Name: Fabricage en beproeving van fotonische Thermometers (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-10-24T12:30:00.000+00:00
Duration: 8 min 44 s
Description: Leer de fabricage en het testen van fotonische thermometers voor temperatuurmetrologie met frequentiegebaseerde technieken. Deze methode verbetert de meetprecisie en vermindert de noodzaak van frequente kalibraties.

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

De auteurs erkennen de NIST/CNST NanoFab-faciliteit voor het verstrekken van de mogelijkheid om het fabriceren van silicium fotonische temperatuursensoren en Wyatt Miller en Dawn Cross voor hulp bij het opzetten van de experimenten.

1. apparaat Fabrication
Opmerking: Silicium fotonische apparaten kunnen worden vervaardigd met behulp van silicium-op-isolator (SOI) plaatjes toepassen conventionele CMOS-technologie via foto - of electron beam lithografie gevolgd door inductieve plasma reactive ion etch (ICP RIE) voor 220 nm-dikke bovenste silicium laag. Nadat ICP RIE etch kunnen de apparaten top-fineerhout met een dunne polymeerfolie of SiO2 beschermlaag. Hieronder zijn de belangrijkste stappen van in de fabricage van SOI fotonische apparaten.
<ol><li>Reinigen van een SOI-wafer in een piranha-oplossing voor 10 min, een mengsel van 4:1 van zwavelzuur (H2SO4) en waterstof peroxide (H2O2), gevolgd door een gedeïoniseerd (DI) water spoelen voor 1 min en stikstof gas van droge klap.</li>
	<li>Spin vacht ongeveer 20-50 mL maN 2405 e-bundel weerstaan naar de wafer bij 4000 rpm voor 60 s, gevolgd door een kookplaat bak bij 90 ° C gedurende 15 minuten.</li>
	<li>Het patroon van het apparaat naar de spin beklede weerstaan met behulp van e-bundel litho bloot en ontwikkelen de weerstaan. De gebruikelijke basis blootstelling dosis is ongeveer 600 µC/cm2. Ontwikkelen met MIF-319 developer voor 60 s, gevolgd door een 60 s water spoelen.</li>
	<li>Uitvoeren van een ICP RIE etch voor de 220 nm dikke silicium laag te verwijderen van de onbeschermde silicium. Gebruik van een pseudo-Bosch met C4F8: 57 SCCM / SF6: 33 SCCM, ICP macht: 3.000 W; RIE macht: 15 W; Druk 10 mTorr, temperatuur: 15 ° C; Etch tarief: ongeveer 5-6 nm/s</li>
	<li>Los het weerstaan masker in pure aceton gedurende 1 uur, gevolgd door een spoeling van isopropanol, een 60 s DI water spoelen en stikstof gas blazen droog.</li>
	<li>Storten van een 1 µm dik boven-beschermlaag op de wafer (een dunne polymeerfolie) via een spin coating (spin jas 20-50 mL PMMA bij 4000 rpm voor 60 s gevolgd door een kookplaat bakken bij 180 ° C gedurende 2 minuten).</li>
	<li>Dobbelstenen de wafer met een wafel dobbelen zaag (zag Dikte lemmet: 35 µm) in kleine makkelijk te hanteren van chips (b.v., 20 × 20 mm).</li>
</ol>2. fotonische Chip verpakking
Opmerking: De verzonnen fotonische chips zijn verpakt op een douaneontwerp verpakking setup waar een op maat gemaakte verpakking setup uitlijnen en een array van optische vezels aan een photonic spaander obligatie wordt gebruikt. De installatie van de verpakking komt te staan op Figuur 1 bestaat uit (i) 6-assige micro-positionering stadium, waarmee 6 graden van vrijheidsbeweging (X, Y, Z coördinaten, en drie bijbehorende hoeken van rotatie ten opzichte van de X, Y, Z coördinaten) met submicron precisie; (ii) podium geïntegreerd Peltier module die het mogelijk maakt om te verwarmen of koelen van het bovenste podium platform; (iii) v-groef matrix houder arm; epoxy lijm micro-verstrekking module; (iv) ultra violet (UV) blootstelling aan licht module te genezen UV lijmen, (v) vier hoge vergroting digitale camera's voor de bovenkant, voorkant en twee weergaven op de hoek. Optische vezels pakket in v-groef matrix zijn verkregen van een commerciële bron.
<ol><li>Ruwe alignement procedure<ol>
<li>Plaats de fotonische chip in het 6-assige werkgebied en oriënteren van de chip, zodat de op de chip input/output-poorten worden uitgelijnd met de array v-groef.</li>
		<li>Inschakelen van vacuüm zuig via on-stage geïntegreerd vacuüm pompen poort naar de chip op zijn plaats houden.</li>
		<li>Gebruik de bovenaanzicht digitale camera te zoeken en plaats de fotonische apparaten van belang in het midden van de 6-assige podium.</li>
		<li>Positie van de v-groef matrix houder arm dichtbij de chip en gebruik van vacuüm zuig via een geïntegreerde pompen poort om de matrix op zijn plaats houden.</li>
		<li>De zijaanzicht digitale camera's als een visuele feedback om te helpen de positie de vezel matrix gebruiken boven de op de chip raspen koppelaars.</li>
		<li>Verhogen van de 6-assige fase de photonic spaander om aan te brengen binnen 10 µm van de vezel matrix onderrand. Opmerking: De rand van de v-groef vezel matrix moet worden ongeveer uitgelijnd (binnen 50 µm tot 100 µm nauwkeurigheid) ten opzichte van op-Spaander uitlijning merken. Deze procedure brengt de facetten van de optische vezel in een relatieve nabijheid van de overeenkomstige raspen koppelaars.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Geautomatiseerde optimale uitlijning<ol>
<li>Zodra een ruwe Handmatige afstemming is bereikt, activeren de geautomatiseerde zoekactie met behulp van de software van de leverancier geleverd voor de 6-assige fase. Opmerking: Dit algoritme presteert een vooraf gedefinieerde wandeling over de 6-graden bewegingen toelaat (translationeel en roterende) totdat de maximale transmissie van breedband licht door de chip input en output poorten is bereikt. Het moet niet langer duren dan 20 s tot 30 s.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Photonic Spaander testen Opmerking: Zodra de optimale uitlijning is bereikt, Controleer de levensvatbaarheid van het apparaat voordat u verdergaat met de bonding.<ol>
<li>Gebruik de on-stage geïntegreerde Peltier module aan thermisch cyclus de chip temperatuur tijdens het opnemen van de spectrale respons. We hebben voor de temperatuurcycli, een aangepast script geschreven in LabView gebruikt.</li>
		<li>Analyseren van de opgenomen spectra is om te controleren of de temperatuur gevoeligheid van het apparaat (aanbevolen waarden zijn 70 pm / ° C tot 80 uur / ° C). Opmerking: De laser-spectrometer is beschreven elders in detail2. De opgenomen spectra worden geanalyseerd om te bepalen van de gevoeligheid van de temperatuur van het apparaat dat in de 70 pm / ° C tot 80 uur / ° C-bereik worden moet.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Verlijmen van optische vezels<ol>
<li>Langzaam lager de array naar het oppervlak van de chip.</li>
		<li>Zorgvuldig plaatst de epoxy gevuld spuit in directe nabijheid van de vezel matrix rand met behulp van een andere XYZ micron precisie fase.</li>
		<li>Afzien van een enkele micro-droplet van een epoxy en leidt hij het genezen proces (hetzij via UV bestraling of een temperatuurcycli).</li>
		<li>Periodiek uitvoeren door de routine automatische uitlijning (piek/maximalisatie) veroorzaakte om te voorkomen dat drift verlies van signaal tot een tijd dat de epoxy begint te verharden. Opmerking: Na de epoxy uitharden van de photonic spaander prestaties en licht koppeling efficiëntie zijn opnieuw getest door het opnemen van de spectra van de transmissie van het apparaat bij verschillende temperaturen. Licht meestal koppeling van efficiëntie verhoogt na het proces van hechting, waarschijnlijk omdat de brekingsindex gematched optische epoxy reflectie verliezen op het raakvlak van de vezel-chip vermindert.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Verpakking van fotonische Thermometer<ol>
<li>Plaats de vezel gebonden fotonische chip op een koperen cilinder (h = 25 mm, ø = 5.79 mm) met een kleine hoeveelheid (ongeveer 1 mg) Koelpasta aangebracht op het oppervlak van de montage van de koper. Opmerking: Thermal grease zorgt voor goede zelfs thermisch contact tussen de metalen warmte-geleider en de chip. Bovendien Koelpasta biedt een zwakke hechting tussen de twee delen die vergemakkelijkt het verlagen van de vergadering van de koperen cilinder-chip naar beneden een glazen buis (h = 50 mm; innerlijke dia. = 6.0 mm).</li>
		<li>Zachtjes lager het chip-koper cilinder beneden de glazen buis.</li>
		<li>Aanvulling van de funderingsput de glazen buis met Argon gas en seal met een kurk rubber.</li>
	</ol>
</li>
</ol>3. de temperatuurmeting
<ol><li>Plaats de verpakte fotonische thermometer (glazen buis, koperen cilinder + glasvezel combinatie fotonische apparaat) in een metrologie temperatuur droog goed (moet de temperatuur stabiel te binnen 1 mK).</li>
	<li>De beslechting tijd (20 min 30 min) met behulp van de op maat gemaakte computerprogramma instellen, aantal thermische cycli (minimaal 3), temperatuur stap grootte (1 ° C tot 5 ° C), aantal opeenvolgende scans (minimale aanbeveling 5) en vermogen (exacte kracht geleverd is specifiek voor laser individuele gevallen, maar over het algemeen is in de nanowatt naar microwatt bereik). Opmerking: Een gekalibreerde platina weerstandsthermometer gebonden aan de koperen cilinder wordt gebruikt voor het gelijktijdig opnemen van de bad-temperatuur zoals de fotonische metingen worden uitgevoerd.</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>

De auteurs hebben niets te onthullen.
Bepaalde apparatuur of materialen worden geïdentificeerd in dit document om op te geven van de experimentele procedure naar behoren. Deze identificatie is niet bedoeld om impliceren goedkeuring door het National Institute of Standards and Technology, noch is het bedoeld om te impliceren dat de materialen of uitrusting geïdentificeerd zijn per se de beste beschikbaar.

Het doel van dit experiment was te kwantificeren van de temperatuur afhankelijke respons van een fotonische thermometer. Voor kwantitatieve meting van de temperatuur is het verstandig om het gebruik van een stabiele warmtebron, zoals een diepe droge goed, klein volume sensoren, goed thermisch contact tussen de bron- en de sensor te zorgen en te minimaliseren warmte metrologie-rang verliest voor het milieu. Deze vereisten wordt voldaan gemakkelijk door het verlijmen van optische vezels naar de chip, effectief het creëren ...

De gouden standaard voor temperatuur metrologie, de platina weerstandsthermometer, werd voor het eerst voorgesteld door Sir Siemens in 1871 met Callender1 ontwikkeling van het eerste apparaat in 1890. Sinds die tijd heeft incrementele voortgang in het ontwerp en de productie van thermometers een breed scala aan temperatuur meten oplossingen geleverd. De standaard platina weerstandsthermometer (NTC) is het interpolating instrument voor het realiseren van internationale temperatuurschaal (ITS-90) en de verspreiding ervan met behulp van weerstand Thermometrie. Vandaag, speelt meer dan een eeuw na zijn uitvinding, weerstand Thermometrie een cruciale rol in verschillende aspecten van industrie en dagelijks variërend van biomedische ontwikkelingen voor de productie van procescontrole, energieproductie en consumptie. Hoewel goed gekalibreerde industriële weerstand thermometers kunnen het meten van temperatuur met onzekerheden zo klein als 10 mK, ze zijn gevoelig voor mechanische schok, thermische stress en omgevingsvariabelen zoals vochtigheid en chemische verontreinigingen. Bijgevolg vereisen weerstand thermometers periodieke (en dure) off-line herkalibraties. Deze fundamentele beperkingen van weerstand Thermometrie hebben veel belangstelling bij de ontwikkeling van fotonische temperatuur sensoren2 die vergelijkbaar is met betere meting mogelijkheden whislt zijn robuuster tegen mechanische schok kan leveren . Een dergelijke devcie zal een beroep op nationale en industriële laboratoria en diegenen die geïnteresseerd zijn in de lange termijn toezicht waar instrument drift productiviteit negatief kan beïnvloeden.
In de afgelopen jaren een grote verscheidenheid van roman fotonische thermometers hebben voorgesteld met inbegrip van lichtgevoelige pigmenten3, sapphire gebaseerde magnetron whispering gallery modus resonator4, fiber optische sensoren5,6, 7, en op de chip silicon nano-fotonische sensoren8,9,10. Op NIST, zijn onze inspanningen gericht op de ontwikkeling van de goedkope, gemakkelijk-inzetbare, roman temperatuursensoren en normen die gemakkelijk worden vervaardigd met behulp van bestaande technologieën, zoals CMOS-compatibele productie. Bijzondere aandacht is de ontwikkeling van silicon fotonische apparaten. We hebben aangetoond dat deze apparaten kunnen worden gebruikt voor het meten van temperatuur over het bereik van-40 ° C tot 80 ° C en 5 ° C tot 165 ° C met onzekerheden die vergelijkbaar met verouderde apparaten8 zijn. Bovendien, onze resultaten suggereren dat met een betere proces bedieningsorgaan uitwisselbaarheid volgorde van 0,1 ° C onzekerheid haalbaar (dat wil zeggen de onzekerheid van de temperatuurmeting met behulp van nominale coëfficiënten niet kalibratie bepaald coëfficiënten ).

<table><tbody><tr><td>Verpakkingsproces</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>6-as trap</td><td>PI instrumenten</td><td></td><td></td></tr><tr><td>videocamera's</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>epoxy distributiesysteem</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Vezel array</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Temperatuurmeting</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Metrology Well</td><td>Fluke</td><td>9170</td><td>Droge put stabiel tot beter dan.01 K</td></tr><tr><td>Laser</td><td>Newport</td><td>TLB6700</td><td>1520-1570 nm instelbare laser</td></tr><tr><td>Wavemeter</td><td>HighFinesse</td><td>WS/7</td><td>100 Hz wavemeter</td></tr><tr><td>Vermogensmeter</td><td>Newport</td><td>1936-R</td><td>vermogensmeter met breed bereik</td></tr></tbody></table>

fabricage en beproeving van fotonische thermometers

Fabrication and Testing of Photonic Thermometers

In de afgelopen jaren heeft een impuls voor de ontwikkeling van nieuwe silicon fotonische apparaten voor telecommunicatie een enorme kennisbank die is nu voor het ontwikkelen van geavanceerde fotonische sensoren wordt leveraged gegenereerd. Silicon fotonische sensoren proberen te misbruiken van de sterke opsluiting van licht in nano-golfgeleiders om te transduce van veranderingen in de fysische toestand aan veranderingen in de resonantiefrequentie. In het geval van Thermometrie veroorzaakt de thermo-optiek-coëfficiënt, dat wil zeggen, veranderingen in brekingsindex te wijten aan de temperatuur, de resonant frequentie van de fotonische apparaat zoals een raspend Bragg te drijven met de temperatuur. We zijn het ontwikkelen van een suite van fotonische devices die gebruik maken van recente ontwikkelingen in de telecom compatibel lichtbronnen te fabriceren van kosteneffectieve fotonische temperatuursensoren, die kunnen worden ingezet in een breed scala aan instellingen variërend van gecontroleerde laboratorium voorwaarden, aan de lawaaierige omgeving van een fabrieksvloer of een verblijfsvergunning. In dit manuscript detailleren wij ons protocol voor de fabricage en testen van fotonische thermometers.

Zoals blijkt uit Figuur 2, toont de ring resonator transmissie spectra een smalle duik in transmissie overeenkomt met de voorwaarde van resonantie. De resonantie marge verschuift naar langere golflengten zoals temperatuur is gestegen van 20 ° C tot 105 ° C in stappen van 5 ° C. Het spectrum van de transmissie is gemonteerd op een polynomiale functie waaruit het piek-center is gewonnen. De veelterm passen bleek te geven van de meest consistente resultaten in a...

Beschrijven we het proces van fabricage en beproeving van fotonische thermometers.

Fabricage en beproeving van fotonische Thermometers

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

Fotonische thermometrie kan helpen bij de overgang van het gebied van temperatuurmetrologie van op weerstand gebaseerde legacy-technologie naar op frequentie gebaseerde metingen. Het belangrijkste voordeel van deze techniek is dat we de vooruitgang in frequentiemetrologie kunnen gebruiken om preciezere metingen te doen terwijl we apparaten fabriceren die de fysieke beperkingen van de huidige technologie overwinnen, zoals grootte en gevoeligheid voor mechanische schokken en veranderingen in het milieu. De implicatie van deze techniek strekt zich uit tot het veranderen van de manier waarop we analyseren in de Verenigde Staten en de wereld.Een ultra stabiele fotonische thermometer vermindert de behoefte aan frequente kalibraties. Toekomstige ontwikkeling van optomechanische temperatuurnormen kan de kalibratiestandaard in de gebruikershanden plaatsen, waardoor gespecialiseerde kalibratiefaciliteiten niet meer nodig zijn. Over het algemeen zullen individuen die nieuw zijn op deze methode het moeilijk hebben omdat het een kruising is van twee uiteenlopende gebieden die beide hun eigen taal, technologievereisten en gespecialiseerde protocollen hebben voor het maximaliseren van de uitkomst.Elke nieuwe gebruiker moet leren zich aan te passen en aan te passen aan soms concurrerende vereisten. Om te beginnen reinigt u een SOI-wafer zoals beschreven in het bijbehorende tekstprotocol. Bedek de wafer met 20 tot 50 milliliter MA-N 2405 negatieve toon fotoresist.Draai het op 4,000 RPM gedurende 60 seconden en breng de wafer naar een hete plaat en bak het op 90 graden Celsius gedurende 15 minuten. Stel na het bakken de fotoresist bloot aan het patroon dat hier wordt getoond met behulp van een standaard E-beam lithografie-opstelling. Plaats vervolgens de wafer in MIF 319 ontwikkelaar oplossing en uitbroed het voor 60 seconden.Breng de ontwikkelde wafer in water en spoel deze nog eens 60 seconden af. Voer vervolgens een ICP RIE-ets uit van de 220 nanometer dikke siliciumlaag om het onbeschermde silicium te verwijderen. Los het weerstandsmasker een uur lang op in pure aceton, gevolgd door een isopropanolspoeling.Spoel vervolgens de wafer gedurende 60 seconden in gedeïioneerd water en droog de wafer met stikstof. Plaats nu de wafer terug in de spin coater. Deponeren een een nanometer dikke beschermende polymeer film toplaag op de wafer.Tot slot, dobbelstenen de wafer met een wafer dicing zaag in 20 millimeter bij 20 millimeter klein en gemakkelijk te hanteren chips. Plaats de fotonische chip op de zes-assige fase en oriënteer de chip zodat de invoer- en uitvoerpoorten aan de chip worden uitgelijnd met de V-groefarray. Schakel vervolgens vacuümzuigzuiging in via een geïntegreerde vacuümpomppoort op het podium om de chip op zijn plaats te houden.Gebruik de digitale camera met de bovenste weergave om de fotonische apparaten van belang te vinden en te plaatsen in het midden van de zes-assige fase. Plaats nu de V-groefarrayhouderarm dicht bij de chip en gebruik vacuümzuiging via een geïntegreerde pomppoort om de array op zijn plaats te houden. Met behulp van de zijaanzicht digitale camera's als een visuele feedback, plaats de vezel array boven de on-chip gradiënt koppelingen en verhogen het podium om de fotonische chip te brengen tot binnen 10 micrometer van de onderkant van de vezel array rand.De rand van de V-groefvezelarray moet ongeveer worden uitgelijnd binnen 50 tot 100 micron nauwkeurigheid ten opzichte van on-chip uitlijningsmarkeringen. Deze procedure brengt de optische vezel binnen een relatieve nabijheid van de overeenkomstige gradiëntkoppelaars. Zodra de chip ongeveer is uitgelijnd, activeert u de automatische zoekopdracht naar de zesassige fase.Dit algoritme zoekt naar de maximale overdracht van breedbandlicht via de invoer- en uitvoerpoorten van de chip. Het duurt niet langer dan 20 tot 30 seconden. Zodra de optimale uitlijning is bereikt, controleert u de levensvatbaarheid van het apparaat voordat u verdergaat met het hechten.Met behulp van een programma zoals LabVIEW, de controle van de on-stage geïntegreerde module om thermisch cyclus van de chip de temperatuur tijdens het opnemen van de spectrale reactie. Analyseer de opgenomen spectra van de laserspectrometer om de temperatuurgevoeligheid van het apparaat te verifiëren. Laat de array langzaam zakken tot aan het oppervlak van de chip terwijl u de digitale camera aan de zijkant bekijkt.Plaats vervolgens voorzichtig de met epoxy gevulde spuit in de nabijheid van de rand van de fiber array met behulp van een andere XYZ micron precisiefase. Eenmaal in positie, afzien van een enkele micro druppel epoxy. Terwijl de epoxy verhardt, periodiek uitvoeren van de geautomatiseerde uitlijning routine om drift-geïnduceerde verlies van signaal te voorkomen.Na de epoxy kuren, test de fotonische chip prestaties en licht koppeling efficiëntie door het opnemen van de transmissie spectra bij verschillende temperaturen. De efficiëntie van de lichtkoppeling neemt doorgaans toe na het hechtingsproces. Gebruik ongeveer een milligram thermisch vet om thermisch koppel de vezel-gebonden fotonische chip aan een kleine koperen cilinder.Laat vervolgens voorzichtig de koperen cilinder van de chip in een glazen buis zakken. Eenmaal in positie, rug vul de glazen buis met argon gas en verzegelen met behulp van een rubberen kurk. Plaats vervolgens de verpakte fotonische thermometer in een metrologie temperatuur droog goed stabiel tot binnen een micro Kelvin.Met behulp van de op maat gemaakte computerprogramma, stel de afwikkelingstijd voor 20 tot 30 minuten, het aantal thermische cycli op ten minste drie, en de temperatuur stap grootte tussen een en vijf Celsius. Stel ook het aantal opeenvolgende scans in op ten minste vijf en de laserkracht in de nanowatt op microwattbereik. Zoals hier getoond, de ring resonator transmissie spectra toont een smalle dip in de transmissie die overeenkomt met de resonantie conditie bij elke temperatuur.De resonantie franje verschuift naar langere golflengten als temperatuur wordt verhoogd van 20 Celsius tot 105 Celsius in vijf graden Celsius stappen. Onze voorlopige analyse van het thermische fietsexperiment suggereert dat de door vochtigheid veroorzaakte veranderingen in de epoxy waarschijnlijk de grootste bestuurder van hysterese in verpakte fotonische thermometers zijn en dat onverpakte apparaten geen significante hysterese vertonen. Bovendien kan de hysterese in het verpakte apparaat worden verbeterd door hydrofobe epoxy als desiccant aan de glasbuis te gebruiken alvorens een strakkere verbinding rond de verbinding van het rubberrkglas af te sluiten.Tijdens een poging tot deze procedure, is het belangrijk om te onthouden om eventuele chemische verontreiniging van de monsters te minimaliseren, zoals vocht in de verpakte buis, omdat het ernstig zal de meetnauwkeurigheid degraderen. Na deze procedure kunnen andere methoden worden uitgevoerd, zoals laservergrendeling of dual frequency comb spectroscopie om aanvullende vragen te beantwoorden over de stabiliteit op lange termijn van deze apparaten, impulsbelasting en karakterisering van thermische fysieke eigenschappen. Na de ontwikkeling heeft deze techniek de weg vrijgemaakt voor onderzoekers op het gebied van metrologie om precisiemetrologie te onderzoeken voor andere fysieke en chemische hoeveelheden zoals druk-, vacuüm- en spoorgasanalyse in ingebedde systemen.Vergeet niet dat het werken met agressieve chemicaliën in een schone ruimte en heldere lichtbronnen zoals lasers in het lab zeer gevaarlijk kan zijn en voorzorgsmaatregelen zoals het gebruik van persoonlijke beschermingsmiddelen zoals een laserbril moeten altijd worden genomen tijdens het uitvoeren van deze procedure.

fabrication-and-testing-of-photonic-thermometers

Research

JoVE Journal

Chemistry

Scheikunde

Parametrische optomechanische excitaties zijn onlangs experimenteel aangetoond in microfluïdische optomechanische resonatoren door middel van optische stralingsdruk en gestimuleerde Brillouin-verstrooiing. Dit artikel beschrijft de fabricage van deze microfluïdische resonatoren samen met methodologieën voor het genereren en verifiëren van optomechanische oscillaties.

Fabricage en testen van Microfluidic Optomechanische oscillators

De Cold Plantar Assay (CPA) meet de koudsensitiviteit tussen 30 °C en 5 °C en kan ook koudaanpassing meten. Dit protocol beschrijft hoe de CPA te gebruiken om koudgevoeligheid, analgesie en aanpassing bij muizen te meten.

Een eenvoudige en goedkope methode voor het bepalen Koude Gevoeligheid en aanpassing in Muizen

Hier presenteren we drie protocollen voor thermische metingen in microfluïdische apparaten.

Thermische Meettechnieken in Analytical Microfluïdische Devices

Demonstreren we gebruik van een vezeloptische sensor voor gedistribueerde In kaart brengen mengtemperatuur luchtstralen. De Rayleigh-verstrooiing gebaseerde sensor genereert duizenden gegevenspunten langs een enkele vezel buitengewone ruimtelijke resolutie die onbereikbaar met traditionele sensoren, zoals thermokoppels leveren.

Fiber Optic Distributed Sensoren voor Mapping Temperature Field High-resolution

Een eenvoudig apparaat voor vloeibare stikstof Dewar/cryostat, bestaande uit een kleine gefuseerde silica optische Dewar, een thermokoppel en een charge-coupled device (CCD) spectrograaf, wordt beschreven. De experimenten waarvoor deze Dewar/cryostat is ontworpen, vereisen snel laden, invriezen en uitlijnen van monsters, nauwkeurige en stabiele monstertemperaturen en een kleine omvang/draagbaarheid.

A Simple Dewar / cryostaat voor het thermisch evenwicht brengen van monsters bij temperaturen bekend voor Accurate cryogene Luminescentie Metingen

Dit werk meldt een innovatief silicium-tipped glasvezel sensing platform (Si-FOSP) voor hoge resolutie en snelle-reactie meting van een verscheidenheid van fysieke parameters, zoals temperatuur, stroming en straling. Toepassingen van deze Si-FOSP beslaan van oceanografisch onderzoek, mechanische industrie, aan onderzoek naar fusie-energie.

Een silicium-tipped Fiber-optic Sensing Platform met hoge resolutie en snelle respons

Hier gepresenteerd is een protocol met behulp van een temperatuur gecontroleerde Microscoop fase die het mogelijk maakt een monster container te monteren op een verticale Microscoop.

Fabricage van de Microscoop fase voor verticale observatie met temperatuur regelfunctie

Dit protocol beschrijft hoe u een infraroodcamera in een transportbandoven installeert, een klantcorrectie van een in de fabriek gekalibreerde IR-camera uitvoert en de ruimtelijke oppervlaktetemperatuurverdeling van een interessant object evalueert. De voorbeeldobjecten zijn industriële silicium zonnecellen.

In Situ Oppervlaktetemperatuurmeting in een transportbandoven via inline infrarood thermografie

Dit protocol beschrijft de constructie van een goedkoop, discreet, vezelgekoppeld en lucht-gespreid Fabry-Perot etalon met verschillende toepassingen, zoals in trace-gas spectroscopie. De fabricage is mogelijk in elke faciliteit met standaard optische laboratoriumapparatuur beschikbaar.

Fabricage van een goedkope, vezelgekoppelde en lucht-gespreide Fabry-Pérot Etalon

Dit artikel presenteert de Frequency Domain Thermoreflectance (FDTR) techniek voor lokale niet-destructieve thermische karakterisering en beeldvorming.

De frequentiedomein-thermoreflectantietechniek voor thermische eigenschapsmetingen

Leer de fabricage en het testen van fotonische thermometers voor temperatuurmetrologie met frequentiegebaseerde technieken. Deze methode verbetert de meetprecisie en vermindert de noodzaak van frequente kalibraties.

Fabricage en beproeving van fotonische Thermometers

Meer video's verkennen