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

Deze methode produceert een innovatief, aanpasbaar glasvezelstensingplatform. De ontwikkeling van het platform werd oorspronkelijk gedreven door de des-ign om een onderwaterthermometer voor turbulentiekarakterisering van oceaanwateren tot stand te brengen. Voordelen van dit platform zijn hoge gevoeligheid, snellere respons en kleine omvang, samen met de uitstekende maakbaarheid als gevolg van het gebruik van de gevestigde MEMS fabricagetechnieken.

Het kan worden gebruikt voor vele temperatuurgerelateerde metingen, zoals temperatuurmetingen voor turbulentiekarakterisering, vloeistof- en gasstroommetingen en de straling van plasma met hoge temperaturen in sommige fusie. Fabriceer de sensor op een bank met een spectrometer. De eerste stap is het fabriceren van siliciumpilaren op een siliciumwafer.

Deze wafer heeft stand-alone pilaren klaar voor gebruik in sensoren. Een overzicht van de pijlers is in dit schema. Ze zijn patroon van een 200 micrometer dikke, dubbele kant gepolijst silicium wafer, met behulp van standaard micro-elektro-elektromechanische systeem fabricage methoden.

Photoresist bevindt zich op de toppen van elke pilaar en het substraat. Bereid de lood-in vezel door het strippen van de plastic coating van de optische vezel. Gebruik een lensweefsel gedoopt in alcohol om de gestripte sectie schoon te maken.

Neem de gereinigde vezel naar een glasvezel hakmes om het te klijden. Vervolgens verwerven UV-geneesbare lijm en een glazen glijbaan. Leg een druppeltje UV-geneesbare lijm op de glazen schuif.

Vervolgens, handmatig swing of spin-coat de dia om de lijm te verdelen. De lijm zal in een dunne laag op het oppervlak. Haal de gespleten lood-in vezel en druk op het einde gezicht tegen de dia om de lijm over te dragen.

Bevestig het tegenovergestelde uiteinde van de vezel aan een sensorondervrager voor het monitoren van het reflectiespectrum. Werk dan met de siliciumpilaren en het gespleten uiteinde van de vezel. Laat de wafer met de pilaren op een vertaalfase staan die in het horizontale vlak beweegt.

Bevestig de vezel op een lineair stadium dat verticaal beweegt. Pas de fasen aan om de vezel uit te lijnen met een van de pijlers, terwijl het gebruik van de real-time reflectie spectrum als feedback. Dit reflectiespectrum is een voorbeeld van een spectrum dat suggereert dat de uitlijning bevredigend is.

Plaats de vezel in contact met de pilaar om ze te bevestigen, zodra het spectrum bevredigend is. Zodra de pilaar en vezels zijn bevestigd, moet u de binding onder een UV-lamp genezen. Wanneer het uitharden is voltooid, til de vezel met de verticale vertaalfase om het en de siliciumpijler van het substraat los te maken.

Inspecteer de sensorkop onder een microscoop om de geometrie te onderzoeken. Dit is een typische met succes vervaardigde sensor. Verzamel de materialen om een hoog-finesse sensor te fabriceren.

Dit omvat fragmenten van een dubbelzijs gepolijste siliciumwafer, met een sputtered gouden laag aan de ene kant, gezien als geel. De andere kant heeft een hoge reflectiviteit, diëlektrische spiegel coating, gezien als blauw. Bereid vervolgens de verzamelde lood in vezel door het splitsen van een korte sectie van graded-index multi-mode vezel met een single-mode vezel.

Cleave de multi-mode vezel. Zoals afgebeeld in dit schema, vorm een vezel collimator door het klitten van de gesorteerde-index multi-mode vezel om een kwart van de periode van het licht traject. Nu, op een glazen glijbaan, plaats een kleine druppel UV-geneesbare lijm.

Na het uitdunnen van de lijm door handmatig swingende of spin-coating van de dia, druk op de gesorteerde-index multi-mode vezel einde tegen de dia om lijm over te dragen. Sluit het andere uiteinde van de vezel aan op een sensorondervrager voor het bewaken van het reflectiespectrum. Plaats vervolgens een fragment van de wafer op de horizontale vertaalfase.

Laat de diëlektrische kant naar boven wijzen. Plaats de bereide vezel in de verticale vertaalfase en verplaats deze naar het fragment om de twee stukken te bevestigen. Vergelijkend met de lage finesse stof gepaarde infrarood samenvoegen sensoren, fabricage van hoge finesse sensoren, heeft een zeer strenge eis als een optische uitlijning van de toonaangevende vezel met het silicium element.

Plaats de vezel en bijgevoegde waferfragmenten, onder een UV-lamp te genezen. Dit is een voorbeeld van de montage na het uitharden, wanneer het klaar is voor de volgende stappen. Polijst het fragment in een schijfachtige vorm.

Bestudeer de sensorkop onder een microscoop, om er zeker van te zijn dat het de gewenste vorm heeft. Neem het voltooide lage finesseapparaat op in een demodulatiesysteem. Het systeem is rechttoe rechtaan, en omvat slechts een paar elementen.

Een spectrometer en een computer. Dit is de setup, in schematische vorm. Er is een breedbandbron, met output, via een glasvezel.

De vezel gaat naar poort een van een optische circulatiepomp. De glasvezel van poort twee van de circulatiepomp, is gespliceerd naar de lead-in vezel, van de lage finesse sensor. Sluit poort drie van de circulatiepomp aan op een hoge snelheidsspectrometer.

Gebruik een computer die is aangesloten op de spectrometer voor gegevensopslag. Controleer het spectrum van de sensor, om ervoor te zorgen dat het systeem goed werkt. Dit spectrum is typisch.

Bereid een demodulatiesysteem voor met de hoge finessesensor. De setup is slechts iets ingewikkelder dan de lage finessed demodulatie systeem. Ondanks dit, de setup nog steeds gaat om slechts een paar elementen.

Gebruik een gedistribueerde feedbacklaser die is aangesloten op een huidige controller. Sluit de laseroutput via glasvezel aan om een van een optische circulatiepomp te porten De vezel van poort twee van de circulatiepomp is gespliceerd naar de hoge finessesensor. Sluit poort drie van de optische circulatiepomp aan op een fotodetector.

Gegevens van de fotodetector, gaat naar een data-acquisitie apparaat, en in een computer. Controleer het spectrum van de sensor, om ervoor te zorgen dat het systeem goed werkt, en levert een typisch spectrum. Een lage finesse systeemsensor, ontworpen om thermoclines in open water te meten, verzamelde de veldtestgegevens in het blauw.

De rode en zwarte rondingen zijn metingen gemaakt met referentie-instrumenten die momenteel op de markt beschikbaar zijn. Een nadere blik op de gegevens, suggereert dat een lage finesse sensor systeem biedt meer detail. De gegevens in het rood, zijn van een lage finesse sensor setup, als een stroomsensor gelegen in een watertank.

De gegevens in het zwart, zijn van een referentie commerciële stroomsensor. De twee zijn het over het algemeen eens. Maar wanneer het water kalm is, vertoont de lage finessesensor een veel duidelijkere respons.

Een hoge finessesensor is veelbelovend als een robuuste bolometer met hoge resolutie, voor het meten van fotonmissie in plasma's. Deze resultaten vergelijken de hoge finessesensor met een weerstandsbolometer. Houd er rekening mee dat een sensor gemaakt van basis UV-lijm zijn niet bedoeld voor toepassingen boven de 100 graden Celsius, als gevolg van de verminderde stabiliteit van de epoxy bij hoge temperaturen.

Het bevestigen van de toonaangevende vezel en zure im-pe-der met fusie splicing, kan leiden tot een sensor platform van het verhogen van de temperatuur ongeveer 1.000 graden Celsius;waardoor andere spannende toepassingen in hoge temperatuur omgevingen. Voorbeelden van toepassingen met hoge temperaturen zijn macrokachels, infraroodzenders en temperatuurbewaking in inches bij de elektriciteitscentrales. Tijdens het gebruik van de UV-lamp en de lasers, zorg ervoor dat u het dragen van een lab jas en een laser veiligheidsbril om uw huid en ogen te beschermen.