragmenteret dobbelt-side belagt silicium til den indledende fiber. Samle en høj-finesse sensoren ved at følge de lignende trin af vedlægge en silicium søjle til fiber slutningen for at fabrikere lav-finesse sensorer (trin 1,3-1,5).
Bemærk: Side med dielektrisk belægning vil blive knyttet til kollimator at lade i den kommende lys (figur 3b, 3 c). I dette tilfælde er den tidligere silicium søjle erstattet med en silicium fragment, som ikke var mønstret. I fremtiden, vil mønstrede silicium wafer blive belagt med høj reflektivitet spejle, således at sensorerne er mere ensartet og nemmere for fabrikation. Forskellen i fabrikation trin 1,3-1,5 er, at en refleksion spectra notch med ordentlig synlighed bør opnås først før limen blev overført til den ende ansigt af kollimatoren. - Polsk uregelmæssigt formet silicium fragment i en cirkulær form ved hjælp af en fiber polermaskine.
- Undersøge den opdigtede sensor hoved. Bruge et mikroskop undersøge sensor hovedet for at sikre en ønskelig cirkelfigur er opnået (figur 3d).
3. signalet Demodulation for lav-Finesse Si-FOSP
Bemærk: Systemet anvendes til ensrette lav-finesse Si-FOSP er vist i figur 4a. De følgende detaljerede trin hjælp sætte systemet op og udføre databehandling.
- Tilslut en C-bånds bredbånd kilde for at port 1 af en optisk cirkulationspumpe.
- Splejse port 2 af den optiske cirkulationspumpe med indledende fiber af en lav-finesse sensor.
- Tilslut port 3 af den optiske cirkulationspumpe til en højhastigheds spektrometer, som kommunikerer med en computer til lagring af data.
- Tjek spektret af sensor for at sikre, at systemet fungerer korrekt. Se de typiske spektrum, vist i figur 4b.
4. signal Demodulation for High-Finesse Si-FOSP
Bemærk: Systemet anvendes til ensrette high-finesse Si-FOSP er vist i figur 5a. De følgende detaljerede trin Hjælp systemet og gøre data efterbehandling.
- Feje en afstemmelige DFB laser ved hjælp af en nuværende controller.
Bemærk: Top til top fejende spænding, hvilket varierer for forskellige lasere og controllere, skal være stor nok til at dække spektret notch. - Forbind udgangen af afstemmelige laser til port 1 af en optisk cirkulationspumpe.
- Splejse port 2 af den optiske cirkulationspumpe til en høj-finesse sensor.
- Tilsluttes en fotodetektor port 3 af den optiske kredsløb.
- Bruge en data erhvervelse enhed til at læse output fra fotodetektor, der gemmes af en computer.
- Tjek spektret af sensor for at sikre, at systemet fungerer korrekt. Se en typisk billede af spektrum vist i figur 5b. Find valley position ved hjælp af et polynomium kurve montering.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Si-FOSP som en undervands termometer til profilering ocean thermoclines
Seneste oceanografiske forskning har vist, at sløring af undersøiske imaging stammer ikke kun fra turbiditet i forurenede farvande, men også fra temperatur mikrostrukturer i rene ocean17,18. Den sidstnævnte virkning har været genstand for mange oceanografer, der sigter mod at finde en effektiv måde at rette op på den slørede billeder19, til bedre at forstå og forbedre optisk kommunikation i vand, samt at udvikle midler til kvantificering af turbulens i de Ocean20,21. Si-FOSP anvendes som en temperaturføler er blevet påvist for at overgå sin nuværende modstykke til måling af hurtig temperatur variationer af vand turbulens22. I dette program bruges de lav-finesse sensor vist i figur 1a sammen med signal demodulation system i figur 4a . I betragtning af den overlegne ydeevne af Si-FOSP temperatursensor, er det blevet udviklet i en patenteret undersøiske instrument23 (figur 6a), som er bestemt til at karakterisere thermoclines af åbne farvande. Dette afsnit præsenterer resultaterne af et felt test (fig. 6b) på Flint Creek Reservoir i Mississippi, USA.
Figur 6 viser en målte thermocline af Flint Creek Reservoir på September 13th, 2016. Den blå kurve blev fremstillet ved Si-FOSP temperatursensor, mens de røde og sorte kurver er fremstillet af to reference kommercielle CTDs (oceanografi instrumenter til måling af ledningsevne, temperatur og dybde af havvand). Naturligvis, Si-FOSP temperatursensor enig med reference sensorer, men med flere detaljer af temperatur strukturer (Se figur 6 cjustering), der kan give en masse ekstra oplysninger. Mere informativ data indsamlet af Si-FOSP temperatursensor forventes at påvirke mange grene af oceanografiske forskning.
Si-FOSP som en stor- dynamisk -sortiment flowsensor
Måling af gas eller væske strømme er afgørende forskellige akademiske og industrielle sektorer, som kan give vigtige oplysninger til oceanografi, vejr forskning, proceskontrol, transport og miljøovervågning. Repræsentative resultater af Si-FOSP arbejder som et flowsensor vil blive demonstreret. En lav-finesse Si-FOSP bruges til dette program. Men da denne flowsensoren skal sensing hovedet for at være aktivt opvarmet af en anden laser, systemet bruges er lidt anderledes end som vist i figur 4a. Specifikt, en ekstra varme laser bruges til at aktivere sensing hovedet, og en detaljeret beskrivelse af systemet til flowmåling har været rapporteret12,13,14.
Figur 7a viser det Si-FOSP flowsensor beliggende i en vandtank med en side-by-side sammenligning til en kommerciel flowsensoren. Naturligvis, udlæsning af fiber sensor generelt stemmer overens med af kommercielle flowsensor, som vist i figur 7b; dog udviser flowsensoren Si-FOSP en meget klarere svar når vandet strømmer roligt ned, som illustreret af nærbillede på figur 7b.
Si-FOSP som en EMI- immun bolometer for høj temperatur plasmafysik
Forskere undersøger høj temperatur plasmafysik i tokamakker forsøger at konvertere udstødning magt magnetisk indeslutning fusionsreaktorer til photon emission til at afbøde det varme flux berørt på plasma vender komponenter24. Figur 8a viser indre af en tokamak25. Photon emissionen måles typisk ved en bolometer. Mens resistive og infrarød video bolometers har opnået en støj svarer effekttæthed (NEPD) af 0,2 W/m2 og 0,23 W/m2, henholdsvis, i et laboratorium miljø26,27, er de sårbare over for den barske miljø forbundet med høj temperatur plasma. Si-FOSP rapporteret i dette arbejde skiller sig ud som en lovende alternativ til de eksisterende bolometers. For at opnå en opløsning så høj som mulig, vil blive brugt high-finesse version vist i figur 1b . Også lidt anderledes end single-channel demodulation systemet vist i figur 5a, en to-kanals system vil blive brugt til at kompensere for drift af laser ved hjælp af en anden dummy reference4,15.
Figur 8b giver de målte resultater af en Si-FOSP bolometer i et laboratoriemiljø, sammenlignet med en anden resistive bolometer. Vores Si-FOSP bolometer har en NEPD af 0,27 W/m2 , som er tæt på dem, de elektroniske modparter26,27. Som konstaterer, at Si-FOSP bolometer har iboende modstand til EMI typisk findes i høj-temperatur plasmafysik, forventes det at holde store løfter mod praktiske anvendelser i tokamakker.
Figur 1: skemaer viser lav-finesse (en) og high-finesse (b) Si-FOSP. c simuleret refleksion spektre af to versioner af Si-FOSPs med en 75 µm tykt silicium hulrum. De minut skift af spektret (fra fast til stiplede kurver) er meget bedre diskrimineret af høj-finesse sensor. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 2: fremstilling af lav-finesse Si-FOSPs. (e skematisk fremstilling trin og (f) billede af en opdigtet sensor hoved sammenlignet med et menneskehår. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 3: fabrikation af høj-finesse Si-FOSPs. (a)-(c) skematisk fremstilling trin og (d) billedet af en opdigtet sensor. Indsatser i (d) viser den øverste visning af sensor hoved. GI-MMF, graded index multi-mode fiber; HR, høj reflektivitet. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 4: a en skematisk system af demodulation system og (b) et typisk billede af refleksion frekvenser til en lav-finesse Si-FOSP. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 5: a en skematisk system af demodulation system og (b) et typisk billede af scannede frekvenser til en høj-finesse Si-FOSP. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 6: repræsentant resultat som en undervands termometer. (a) billede og (b) felt indsættelse af afprøves sensor instrument. c Measured thermocline af Flint Creek Reservoir, Mississippi, USA, September 13th, 2016. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 7: repræsentant resultat som et flowsensor. (a) billede af strømmen test arrangement og (b) sammenligning mellem feltet målt flow af Si-FOSP og en kommerciel flowsensoren. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 8: repræsentant resultat som en bolometer for høj temperatur plasma forskning. (a) billede af den indre høj temperatur plasmaer plads i en tokamak25 og (b) opmålte i et laboratoriemiljø. Dette tal er vedtaget og ændret fra Wikimedia Commons. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Valget af silicium FPI størrelse (længde og diameter) er lavet ved afvejningen mellem krav om beslutningen og hastighed. Generelt er en mindre størrelse giver en højere hastighed men også reducerer opløsning2. En kort længde er fordelagtige for at opnå en højere hastighed, men det er ikke bedre end for at opnå en høj opløsning på grund af den udvidede FWHM af refleksion hak. Ved hjælp af HR belægninger til at reducere FWHM kan hjælpe med at forbedre beslutningen, men det vil begrænse dynamikområde på grund af signal demodulation ved hjælp af laser scanning. En mindre diameter øger hastigheden, men diameteren skal være større end modal felt diameteren af den indledende fiber, så der kan opnås en god spektrum. Det er, men også fundet, at silicium diameter større end fiber hjælper med at forbedre følsomheden for bolometry på grund af reduceret overledning varmetabet til fiber4. Derfor er valget af sensor størrelse meget afhængige af de specifikke programmer.
Selv om vi viser kun de meget grundlæggende strukturer, fabrikation protokoller og signal demodulation systemer for Si-FOSP, er der forskellige teknikker, der kan passe det ind i andre programmer eller yderligere forbedre ydeevnen. For eksempel, i stedet for at bruge UV-helbredes lim til at fastgøre en sensor, kan en fusion splejsning teknik anvendes til at ophøje operation temperaturen over 1.000 ° C28. Med sådan en høj driftstemperaturen, kan innovative former for fotoniske enheder foretages, såsom mikro-varmeapparater, infrarød udledere og boble generatorer. Et andet eksempel er self-temperatur kompenseret gas pres sensing benytter bølgelængde forskellen, når den varme laser er slået til og fra11. Derudover gennem udvikling af nye top anerkendelse teknik29,30, kan temperaturmåling over udvidet dynamisk område realiseres.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
En U.S. patent (No. 9995628 B1) er blevet udstedt for at beskytte de relaterede teknologier.
Acknowledgments
Dette arbejde blev støttet af US Naval Research Laboratory (Nos. N0017315P0376, N0017315P3755); Amerikanske kontor Naval forskning (Nos. N000141410139, N000141410456); US Department of Energy (Nos. DE-SC0018273, DE-AC02-09CH11466, DE-AC05-00OR22725).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 200 Proof Pure Ethanol | Koptec | V1001 | |
| 5 Channels Duplex CWDM | Fiber Store | 5MDD-ABS-FSCWDM | |
| Butterfly Laser Diode Mounts | Tholabs | LM14S2 | |
| CastAway CTD | Yellow Springs Instrument | ||
| CTD | Seabird | SBE 19plus | |
| Current Meter | Nortek | Vector | |
| Data Acquisition Device | National Instruments | NIUSB4366 | |
| Digital Oscilloscope | RIGOL | DS1204B | 200 MHz 2 GSa/s |
| Diode Laser | Thorlabs | LM9LP | Wavelength: 632 nm |
| Fixed BNC Terminator Kit | Thorlabs | FTK01 | |
| Function Waveform Generator | RIGOL | DG4162 | 160 MHz 500 GSa/s |
| High Precision Cleaver | Fujikura | CT-32 | |
| High Reflection Dielectric Coating | Evaporated Coating INC (ECI) | Materials and structure of the coating are unknown | |
| I-MON 512 Spectrometer | Ibsen Phtonics | P/N: 1257110 | |
| InGaAs Biased Detector | Tholabs | DET01CFC | FC/PC output:0-10V; Quantity: 2 |
| Laser Diode | Qphotonic | QFLD-405-20S | Wavelength: 405 nm |
| Laser Diode Current Controller | Tholabs | LDC 210C | 1 A and 100 mA range |
| Laser Diode Temperature Controller | Tholabs | TEC 200C | Quantity: 2 |
| Latex Examination Gloves | HCS | ||
| Micro Slides | Corning Incorporated | ||
| Narrow Linewidth DFB Laser | Eblana | EP1550-NLW-B06-100FM | Wavelength:1550 nm |
| Optical Fiber Fusion Splicer | Sumitomo electric industries, LTD | 3822-2 | |
| Optical Microscope and Monitor | Ikegami Tsushinki Company | PM-127 | |
| Optical Spectrum Analyzer | Yokogawa | AQ6370C | wavelength range: 600-1700 nm |
| Polish Machine | ULTRA TEC | 41076 | |
| Post-mountable Irises | Thorlabs | Quantity: 2 | |
| Pump Laser | Gooch and Housego | 0400-0974-SM | Wavelength: 980 nm |
| Si Amplified Photodetector | Thorlabs | PDA36A | Wavelength: 350-1100 nm |
| Silicon wafer | University Wafer | thickness: 10 µm, 200 µm, 75 µm, 40 µm | |
| Single mode fiber | Corning | SMF-28 | |
| Single Mode Fused Fiber Coupler | Thorlabs | Wavelength: 1550 nm | |
| SM 125 interogrator | Micron Optics | ||
| Submersible Aquarium Pump | Songlong | SL-403 | |
| Superluminscent LED | Denselight Semiconductors | DL-BP1-1501A | wavelength range:1510-1590 nm |
| Syringe Pump | Cole Parmer | 74905-02 | |
| Travel Translation Stage | Thorlabs | LT1 | |
| UV curable glue | Epoxy Technology | PB109077 | |
| UVGL-15 Compact UV Lmap | UVP | P/N:95-0017-09 | 254/365 nm |
| Variable Optical Attenuators | Tholabs | M-VA/00016951 P/N: VOA50-APC |
References
- 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. 23, 7237-7247 (2015).
- Hatta, A. M., Rajan, G., Semenova, Y., Farrell, G. SMS fibre structure for temperature measurement using a simple intensity-based interrogation system. Electronics Letters. 45, 1069 (2009).
- Sheng, Q., Liu, G., Reinke, M. L., Han, M. A fiber-optic bolometer based on a high-finesse silicon Fabry-Perot interferometer. Review of Scientific Instruments. , 065002 (2018).
- Ding, M., Wang, P., Brambilla, G. Fast-response high-temperature microfiber coupler tip thermometer. IEEE Photonics Technology Letters. 24, 1209-1211 (2012).
- Berthold, J. W., Reed, S. E., Sarkis, R. G. Reflective fiber optic temperature sensor using silicon thin film. Optical Engineering. 30, 524-528 (1991).
- Kajanto, I., Friberg, A. T. A silicon-based fibre-optic temperature sensor. Journal of Physics E: Scientific Instruments. 21, 652-656 (1988).
- Schultheis, L., Amstutz, H., Kaufmann, M. Fiber-optic temperature sensing with ultrathin silicon etalons. Optics Letters. 13, 782-784 (1988).
- Zhang, S., et al. Temperature characteristics of silicon core optical fiber Fabry-Perot interferometer. Optics Letters. 40, 1362-1365 (2015).
- Cocorullo, G., Corte, F. G. D., Iodice, M., Rendina, I., Sarro, P. M. A temperature all-silicon micro-sensor based on the thermo-optic effect. IEEE Transactions on Electron Devices. 44, 766-774 (1997).
- Liu, G., Han, M. Fiber-optic gas pressure sensing with a laser-heated silicon-based Fabry-Perot interferometer. Optics Letters. 40, 2461-2464 (2015).
- Liu, G., Hou, W., Qiao, W., Han, M. Fast-response fiber-optic anemometer with temperature self-compensation. Optics Express. 23, 13562-13570 (2015).
- Liu, G., Sheng, Q., Hou, W., Han, M. Optical fiber vector flow sensor based on a silicon Fabry-Perot interferometer array. Optics Letters. 41, 4629-4632 (2016).
- Liu, G., Sheng, Q., Geraldo, R. L. P., Hou, W., Han, M. A fiber-optic water flow sensor based on laser-heated silicon Fabry-Perot cavity. Proceedings of SPIE. 9852, 98521B (2016).
- Reinke, M. L., Han, M., Liu, G., Gv Eden, G., Evenblij, R., Haverdings, M. Development of plasma bolometers using fiber-optic temperature sensors. Review of Scientific Instruments. 87, 11E708 (2016).
- Zhang, Y., et al. Fringe visibility enhanced extrinsic Fabry-Perot interferometer using a graded index fiber collimator. IEEE Photonics Journal. 2, 469-481 (2010).
- Hou, W. Ocean sensing and monitoring. , SPIE Press. (2013).
- Hou, W., Woods, S., Jarosz, E., Goode, W., Weidemann, A. Optical turbulence on underwater image degration in natural environments. Applied Optics. 51, 2678-2686 (2012).
- Hou, W., Jarosz, E., Woods, S., Goode, W., Weidemann, A. Impacts of underwater turbulence on acoustical and optical signals and their linkage. Optics Express. 21, 4367-4375 (2013).
- Nootz, G., Jarosz, E., Dalgleish, F. R., Hou, W. Quantification of optical turbulence in the ocean and its effects on beam propagation. Applied Optics. 55, 8813-8820 (2016).
- Nootz, G., Matt, S., Kanaev, A., Judd, K., Hou, W. Experimental and numerical study of underwater beam propagation in a Rayleigh-Bénard turbulence tank. Applied Optics. 56, 6065-6072 (2017).
- Matt, S., et al. A controlled laboratory environment to study EO signal degradation due to underwater turbulence. Proceedings of SPIE. 9459, 94590H (2015).
- Han, M., Liu, G., Hou, W. Fiber-optic temperature and flow sensor system and methods. U.S. Patent. , 9995628 B1 (2018).
- Kallenbach, A., et al. Impurity seeding for tokamak power exhaust: from present devices via ITER to DEMO. Plasma Physics and Controlled Fusion. 55, 124041 (2013).
- Alcator C-Mod. , Available from: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Alcator_C-Mod_Tokamak_Interior.jpg (2018).
- Meister, H., Willmeroth, M., Zhang, D., Gottwald, A., Krumrey, M., Scholze, F. Broad-band efficiency calibration of ITER bolometer prototypes using Pt absorbers on SiN membranes. Review of Scientific Instruments. 84, 123501 (2013).
- Peterson, B. J., et al. Development of imaging bolometers for magnetic fusion reactors. Review of Scientific Instruments. 79, 10E301 (2008).
- Liu, G., Sheng, Q., Dam, D., Hua, J., Hou, W., Han, M. Self-gauged fiber-optic micro-heater with an operation temperature above 1000 °C. Optics Letters. 42, 1412-1415 (2017).
- Liu, G., Hou, W., Han, M. Unambiguous peak recognition for a silicon Fabry-Perot interferometric temperature sensor. Journal of Lightwave Technology. 36, 1970-1978 (2018).
- Liu, G., Sheng, Q., Hou, W., Han, M., High-resolution, High-resolution, large dynamic range fiber-optic thermometer with cascaded Fabry-Perot cavities. Optics Letters. 41, 5134-5137 (2016).
