Summary
Dette arbeidet rapporterer en nyskapende silisium-tipped fiberoptisk sensing plattform (Si-FOSP) for høy oppløsning og rask reaksjon måling av en rekke fysiske parametere, for eksempel temperatur, flyt og stråling. Anvendelser av dette Si-FOSP spenner fra oseanografiske forskning, mekanisk industri, fusjon energi forskning.
Abstract
I denne artikkelen introdusere vi en innovativ og praktisk lovende fiberoptisk sensing plattform (FOSP) som vi foreslått og nylig demonstrert. Denne FOSP er avhengig av en silicon Fabrys-Perot interferometer (FPI) festet til fiber, referert til som Si-FOSP i dette arbeidet. Si-FOSP genererer en interferogram bestemmes av den optiske veilengden (OPL) av silisium hulrom. Measurand endrer OPL og dermed skifter til interferogram. På grunn av de unike optisk og termisk egenskapene av silisium har dette Si-FOSP en fordelaktig ytelse følsomhet og hastighet. Videre endows eldre silisium fabrikasjon industri Si-FOSP med utmerket reproduserbarhet og lave kostnader mot praktiske anvendelser. Avhengig av spesifikke programmer, enten en lav-finesse eller høy-finesse versjon skal benyttes, og to ulike demodulation metoder vil bli vedtatt tilsvarende. Detaljert protokoller for fabrikasjon begge versjonene av Si-FOSP vil bli gitt. Tre representant programmer og ifølge resultatene skal vises. Den førsa er en prototype undervanns termometer for profilering hav thermoclines, den andre er en flyt meter å måle trafikkflyten fart i havet, og den siste er et bolometer brukt til overvåking eksos stråling fra magnetisk begrenset høy temperatur plasma.
Introduction
Fiberoptisk sensorer (FOSs) har vært i fokus for mange forskere på grunn av dets unike egenskaper, som sin lille størrelse, sin rimelig, den lave vekten og immunitet til elektromagnetisk interferens (EMI)1. Disse FOSs har funnet bred programmer i mange områder som miljøovervåking, havet overvåking, oljeleting og prosessindustri blant andre. Når det gjelder temperatur-relaterte sensing, tradisjonelle FOSs er ikke bedre oppløsning og hastighet for tilfeller der måling av minutt og raske temperatursvingninger er ønskelig. Disse begrensningene stammer fra egenskapene optisk og termisk smeltet silica materialet som er basert på mange tradisjonelle FOSs. På den ene siden er av thermo-optisk koeffisient (Innholdsfortegnelsen) og varmeutvidelseskoeffisient (TEC) av silisium 1.28x10-5 RIU / ° C og 5.5x10-7 m/(m·°C), henholdsvis; disse verdiene føre til en temperatur følsomhet på bare ca 13 pm / ° C rundt Bølgelengden av 1550-nm. På den annen side, den termisk diffusivity, som er et mål på hastigheten på temperatur endre svar til termisk energi exchange, er bare 1.4x10-6 m2/s for silica; Denne verdien er ikke overlegen for å forbedre hastigheten på silisium-baserte FOSs.
Den fiberoptiske sensing plattformen (FOSP) i denne artikkelen bryter de ovennevnte begrensningene av smeltet silisium-baserte FOSs. Den nye FOSP benytter krystallinsk silisium som nøkkelen sensing materiale, som danner en høykvalitets Fabrys-Perot interferometer (FPI) på slutten av fiber, her referert til som silisium-tipped FOSP (Si-FOSP). Figur 1 viser skjematisk og operative prinsippet om sensoren hodet, som er kjernen i Si-FOSP. Sensoren hodet i hovedsak består av en silicon FPI, som reflection for spektrum har en rekke periodiske frynser. Destruktiv interferens oppstår når OPL tilfredsstiller 2nL = Nλ, der n og L er brytningsindeks og lengden på silisium FP hulrom, henholdsvis, og N er et heltall som er rekkefølgen av fringe hakket. Plasseringen av forstyrrelser utkanten er derfor mottakelig for OPL av silisium hulrom. Avhengig av spesifikke programmer, silisium FPI kan gjøres i to typer: lav-finesse FPI og høy-finesse FPI. Lav-finesse FPI har en lav Reflektivitet for begge ender av silisium hulrom, mens høy-finesse FPI har en høy Reflektivitet for begge ender av silisium hulrom. Reflectivities silisium-luft og silisium-fiber grensesnitt er omtrent 30% og 18%, og dermed den eneste silisium FPI vist i figur 1a er i hovedsak en lav-finesse FPI. Av belegg en tynn høy Reflektivitet (HR) lag på begge ender, dannet en høy-finesse silisium FPI er (figur 1b). Reflektivitet Beleggets HR (dielektrikum eller gull) kan være så høy som 98%. For begge typer Si-FOSP øke både n og L når temperaturen øker. Således, ved å overvåke frynser skiftet, temperaturen variasjonen kan utledes. Merk at for den samme bølgelengde SKIFT, høy-finesse FPI gir en bedre diskriminering på grunn av mye smalere frynser hakket (figur 1 c). Mens høy-finesse Si-FOSP har bedre oppløsning, har lav-finesse Si-FOSP et større dynamisk område. Derfor er valget mellom disse to versjonene avhenger av kravene til et bestemt program. Videre, på grunn av den store forskjellen i full bredde for halv maksimum (FWHM) av lav-finesse og høy-finesse silisium FPIs, deres signal demodulation metoder er annerledes. For eksempel den teoretiske FWHM på 1,5 nm reduseres om 50 ganger til bare 30 pm når begge ender av den eneste silisium FPI er belagt med en 98% HR lag. Derfor for lav-finesse Si-FOSP, en høyhastighets spectrometer nok for innsamling og behandling, mens en skanning laser bør brukes til demodulerer høy-finesse Si-FOSP på grunn av den mye smalere FWHM som ikke kan løses godt for den Spectrometer. De to demodulation metodene vil bli forklart i protokollen.
Silisium materialet valgt her er overlegen for temperatur sensing i oppløsning. Som en sammenligning er innholdsfortegnelse og TEC silisium 1.5x10-4 RIU / ° C og 2.55x10-6 m/(m∙°C), henholdsvis, fører til en temperatur sensitivitet rundt 84.6 pm / ° C som er ca 6,5 ganger høyere enn alle silisium-baserte FOSs2. I tillegg til denne mye høyere følsomhet, har vi vist en gjennomsnittlig bølgelengde oppfølgingsmetode for å redusere støy og dermed forbedre oppløsningen for en lav-finesse sensor, fører til en temperatur oppløsning på 6 x 10-4 ° C 2, i forhold til oppløsningen på 0,2 ° C i en alle silisium-baserte FOS3. Oppløsningen er ytterligere forbedret for å være 1.2x10-4 ° C for en høy-finesse versjon4. Silisium materialet er også overlegen for sensing i form av fart. Som en sammenligning er termisk diffusivity silisium 8.8x10-5 m2/s, som er mer enn 60 ganger høyere enn silica2. Kombinert med en liten plass (f.eks, 80 µm diameter, 200 µm tykkelse), vist responstid for 0,51 ms for en silisium FOS har vært2, i forhold til 16 ms en mikro-silisium-fiber coupler tips temperatur sensor5. Selv om noen undersøkelser arbeidsrelaterte til temperaturmåler bruk svært tynn silikon filmen som sensing materialet har rapportert andre grupper6,7,8,9, ingen av dem har resultatene av sensorene våre i oppløsning eller hastighet. For eksempel sensor med en oppløsning på bare 0,12 ° C og en lang responstid på 1 s ble rapportert. 7 en bedre temperatur oppløsning 0.064 ° c har vært rapportert10; men er hastigheten begrenset av relativt store sensor hodet. Hva gjør den Si-FOSP unike ligger i ny fabrikasjon metode og databehandling algoritme.
Foruten de ovennevnte fordelene for temperatur sensing, Si-FOSP kan også bli utviklet til en rekke temperatur-relaterte sensorer satsing på å måle ulike parametere, for eksempel gass trykket11, luft eller vann strømme12,13 ,14 , og stråling4,15. Denne artikkelen presenterer en detaljert beskrivelse av sensoren fabrikasjon og signal demodulation protokoller tre representant programmer og deres resultater.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. fabrikasjon av lav-Finesse sensorer
- Dikte silisium søyler. Mønster et stykke 200 µm tykke dobbel-side-polert (DSP) silisium wafer i frittstående silisium pilarer (figur 2a), bruker standard mikro-Elektromekanisk systemet (MEMS) fabrikasjon Letter.
Merk: Mønstret kjeks er limt på en annen større silisium wafer bruker et tynt lag av photoresist. Binding er av photoresist sterk nok til å holde søylene oppreist, men også svak nok til å koble fra substrater for senere trinn. - Forberede den innledende fiberen. Kle av plastbelegg av distale en enkelt optisk fiber. Rengjør den strippede delen bruker en linseklut dyppet med alkohol. Cleave renset fiber bruker en optisk fiber cleaver.
- Påfør et tynt lag med UV-helbredelig lim på enden av kløyvde innledende fiber (figur 2b). Legg en liten dråpe UV-helbredelig lim på et glass lysbilde. Tynn lim laget av spin belegg eller manuelt svingende av objektglass. Overføre lim laget til fiber slutten ved å trykke på enden av den innledende fiberen mot av objektglass.
- Fest en silicon søyle til fiber enden. Justere den innledende fiberen med en av pilarene silisium, samtidig overvåke sanntid refleksjon spekteret av silisium FPI bruker en spectrometer. Bruke en UV-lampe for å kurere limet når en tilfredsstillende spekteret er observert (figur 2 c).
Merk: generelt herding prosessen tar ca 10 til 15 minutter. - Koble sensoren fra underlaget. Etter UV lim er fullstendig kurert, løft den innledende fiberen med silisium pilaren løsrevet fra underlaget (figur 2d).
Merk: Noen gjenværende photoresist forble på overflaten av silisium pilaren (figur 2e). I de fleste tilfeller påvirker ikke photoresist gjenværende funksjonen av sensoren. Om nødvendig kan det photoresist laget fjernes av alkohol. - Undersøke fabrikkerte sensor hodet. Bruk et mikroskop undersøke geometrien av fabrikkerte sensor hodet. Et typisk bilde av en sensor ble fabrikkert ses i figur 2f.
2. fabrikasjon av høy-Finesse sensorer
- Coat begge sider av en silicon wafer med høy Reflektivitet speil. Pels én side av en 75-µm-tykk dobbel-side-polert silisium wafer med et 150 nm tykt gull lag bruker et sputtering belegg machine og strøk den andre siden med høy Reflektivitet (HR) dielektrisk speil.
Merk: Dielektrisk HR belegget ble gjort av en selskapet; Reflektivitet av denne belegg ble testet for å være ikke mindre enn 98% av selskapet. Men detaljert materialer og strukturen i belegget er ukjent på grunn av proprietær beskyttelse av selskapet, se Tabellen for materiale for mer informasjon. - Forberede collimated innledende fiber. Skjøte en kort avsnitt gradert-indeks multi modus fiber (GI-MMF) med en single-modus fiber, og deretter under en optisk mikroskop, holde seg i GI-MMF med en kvart for lys banen i MMF venstre å danne en fiber collimator (figur 3a ).
Merk: I GI-MMF brukes til å utvide den modale felt diameteren slik at et spektrum med en bedre synlighet kan fås4,16. Lengden på GI-MMF, som er rundt 250 µm i dette arbeidet, er akkurat en fjerdedel av perioden av ray banen. - Knytte en fragmentert dobbeltsidig belagt silisium til innledende fiber. Montere en høy-finesse sensor alle lignende trinnene av en silicon søyle vedlegges fiber slutten fabrikere lav-finesse sensorer (trinn 1.3-1,5).
Merk: Siden med dielektrisk belegget knyttet til collimator la i kommende lys (figur 3b, 3 c). I dette tilfellet erstattes tidligere silisium pilaren med et silisium fragment, som ikke ble mønstret. I fremtiden, ville mønstret silisium kjeks være belagt med høy Reflektivitet speil, slik at sensorene er mer ensartet og enklere for fabrikasjon. Fabrikasjon trinnene av 1,3 til 1,5 er at en refleksjon spectra hakk med riktig synlighet kan skaffes først før limet var mot slutten av collimator. - Polsk irregularly-formet silisium fragmentet i en sirkulær form med en fiber polering maskin.
- Undersøke fabrikkerte sensor hodet. Bruke et mikroskop undersøke sensor hodet sørge for en ønskelig sirkelfigur oppnås (figur 3d).
3. signal Demodulation for lav-Finesse Si-FOSP
Merk: Systemet brukes for demodulating lav-finesse Si-FOSP er vist i figur 4a. Følgende detaljerte trinn hjelper sette opp systemet og utfør databehandlingen.
- Koble en C-band bredbånd kilde å 1 av en optisk Sirkulator-port.
- Skjøte port 2 av den optiske Sirkulator med innledende fiber av en lav-finesse sensor.
- Koble den optiske Sirkulator-porten 3 til en høyhastighets spectrometer som kommuniserer med en datamaskin for datalagring.
- Sjekk spekteret av sensor å sikre at systemet fungerer. Se typisk spekteret vist i figur 4b.
4. signal Demodulation for høy-Finesse Si-FOSP
Merk: Systemet brukes for demodulating høy-finesse Si-FOSP er vist i figur 5a. Følgende detaljerte trinn hjelper sette opp systemet og gjøre etter databehandlingen.
- Feie en tunable DFB laser bruker en gjeldende kontroller.
Merk: Topp-til-topp feiende spenning, som varierer for ulike lasere og kontrollere, bør være store nok til å dekke spektrum hakket. - Koble til produksjon av å port 1 av en optisk Sirkulator tunable laser.
- Skjøte port 2 av den optiske Sirkulator til en høy-finesse sensor.
- Koble den optiske Sirkulator-porten 3 til en photodetector.
- Bruke en data oppkjøpet enhet for å lese produksjon av photodetector, som er lagret av en datamaskin.
- Sjekk spekteret av sensor å sikre at systemet fungerer. Se en typisk ramme av spekteret som vises i figur 5b. Finne dalen plasseringen med en polynomer passende.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Si-FOSP som en undervanns termometer for profilering havet thermoclines
Nyere oseanografiske forskning har vist at sammenblandingen av undervanns imaging stammer ikke bare fra turbiditet på forurenset vann, men også fra temperatur microstructures rent hav17,18. Sistnevnte effekten har vært fokus for mange oseanografi, satsing å finne en effektiv måte å rette uskarpe bilder19, å bedre forstå og forbedre optisk kommunikasjon i vannet, samt å utvikle måte å kvantifisere turbulens i den havet20,21. Si-FOSP brukt som en temperatursensor har blitt demonstrert for å overgå motparten gjeldende for å måle de raske temperatursvingninger vann turbulens22. I dette programmet brukes lav-finesse sensoren vist i figur 1a sammen med signalet demodulation systemet i figur 4a . Gitt overlegen ytelsen til temperatursensoren Si-FOSP, har det blitt utviklet til en patentert undervanns instrument23 (figur 6a), som er ment å karakterisere thermoclines i åpent farvann. Denne sub-seksjonen presenterer resultatene av en feltundersøkelser (figur 6b) på Flint Creek reservoaret i Mississippi, USA.
Figur 6 c viser en målt termoklinen av Flint Creek reservoaret på 13 Septemberth, 2016. Blå kurven ble innhentet av temperatursensoren Si-FOSP, mens den røde og svarte kurver ble innhentet av to referanse kommersielle CTDs (oseanografi instrumenter for å måle ledningsevne, temperatur og dybde av sjøvann). Selvfølgelig enig temperatursensoren Si-FOSP med referanse sensorene, men med flere detaljer om temperatur strukturer (se rammemargen i figur 6 c) som kan gi en haug med ekstra informasjon. Mer informativ data samlet inn av temperatursensoren Si-FOSP forventes å påvirke mange grener av hav forskning.
Si-FOSP som stor- dynamisk -utvalg flowsensoren
Måling av gass eller væske renner er viktig for ulike akademiske og industrielle sektorer, som kan gi viktig informasjon til oseanografi, vær forskning, prosessen kontroller, transport og miljø overvåking. Representant resultatene av Si-FOSP fungerer som en flowsensoren vil bli demonstrert. En lav-finesse Si-FOSP brukes for dette programmet. Men siden denne flowsensoren trenger sensing leder å varmes aktivt av en laser, er systemet brukes litt forskjellig fra som vist i figur 4a. Spesielt en ekstra oppvarming laser brukes til å aktivere sensing hodet, og en detaljert beskrivelse av systemet for måling har vært rapportert12,13,14.
Figur 7a viser flowsensoren Si-FOSP ligger i en vanntank, med en side-ved-side-sammenligning til en kommersiell flowsensoren. Selvfølgelig, avlesning av fiber sensoren generelt enig med at av kommersielle flowsensoren, som vist i figur 7b; imidlertid har flowsensoren Si-FOSP en mye klarere respons når vannet renner roe ned, som illustrert ved nærbilde i figur 7b.
Si-FOSP som en EMI- immun bolometer for høy temperatur plasma fysikk
Forskere undersøker høy temperatur plasma fysikk i tokamaks prøver å konvertere eksos makt magnetiske confinement fusion reaktorer i Foton utslipp å redusere varmen fluks impinged på plasma overfor komponenter24. Figur 8a viser innsiden av en Tokamakens25. Foton utslipp måles vanligvis i et bolometer. Mens resistiv og infrarøde video bolometers har oppnådd en støy tilsvarende tetthet (NEPD) av 0,2 W/m2 og 0,23 W/m2, henholdsvis i et laboratorium miljø26,27, er de utsatt for den harde miljø med høy temperatur plasma. Si-FOSP rapportert i dette arbeidet skiller seg ut som en lovende alternativ til de eksisterende bolometers. For å oppnå så høy som mulig oppløsning, brukes høy-behendighet-versjonen som vises i figur 1b . Også litt forskjellig fra én kanal demodulation systemet vist i figur 5a, en to-kanals systemet brukes til å kompensere for drift av laser ved hjelp av en annen tilleggskonto referere til4,15.
Figur 8b gir målt resultatene av en Si-FOSP bolometer i et laboratoriemiljø, med en annen resistiv bolometer. Våre Si-FOSP-bolometer har en NEPD av 0,27 W/m2 som er nær de av de elektroniske versjonene26,27. Presiserer at Si-FOSP-bolometer har iboende motstand mot EMI vanligvis finnes i høy temperatur plasma fysikk, er det ventet å holde store løfter mot praktiske anvendelser i tokamaks.
Figur 1: skjema viser det lav-finesse (a) og høy-finesse (b) Si-FOSP. (c) simulert refleksjon spektra av de to versjonene av Si-FOSPs med en 75 µm tykk silisium hulrom. Minutt skiftet av spekteret (fra solid til stiplet kurver) er mye bedre blir diskriminert av høy-finesse sensoren. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 2: fabrikasjon av lav-finesse Si-FOSPs. (a)-(e) skjematisk fabrikasjon trinnene og (f) bilde av fabrikkerte sensor leder sammenlignet med en menneskelig hår. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 3: fabrikasjon av høy-finesse Si-FOSPs. (a)-(c) skjematisk fabrikasjon trinnene og (d) bilde av en fabrikkert sensor. Innfelt i (d) viser øverste del av sensoren hodet. GI-MMF, gradert-indeks multi modus fiber; HR, høy Reflektivitet. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 4: (a) skjematisk system av demodulation systemet og (b) en typisk ramme med reflection for spektrum for en lav-finesse Si-FOSP. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 5: (a) skjematisk system av demodulation systemet og (b) en typisk ramme med skannede spektrum for en høy-finesse Si-FOSP. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 6: representant resultater som en undervanns termometer. (a) bilde og (b) feltet distribusjon av prototyped sensor instrumentet. (c) målte termoklinen av Flint Creek reservoaret, Mississippi, USA, 13. Septemberth, 2016. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 7: representant resultater som en flowsensoren. (a) bilde av ordningen og (b) sammenligning mellom feltet målt flyt av Si-FOSP og en kommersiell flowsensoren. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 8: representant resultater som en bolometer for høy temperatur plasma forskning. (a) bilde av indre høy temperatur plasmas plass i Tokamakens25 og (b) målt resultatene i et laboratoriemiljø. Dette tallet er vedtatt og endret fra Wikimedia Commons. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Valg av størrelsen (lengde og diameter) på silisium FPI gjøres etter at kompromisset mellom krav på resolution og fart. Generelt mindre størrelse gir en høyere hastighet, men også reduserer løsning2. En kort lengde er fordelaktig for å få en høyere hastighet, men det er ikke overlegen for å få en høy oppløsning på grunn av den utvidede FWHM refleksjon hakk. Bruke HR belegg for å redusere FWHM kan forbedre oppløsningen, men vil det begrense det dynamiske området på grunn av signal demodulation bruker laserskanning. Mindre diameter øker hastigheten, men diameteren bør være større enn sperrende feltet diameteren på den innledende fiberen slik at et godt spekter kan oppnås. Det er imidlertid også funnet at silisium diameter større enn fiber bidrar til å forbedre følsomheten for bolometry på grunn av redusert gjennomføring varmetap til fiber4. Derfor er valg av sensoren størrelsen svært avhengig av spesifikke programmer.
Selv om vi bare viser de grunnleggende strukturer, fabrikasjon protokoller og signal demodulation systemer for Si-FOSP, er det ulike teknikker som kan få plass i andre programmer eller forbedre ytelsen. For eksempel istedet for benytter UV-helbredelig lim for å feste sensoren, kan en fusjon skjøting teknikken brukes til å heve temperaturen drift over 1000 ° C-28. Med slik en høy operasjonen temperatur, kan nyskapende enhetstyper fotoniske gjøres, som mikro-ovner, infrarøde sendere og boble generatorer. Et annet eksempel er selv temperatur kompensert gass trykket sensing bruke bølgelengde når oppvarming Laseren slås på og av11. Videre gjennom utviklingen av romanen toppen anerkjennelse teknikker29,30, kan temperaturmåling over utvidet dynamisk område realiseres.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
En US patent (nr. 9995628 B1) er utstedt for å beskytte de relaterte teknologiene.
Acknowledgments
Dette arbeidet ble støttet av amerikanske Naval Research Laboratory (Nos. N0017315P0376, N0017315P3755); Amerikanske Office of Naval Research (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).
