Name: Światłowodowa platforma detekcyjna z silikonową końcówką o wysokiej rozdzielczości i szybkiej reakcji (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-01-07T14:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 3 s
Description: Poznaj światłowodową platformę detekcyjną z silikonową końcówką o wysokiej rozdzielczości i szybkiej reakcji. Technika MEMS umożliwia pomiar temperatury, przepływu i promieniowania w badaniach oceanograficznych oraz energetyce fuzyjnej.

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

Ta praca była wspierana przez Laboratorium Badawcze Marynarki Wojennej Stanów Zjednoczonych (nr N0017315P0376, N0017315P3755); U.S. Office of Naval Research (nr N000141410139, N000141410456); U.S. Department of Energy (nr DE-SC0018273, DE-AC02-09CH11466, DE-AC05-00OR22725).

1. Produkcja czujników o niskiej finezji
<ol>
	<li>Wyprodukuj filary silikonowe. Uformuj kawałek dwustronnie polerowanej (DSP) płytki krzemowej o grubości 200 μm w samodzielne filary krzemowe (<silna klasa="xfig">Rysunek 2a), korzystając ze standardowych ułatwień w produkcji systemu mikroelektromechanicznego (MEMS). 
	UWAGA: Wzorzysta płytka jest połączona z inną, większą płytką krzemową za pomocą cienkiej warstwy fotorezystu. Siła wiązania fotorezystu jest wystarczająco duża, aby utrzymać filary w pozycji pionowej, ale także wystarczająco słaba, aby oderwać się od podłoża w celu wykonania późniejszych kroków.</li>
	<li>Przygotuj włókno wprowadzające. Zdejmij plastikową powłokę z dystalnego końca światłowodu jednomodowego. Oczyść odizolowaną część za pomocą chusteczki do soczewek nasączonej alkoholem. Rozetnij oczyszczone włókno za pomocą tasaka do światłowodu.</li>
	<li>Nałóż cienką warstwę kleju utwardzanego promieniami UV na powierzchnię czołową rozszczepionego włókna wprowadzającego (<silna klasa = "xfig">Rysunek 2b). Nałóż niewielką kroplę kleju utwardzanego promieniami UV na kawałek szkiełka podstawowego. Rozcieńczyć warstwę kleju, obracając lub ręcznie kołysząc szkiełkiem. Przenieś warstwę kleju na koniec włókna, dociskając powierzchnię końcową włókna wprowadzającego do szkiełka szklanego.</li>
	<li>Przymocuj silikonowy słupek do końca światłowodu. Dopasuj włókno wprowadzające do jednego z filarów krzemowych, w międzyczasie monitoruj widmo odbicia krzemowego FPI w czasie rzeczywistym za pomocą spektrometru. Użyj lampy UV, aby utwardzić klej, gdy zaobserwowane zostanie zadowalające widmo (<silna klasa="xfig">Rysunek 2c). 
	UWAGA: Ogólnie rzecz biorąc, proces utwardzania trwa około 10 do 15 minut.</li>
	<li>Odłącz czujnik od podłoża. Po całkowitym utwardzeniu kleju UV podnieś włókno wprowadzające wraz z silikonowym słupkiem odłączonym od podłoża (<silna klasa = "xfig" > Rysunek 2d). 
	UWAGA: Na górnej powierzchni słupka krzemowego pozostała część szczątkowego fotorezystu (<silna klasa="xfig">Rysunek 2e). W większości przypadków pozostałość fotorezystu nie wpływa na działanie czujnika. W razie potrzeby warstwę fotorezystu można usunąć za pomocą alkoholu.</li>
	<li>Sprawdź wyprodukowaną głowicę czujnika. Użyj mikroskopu, aby zbadać geometrię wykonanej głowicy czujnika. Typowy obraz czujnika, który został pomyślnie wyprodukowany, znajduje się na Rysunek 2f.</li>
</ol>
2. Produkcja czujników o wysokiej finezji
<ol>
	<li>Pokryj obie strony płytki krzemowej lustrami o wysokim współczynniku odbicia. Pokryj jedną stronę dwustronnie polerowanej płytki krzemowej o grubości 75 μm warstwą złota o grubości 150 nm za pomocą maszyny do napylania, a drugą stronę pokryj lustrem dielektrycznym o wysokim współczynniku odbicia (HR). 
	UWAGA: Powłoka dielektryczna HR została wykonana przez firmę zewnętrzną; Współczynnik odbicia tej powłoki został przetestowany przez firmę na poziomie nie mniejszym niż 98%. Jednak szczegółowe materiały i struktura powłoki nie są znane ze względu na zastrzeżoną ochronę przez firmę, więcej informacji można znaleźć w Tabeli materiałów.</li>
	<li>Przygotuj skolimowane włókno wprowadzające. Spleć krótki odcinek światłowodu wielomodowego o stopniowanym indeksie (GI-MMF) ze światłowodem jednomodowym, a następnie, pod mikroskopem optycznym, rozciąć GI-MMF o jedną czwartą okresu trajektorii światła w MMF po lewej stronie, aby utworzyć kolimator światłowodowy (<silna klasa="xfig">Rysunek 3a). 
	UWAGA: GI-MMF służy do rozszerzania średnicy pola modalnego, tak aby można było uzyskać widmo o lepszej widoczności4,16. Długość GI-MMF, która w tej pracy wynosi około 250 μm, stanowi dokładnie jedną czwartą okresu trajektorii promienia.</li>
	<li>Przymocuj rozdrobniony dwustronnie powlekany silikon do włókna wprowadzającego. Zmontuj czujnik o wysokiej finezji, wykonując podobne kroki mocowania silikonowego słupka do końca światłowodu w celu wytwarzania czujników o niskiej finezji (kroki 1.3 – 1.5). 
	UWAGA: Strona z powłoką dielektryczną zostanie przymocowana do kolimatora, aby wpuścić wpadające światło (Rysunek 3b, 3 c). W tym przypadku poprzedni filar krzemowy został zastąpiony fragmentem krzemu, który nie był wzorzysty. W przyszłości wzorzysta płytka krzemowa zostanie pokryta lustrami o wysokim współczynniku odbicia, dzięki czemu czujniki będą bardziej jednolite i łatwiejsze do wykonania. Różnica w krokach wytwarzania 1,3-1,5 polega na tym, że najpierw należy uzyskać nacięcie widma odbicia o odpowiedniej widoczności, zanim klej zostanie przeniesiony na powierzchnię czołową kolimatora.</li>
	<li>Wypoleruj fragment krzemu o nieregularnym kształcie do okrągłego kształtu za pomocą maszyny do polerowania włókien.</li>
	<li>Sprawdź wyprodukowaną głowicę czujnika. Użyj mikroskopu, aby zbadać głowicę czujnika, aby upewnić się, że uzyskano pożądany okrągły kształt (<silna klasa="xfig">Rysunek 3d).</li>
</ol>
3. Demodulacja sygnału dla Si-FOSP o niskiej finezji
UWAGA: System używany do demodulacji nisko zaawansowanego Si-FOSP jest pokazany w Rysunek 4a. Poniższe szczegółowe kroki pomagają w skonfigurowaniu systemu i przeprowadzeniu przetwarzania danych.
<ol>
	<li>Podłącz źródło szerokopasmowe pasma C do portu 1 cyrkulatora optycznego.</li>
	<li>Port spawu 2 cyrkulatora optycznego ze światłowodem doprowadzającym czujnika o niskiej finezji.</li>
	<li>Podłącz port 3 cyrkulatora optycznego do szybkiego spektrometru, który komunikuje się z komputerem w celu przechowywania danych.</li>
	<li>Sprawdź widmo czujnika, aby upewnić się, że system działa poprawnie. Zobacz typowe widmo pokazane w Rysunek 4b.</li>
</ol>
4. Demodulacja sygnału dla wysoce finezyjnego Si-FOSP
UWAGA: System używany do demodulacji wysoce finezyjnego Si-FOSP jest pokazany w Rysunek 5a. Poniższe szczegółowe kroki pomagają skonfigurować system i wykonać przetwarzanie końcowe danych.
<ol>
	<li>Przemiatanie przestrajalnego lasera DFB za pomocą aktualnego sterownika. 
	UWAGA: Napięcie przemiatania od szczytu do szczytu, które różni się dla różnych laserów i kontrolerów, powinno być wystarczająco duże, aby pokryć wycięcie widma.</li>
	<li>Podłącz wyjście przestrajalnego lasera do portu 1 cyrkulatora optycznego.</li>
	<li>Podłącz port 2 cyrkulatora optycznego do czujnika o wysokiej precyzji.</li>
	<li>Podłącz port 3 cyrkulatora optycznego do fotodetektora.</li>
	<li>Użyj urządzenia do akwizycji danych, aby odczytać dane wyjściowe fotodetektora, które są przechowywane przez komputer.</li>
	<li>Sprawdź widmo czujnika, aby upewnić się, że system działa poprawnie. Zobacz typowy klatkę widma pokazaną w Rysunek 5b. Znajdź położenie doliny za pomocą dopasowania krzywej wielomianowej.</li>
</ol>

<ol><li>Lee, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Review+of+the+present+status+of+optical+fiber+sensors%5BTitle%5D)+AND+%22Optical+Fiber+Technology%22%5BJournal%5D)">Review of the present status of optical fiber sensors.</a> Optical Fiber Technology. 9, 57-79 (2003).</li>
<li>Liu, G., Han, M., Hou, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-resolution+and+fast-response+fiber-optic+temperature+sensor+using+silicon+Fabry-Perot+cavity%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+Express%22%5BJournal%5D)">High-resolution and fast-response fiber-optic temperature sensor using silicon Fabry-Perot cavity.</a> Optics Express. 23, 7237-7247 (2015).</li>
<li>Hatta, A. M., Rajan, G., Semenova, Y., Farrell, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((SMS+fibre+structure+for+temperature+measurement+using+a+simple+intensity-based+interrogation+system%5BTitle%5D)+AND+%22Electronics+Letters%22%5BJournal%5D)">SMS fibre structure for temperature measurement using a simple intensity-based interrogation system.</a> Electronics Letters. 45, 1069(2009).</li>
<li>Sheng, Q., Liu, G., Reinke, M. L., Han, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+fiber-optic+bolometer+based+on+a+high-finesse+silicon+Fabry-Perot+interferometer%5BTitle%5D)+AND+%22Review+of+Scientific+Instruments%22%5BJournal%5D)">A fiber-optic bolometer based on a high-finesse silicon Fabry-Perot interferometer.</a> Review of Scientific Instruments. , 065002(2018).</li>
<li>Ding, M., Wang, P., Brambilla, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fast-response+high-temperature+microfiber+coupler+tip+thermometer%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Photonics+Technology+Letters%22%5BJournal%5D)">Fast-response high-temperature microfiber coupler tip thermometer.</a> IEEE Photonics Technology Letters. 24, 1209-1211 (2012).</li>
<li>Berthold, J. W., Reed, S. E., Sarkis, R. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Reflective+fiber+optic+temperature+sensor+using+silicon+thin+film%5BTitle%5D)+AND+%22Optical+Engineering%22%5BJournal%5D)">Reflective fiber optic temperature sensor using silicon thin film.</a> Optical Engineering. 30, 524-528 (1991).</li>
<li>Kajanto, I., Friberg, A. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+silicon-based+fibre-optic+temperature+sensor%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Physics+E%3A+Scientific+Instruments%22%5BJournal%5D)">A silicon-based fibre-optic temperature sensor.</a> Journal of Physics E: Scientific Instruments. 21, 652-656 (1988).</li>
<li>Schultheis, L., Amstutz, H., Kaufmann, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fiber-optic+temperature+sensing+with+ultrathin+silicon+etalons%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+Letters%22%5BJournal%5D)">Fiber-optic temperature sensing with ultrathin silicon etalons.</a> Optics Letters. 13, 782-784 (1988).</li>
<li>Zhang, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Temperature+characteristics+of+silicon+core+optical+fiber+Fabry-Perot+interferometer%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+Letters%22%5BJournal%5D)">Temperature characteristics of silicon core optical fiber Fabry-Perot interferometer.</a> Optics Letters. 40, 1362-1365 (2015).</li>
<li>Cocorullo, G., Corte, F. G. D., Iodice, M., Rendina, I., Sarro, P. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+temperature+all-silicon+micro-sensor+based+on+the+thermo-optic+effect%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Transactions+on+Electron+Devices%22%5BJournal%5D)">A temperature all-silicon micro-sensor based on the thermo-optic effect.</a> IEEE Transactions on Electron Devices. 44, 766-774 (1997).</li>
<li>Liu, G., Han, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fiber-optic+gas+pressure+sensing+with+a+laser-heated+silicon-based+Fabry-Perot+interferometer%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+Letters%22%5BJournal%5D)">Fiber-optic gas pressure sensing with a laser-heated silicon-based Fabry-Perot interferometer.</a> Optics Letters. 40, 2461-2464 (2015).</li>
<li>Liu, G., Hou, W., Qiao, W., Han, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fast-response+fiber-optic+anemometer+with+temperature+self-compensation%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+Express%22%5BJournal%5D)">Fast-response fiber-optic anemometer with temperature self-compensation.</a> Optics Express. 23, 13562-13570 (2015).</li>
<li>Liu, G., Sheng, Q., Hou, W., Han, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optical+fiber+vector+flow+sensor+based+on+a+silicon+Fabry-Perot+interferometer+array%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+Letters%22%5BJournal%5D)">Optical fiber vector flow sensor based on a silicon Fabry-Perot interferometer array.</a> Optics Letters. 41, 4629-4632 (2016).</li>
<li>Liu, G., Sheng, Q., Geraldo, R. L. P., Hou, W., Han, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+fiber-optic+water+flow+sensor+based+on+laser-heated+silicon+Fabry-Perot+cavity%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+SPIE%22%5BJournal%5D)">A fiber-optic water flow sensor based on laser-heated silicon Fabry-Perot cavity.</a> Proceedings of SPIE. 9852, 98521B(2016).</li>
<li>Reinke, M. L., Han, M., Liu, G., Gv Eden, G., Evenblij, R., Haverdings, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Development+of+plasma+bolometers+using+fiber-optic+temperature+sensors%5BTitle%5D)+AND+%22Review+of+Scientific+Instruments%22%5BJournal%5D)">Development of plasma bolometers using fiber-optic temperature sensors.</a> Review of Scientific Instruments. 87, 11E708(2016).</li>
<li>Zhang, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fringe+visibility+enhanced+extrinsic+Fabry-Perot+interferometer+using+a+graded+index+fiber+collimator%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Photonics+Journal%22%5BJournal%5D)">Fringe visibility enhanced extrinsic Fabry-Perot interferometer using a graded index fiber collimator.</a> IEEE Photonics Journal. 2, 469-481 (2010).</li>
<li>Hou, W. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aHou%2C+W+%22Ocean+sensing+and+monitoring%22">Ocean sensing and monitoring</a>. , SPIE Press. (2013).</li>
<li>Hou, W., Woods, S., Jarosz, E., Goode, W., Weidemann, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optical+turbulence+on+underwater+image+degration+in+natural+environments%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Optics%22%5BJournal%5D)">Optical turbulence on underwater image degration in natural environments.</a> Applied Optics. 51, 2678-2686 (2012).</li>
<li>Hou, W., Jarosz, E., Woods, S., Goode, W., Weidemann, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Impacts+of+underwater+turbulence+on+acoustical+and+optical+signals+and+their+linkage%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+Express%22%5BJournal%5D)">Impacts of underwater turbulence on acoustical and optical signals and their linkage.</a> Optics Express. 21, 4367-4375 (2013).</li>
<li>Nootz, G., Jarosz, E., Dalgleish, F. R., Hou, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Quantification+of+optical+turbulence+in+the+ocean+and+its+effects+on+beam+propagation%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Optics%22%5BJournal%5D)">Quantification of optical turbulence in the ocean and its effects on beam propagation.</a> Applied Optics. 55, 8813-8820 (2016).</li>
<li>Nootz, G., Matt, S., Kanaev, A., Judd, K., Hou, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Experimental+and+numerical+study+of+underwater+beam+propagation+in+a+Rayleigh-B%C3%A9nard+turbulence+tank%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Optics%22%5BJournal%5D)">Experimental and numerical study of underwater beam propagation in a Rayleigh-Bénard turbulence tank.</a> Applied Optics. 56, 6065-6072 (2017).</li>
<li>Matt, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+controlled+laboratory+environment+to+study+EO+signal+degradation+due+to+underwater+turbulence%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+SPIE%22%5BJournal%5D)">A controlled laboratory environment to study EO signal degradation due to underwater turbulence.</a> Proceedings of SPIE. 9459, 94590H(2015).</li>
<li>Han, M., Liu, G., Hou, W. Fiber-optic temperature and flow sensor system and methods. U.S. Patent. , 9995628 B1 (2018).</li>
<li>Kallenbach, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Impurity+seeding+for+tokamak+power+exhaust%3A+from+present+devices+via+ITER+to+DEMO%5BTitle%5D)+AND+%22Plasma+Physics+and+Controlled+Fusion%22%5BJournal%5D)">Impurity seeding for tokamak power exhaust: from present devices via ITER to DEMO.</a> Plasma Physics and Controlled Fusion. 55, 124041(2013).</li>
<li>Alcator C-Mod. , Available from:
 <a target="_blank" href="https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Alcator_C-Mod_Tokamak_Interior.jpg">https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Alcator_C-Mod_Tokamak_Interior.jpg</a> (2018).</li>
<li>Meister, H., Willmeroth, M., Zhang, D., Gottwald, A., Krumrey, M., Scholze, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Broad-band+efficiency+calibration+of+ITER+bolometer+prototypes+using+Pt+absorbers+on+SiN+membranes%5BTitle%5D)+AND+%22Review+of+Scientific+Instruments%22%5BJournal%5D)">Broad-band efficiency calibration of ITER bolometer prototypes using Pt absorbers on SiN membranes.</a> Review of Scientific Instruments. 84, 123501(2013).</li>
<li>Peterson, B. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Development+of+imaging+bolometers+for+magnetic+fusion+reactors%5BTitle%5D)+AND+%22Review+of+Scientific+Instruments%22%5BJournal%5D)">Development of imaging bolometers for magnetic fusion reactors.</a> Review of Scientific Instruments. 79, 10E301(2008).</li>
<li>Liu, G., Sheng, Q., Dam, D., Hua, J., Hou, W., Han, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Self-gauged+fiber-optic+micro-heater+with+an+operation+temperature+above+1000+%C2%B0C%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+Letters%22%5BJournal%5D)">Self-gauged fiber-optic micro-heater with an operation temperature above 1000 °C.</a> Optics Letters. 42, 1412-1415 (2017).</li>
<li>Liu, G., Hou, W., Han, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Unambiguous+peak+recognition+for+a+silicon+Fabry-Perot+interferometric+temperature+sensor%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Lightwave+Technology%22%5BJournal%5D)">Unambiguous peak recognition for a silicon Fabry-Perot interferometric temperature sensor.</a> Journal of Lightwave Technology. 36, 1970-1978 (2018).</li>
<li>Liu, G., Sheng, Q., Hou, W., Han, M., High-resolution, <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-resolution%2C+large+dynamic+range+fiber-optic+thermometer+with+cascaded+Fabry-Perot+cavities%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+Letters%22%5BJournal%5D)">High-resolution, large dynamic range fiber-optic thermometer with cascaded Fabry-Perot cavities.</a> Optics Letters. 41, 5134-5137 (2016).</li>
</ol>

Amerykański patent (nr 9995628 B1) został wydany w celu ochrony powiązanych technologii.

Wybór rozmiaru (długości i średnicy) krzemowego FPI jest dokonywany na podstawie kompromisu między wymaganiami dotyczącymi rozdzielczości i prędkości. Ogólnie rzecz biorąc, mniejszy rozmiar zapewnia większą prędkość, ale także zmniejsza rozdzielczość2. Krótka długość jest korzystna dla uzyskania większej prędkości, ale nie jest lepsza dla uzyskania wysokiej rozdzielczości ze względu na rozszerzone FWHM wycięć odbicia. Zastosowanie powłok HR w celu zmniejszenia FWHM może pomóc w poprawie rozdzielcz...

Czujniki światłowodowe (FOS) były przedmiotem zainteresowania wielu badaczy ze względu na ich unikalne właściwości, takie jak niewielkie rozmiary, niski koszt, niewielka waga i odporność na zakłócenia elektromagnetyczne (EMI)1. Te FOS znalazły szerokie zastosowanie w wielu obszarach, takich jak między innymi monitorowanie środowiska, nadzór oceanów, poszukiwanie ropy naftowej i procesy przemysłowe. Jeśli chodzi o czujniki związane z temperaturą, tradycyjne FOS nie są lepsze pod względem rozdzielczości i szybkości w przypadkach, w których pożądany jest pomiar drobnych i szybkich zmian temperatury. Ograniczenia te wynikają z właściwości optycznych i termicznych stopionego materiału krzemionkowego, na którym opiera się wiele tradycyjnych FOS. Z jednej strony współczynnik termooptyczny (TOC) i współczynnik rozszerzalności cieplnej (TEC) krzemionki wynoszą odpowiednio 1,28x10-5 RIU/°C i 5,5x10-7 m/(m·°C); Wartości te prowadzą do czułości temperaturowej wynoszącej tylko około 13 pm/°C wokół długości fali 1550 nm. Z drugiej strony dyfuzyjność cieplna, która jest miarą szybkości zmiany temperatury w odpowiedzi na wymianę energii cieplnej, wynosi tylko 1,4x10-6 m2/s dla krzemionki; wartość ta nie jest lepsza w przypadku poprawy prędkości FOS na bazie krzemionki.
Platforma światłowodowa (FOSP) opisana w tym artykule przełamuje powyższe ograniczenia FOS-ów opartych na stopionej krzemionce. Nowy FOSP wykorzystuje krzem krystaliczny jako kluczowy materiał czujnikowy, który tworzy wysokiej jakości interferometr Fabry-Perot (FPI) na końcu światłowodu, określany tutaj jako FOSP z końcówką krzemową (Si-FOSP). Rysunek 1 pokazuje schematyczną i zasadę działania głowicy czujnika, która jest sercem Si-FOSP. Głowica czujnika zasadniczo składa się z krzemowego FPI, którego widmo odbicia obejmuje szereg okresowych prążków. Interferencja destrukcyjna występuje, gdy OPL spełnia 2nL=Nλ, gdzie n i L to odpowiednio współczynnik załamania światła i długość wnęki FP krzemu, a N jest liczbą całkowitą, która jest rzędem wcięcia prążka. W związku z tym pozycje prążków interferencyjnych reagują na OPL wnęki krzemowej. W zależności od konkretnych zastosowań, krzem FPI może być wykonany w dwóch typach: FPI o niskiej finezji i FPI o wysokiej finezji. FPI o niskiej finezji ma niski współczynnik odbicia na obu końcach wnęki krzemowej, podczas gdy FPI o wysokiej finezji ma wysoki współczynnik odbicia na obu końcach wnęki krzemowej. Współczynniki odbicia interfejsów krzem-powietrze i krzem-włókno wynoszą około 30% i 18%, stąd jedyny krzemowy FPI pokazany na <silna klasa = "xfig" >Rysunek 1a to zasadniczo FPI o niskiej finezji. Poprzez pokrycie cienkiej warstwy o wysokim współczynniku odbicia (HR) na obu końcach, powstaje krzem FPI o wysokiej finezji (<silna klasa="xfig">Rysunek 1b). Współczynnik odbicia powłoki HR (dielektrycznej lub złotej) może wynosić nawet 98%. W przypadku obu typów Si-FOSP zarówno n, jak i L zwiększają się wraz ze wzrostem temperatury. W ten sposób, monitorując przesunięcie prążka, można wywnioskować zmianę temperatury. Zauważ, że przy tej samej wielkości przesunięcia długości fali, FPI o wysokiej finezji zapewnia lepszą dyskryminację ze względu na znacznie węższe wcięcie prążka (<silna klasa = "xfig" >Rysunek 1c). Podczas gdy Si-FOSP o wysokiej finezji ma lepszą rozdzielczość, Si-FOSP o niskiej finezji ma większy zakres dynamiki. Dlatego wybór między tymi dwiema wersjami zależy od wymagań konkretnej aplikacji. Ponadto, ze względu na dużą różnicę w pełnej szerokości przy połowie maksimum (FWHM) krzemowych FPI o niskiej i wysokiej finezji, ich metody demodulacji sygnału są różne. Na przykład teoretyczne FWHM wynoszące 1,5 nm jest zmniejszone około 50 razy do zaledwie 30 pm, gdy oba końce podeszwy krzemowej FPI są pokryte warstwą HR 98%. Dlatego w przypadku Si-FOSP o niskiej finezji do zbierania i przetwarzania danych wystarczyłby szybki spektrometr, podczas gdy laser skanujący powinien być używany do demodulacji wysoce finezyjnego Si-FOSP ze względu na znacznie węższy FWHM, który nie może być dobrze rozwiązany przez spektrometr. Obie metody demodulacji zostaną wyjaśnione w protokole.
Wybrany tutaj materiał krzemowy jest lepszy pod względem rozdzielczości do wykrywania temperatury. Dla porównania, TOC i TEC krzemu wynoszą odpowiednio 1,5x10-4 RIU/°C i 2,55x10-6 m/(m∙°C), co prowadzi do czułości temperaturowej około 84,6 pm/°C, która jest około 6,5 razy wyższa niż w przypadku wszystkich FOS-ów na bazie krzemionki2. Oprócz tej znacznie wyższej czułości, zademonstrowaliśmy metodę śledzenia średniej długości fali w celu zmniejszenia poziomu szumów, a tym samym poprawy rozdzielczości dla czujnika o niskiej finezji, co doprowadziło do rozdzielczości temperatury 6x10-4 °C 2, w porównaniu do rozdzielczości 0,2 °C dla FOS3. Rozdzielczość została jeszcze bardziej poprawiona do 1,2x10-4 °C dla wersji o wysokiej finezji4. Materiał krzemowy jest również lepszy do wykrywania pod względem prędkości. Dla porównania, dyfuzyjność cieplna krzemu wynosi 8,8x10-5 m2/s, czyli ponad 60 razy więcej niż w przypadku krzemionki2. W połączeniu z niewielkimi rozmiarami (np. średnica 80 μm, grubość 200 μm) wykazano czas reakcji 0,51 ms dla krzemowego FOS2, w porównaniu do 16 ms czujnika temperatury końcówki łącznika z mikrowłókna krzemionkowego5. Chociaż niektóre prace badawcze związane z pomiarem temperatury przy użyciu bardzo cienkiej warstwy krzemu jako materiału czujnikowego zostały zgłoszone przez inne grupy6,7,8,9, żadna z nich nie ma wydajności naszych czujników ani pod względem rozdzielczości, ani szybkości. Na przykład zgłoszono czujnik o rozdzielczości zaledwie 0,12 °C i długim czasie reakcji wynoszącym 1 s. 7 Zgłoszono lepszą rozdzielczość temperatury 0,064 °C10; Jednak prędkość jest ograniczona przez stosunkowo nieporęczną głowicę czujnika. To, co sprawia, że Si-FOSP jest wyjątkowy, tkwi w nowej metodzie produkcji i algorytmie przetwarzania danych.
Oprócz powyższych zalet dla wykrywania temperatury, Si-FOSP może być również rozbudowany o różne czujniki związane z temperaturą, mające na celu pomiar różnych parametrów, takich jak ciśnienie gazu11, przepływ powietrza lub wody12,13,14 , oraz radiation4,15. W artykule przedstawiono szczegółowy opis protokołów wytwarzania czujników i demodulacji sygnału wraz z trzema reprezentatywnymi zastosowaniami i ich wynikami.

<table><tbody><tr><td>200 Proof Pure Ethanol</td><td>Koptec</td><td>V1001</td><td></td></tr><tr><td>5-kanałowy Duplex CWDM</td><td>Sklep światłowodowy</td><td>5MDD-ABS-FSCWDM</td><td></td></tr><tr><td>Motylkowe mocowania diod laserowych</td><td>Tholabs</td><td>LM14S2</td><td></td></tr><tr><td>CastAway CTD</td><td>Yellow Springs Instrument</td><td></td><td></td></tr><tr><td>CTD</td><td>Seabird</td><td>SBE 19plus</td><td></td></tr><tr><td>Miernik prądu</td><td>Nortek</td><td>Urządzenie do</td> akwizycji danych wektorowych <td></td></tr><tr><td></td><td>National Instruments</td><td>NIUSB4366</td><td></td></tr><tr><td>Oscyloskop cyfrowy</td><td>RIGOL</td><td>DS1204B</td><td>200 MHz 2 GSa/s</td></tr><tr><td>Laser diodowy</td><td>Thorlabs</td><td>LM9LP</td><td>Długość fali: 632 nm</td></tr><tr><td>Naprawiono zestaw terminatora BNC</td><td>Thorlabs</td><td>FTK01</td><td></td></tr><tr><td>Generator przebiegów funkcyjnych&nbsp;</td><td>RIGOL</td><td>DG4162</td><td>160 MHz 500 GSa/s</td></tr><tr><td>Tasak o wysokiej precyzji</td><td>Fujikura</td><td>CT-32</td><td></td></tr><tr><td>Powłoka dielektryczna o wysokim współczynniku odbicia</td><td>Powłoka odparowana INC (ECI)</td><td></td><td>Materiały i struktura powłoki są nieznane</td></tr><tr><td>Spektrometr I-MON 512</td><td>Ibsen Phtonics</td><td>P/N: 1257110</td><td></td></tr><tr><td>Detektor polaryzacji InGaAs</td><td>Tholabs</td><td>DET01CFC</td><td>wyjście FC/PC:0-10V; Ilość: 2</td></tr><tr><td>Dioda laserowa</td><td>Qphotonic</td><td>QFLD-405-20S</td><td>Długość fali: 405 nm</td></tr><tr><td>Kontroler prądu diody laserowej</td><td>Tholabs</td><td>LDC 210C</td><td>Zakres 1 A i 100 mA&nbsp;</td></tr><tr><td>Regulator temperatury diody laserowej</td><td>Tholabs</td><td>TEC 200C</td><td>Ilość: 2</td></tr><tr><td>Rękawice do badań lateksowych</td><td>HCS</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Micro Slides</td><td>Corning Incorporated</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Wąska szerokość linii DFB Laser</td><td>Eblana</td><td>EP1550-NLW-B06-100FM</td><td>Długość fali: 1550 nm</td></tr><tr><td>Spawarka światłowodowa</td><td>Sumitomo electric industries, LTD</td><td>3822-2</td><td></td></tr><tr><td>Mikroskop i monitor optyczny</td><td>Ikegami Tsushinki Company</td><td>PM-127</td><td></td></tr><tr><td>Optyczny analizator widma</td><td>Yokogawa</td><td>AQ6370C</td><td>zakres długości fal: 600-1700 nm</td></tr><tr><td>Polska maszyna</td><td>ULTRA TEC</td><td>41076</td><td></td></tr><tr><td>Irysy</td><td></td><td></td> do montażu na słupku <td>Ilość: 2</td></tr><tr><td>Pump Laser</td><td>Gooch i Housego</td><td>0400-0974-SM</td><td>Długość fali: 980 nm</td></tr><tr><td>Si Ampliified Photodetector</td><td>Thorlabs</td><td>PDA36A</td><td>Długość fali: 350-1100 nm</td></tr><tr><td>Wafel</td><td>krzemowy University Grubość wafla</td><td></td>: <td>10 i mikro; m, 200 i mikro; m, 75 i mikro; m, 40 i mikro; </td></tr><tr><td>m Światłowód jednomodowy&nbsp;</td><td>Corning</td><td>SMF-28</td><td></td></tr><tr><td>z bezpiecznikiem jednomodowym&nbsp; Łącznik światłowodowy</td><td>Thorlabs Długość fali</td><td></td><td>: 1550 nm</td></tr><tr><td>SM 125 interogrator</td><td>Micron Optics</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Zatapialna pompa akwariowa</td><td>Songlong</td><td>SL-403</td><td></td></tr><tr><td>Superluminscent LED</td><td>Denselight Semiconductors</td><td>DL-BP1-1501A</td><td>Zakres długości fal: 1510-1590 nm</td></tr><tr><td>Pompa strzykawkowa</td><td>Cole Parmer</td><td>74905-02</td><td></td></tr><tr><td>Podróż Etap tłumaczenia</td><td>Thorlabs</td><td>LT1</td><td></td></tr><tr><td>Klej utwardzany promieniami UV</td><td>Technologia epoksydowa</td><td>PB109077</td><td></td></tr><tr><td>UVGL-15 Kompaktowy UV Lmap</td><td>UVP</td><td>P / N: 95-0017-09</td> Zmienne tłumiki optyczne <td>254/365 nm</td></tr><tr><td></td><td>Tholabs</td><td>M-VA/00016951 P/N: VOA50-APC</td><td></td></tr></tbody></table>

Światłowodowa platforma detekcyjna z silikonową końcówką o wysokiej rozdzielczości i szybkiej reakcji

A Silicon-tipped Fiber-optic Sensing Platform with High Resolution and Fast Response

W tym artykule przedstawiamy innowacyjną i praktycznie obiecującą platformę światłowodową (FOSP), którą zaproponowaliśmy i zademonstrowaliśmy niedawno. Ten FOSP opiera się na krzemowym interferometrze Fabry'ego-Perota (FPI) przymocowanym do końca światłowodu, określanym w tej pracy jako Si-FOSP. Si-FOSP generuje interferogram określony przez długość ścieżki optycznej (OPL) wnęki krzemowej. Mierzona wielkość mierzona zmienia OPL, a tym samym przesuwa interferogram. Ze względu na unikalne właściwości optyczne i termiczne materiału krzemowego, ten Si-FOSP wykazuje korzystną wydajność pod względem czułości i prędkości. Co więcej, dojrzały przemysł produkcji krzemu zapewnia Si-FOSP doskonałą powtarzalność i niskie koszty w kierunku praktycznych zastosowań. W zależności od konkretnych zastosowań, zostanie wykorzystana wersja o niskiej lub wysokiej finezji, a także zostaną odpowiednio przyjęte dwie różne metody demodulacji danych. Zostaną dostarczone szczegółowe protokoły produkcji obu wersji Si-FOSP. Przedstawione zostaną trzy reprezentatywne aplikacje i odpowiadające im wyniki. Pierwszy z nich to prototyp termometru podwodnego do profilowania termoklin oceanicznych, drugi to przepływomierz do pomiaru prędkości przepływu w oceanie, a ostatni to bolometr służący do monitorowania promieniowania spalin z magnetycznie zamkniętej plazmy wysokotemperaturowej.

Si-FOSP jako podwodny termometr do profilowania termoklin oceanicznych 
Niedawne badania oceanograficzne wykazały, że rozmycie obrazowania podwodnego wynika nie tylko z mętności zanieczyszczonych wód, ale także z mikrostruktur temperaturowych w czystym oceanie17,18. Ten drugi efekt stał się przedmiotem zainteresowania wielu oceanografów, których celem jest znalezienie skutecznego sposobu korygowania rozmytych o...

Ta praca opisuje innowacyjną platformę czujników światłowodowych z silikonową końcówką (Si-FOSP) do wysokiej rozdzielczości i szybkiego pomiaru różnych parametrów fizycznych, takich jak temperatura, przepływ i promieniowanie. Zastosowania tego Si-FOSP obejmują zarówno badania oceanograficzne, przemysł mechaniczny, jak i badania nad energią syntezy jądrowej.

In this article, we introduce an innovative and practically promising fiber-optic sensing platform (FOSP) that we proposed and demonstrated recently. This ...

Dzięki tej metodzie powstaje innowacyjna, adaptowalna platforma czujników światłowodowych. Rozwój platformy był pierwotnie napędzany przez projekt stworzenia podwodnego termometru do charakteryzowania turbulencji wód oceanicznych. Zalety tej platformy to wysoka czułość, szybsza reakcja i niewielkie rozmiary, a także doskonałe możliwości produkcyjne dzięki zastosowaniu dobrze znanych technik wytwarzania MEMS.Może być używany do wielu pomiarów związanych z temperaturą, takich jak pomiary temperatury w celu charakteryzacji turbulencji, pomiary przepływu cieczy i gazów oraz promieniowanie plazmy wysokotemperaturowej w niektórych fuzjach. Zbuduj czujnik na stole ze spektrometrem. Pierwszym krokiem jest wyprodukowanie filarów krzemowych na płytce krzemowej.Ten wafel ma samodzielne filary gotowe do użycia w czujnikach. Przegląd filarów znajduje się na tym schemacie. Są one wzorowane z dwustronnie polerowanej płytki krzemowej o grubości 200 mikrometrów, przy użyciu standardowych metod wytwarzania systemów mikroelektromechanicznych.Fotorezystor znajduje się na szczytach każdego filaru i podłoża. Przygotuj włókno wprowadzające, zdejmując plastikową powłokę światłowodu. Użyj chusteczki do soczewek zamoczonej w alkoholu, aby oczyścić usuniętą część.Weź oczyszczone włókno do tasaka światłowodów, aby je rozciąć. Następnie zaopatrz się w klej utwardzany promieniami UV i szkiełko podstawowe. Nałóż niewielką kroplę kleju utwardzanego promieniami UV na szkiełko podstawowe.Następnie ręcznie obróć lub obróć szkiełko, aby rozprowadzić klej. Klej będzie cienką warstwą na powierzchni. Weź rozcięte włókno wprowadzające i dociśnij jego powierzchnię końcową do szkiełka, aby przenieść klej.Podłącz przeciwległy koniec światłowodu do interrogatora czujnika w celu monitorowania widma odbicia. Następnie pracuj z silikonowymi filarami i rozszczepionym końcem włókna. Umieść opłatek z filarami na stoliku translacyjnym, który porusza się w płaszczyźnie poziomej.Przymocuj światłowód do liniowego stolika, który porusza się pionowo. Dostosuj stopnie, aby wyrównać światłowód z jednym z filarów, używając widma odbicia w czasie rzeczywistym jako sprzężenia zwrotnego. To widmo odbicia jest przykładem takiego, które sugeruje, że wyrównanie jest zadowalające.Umieść światłowód w kontakcie z filarem, aby je przymocować, gdy widmo będzie zadowalające. Po przymocowaniu słupka i włókna utwardź wiązanie pod lampą UV. Po zakończeniu utwardzania podnieś włókno za pomocą pionowego etapu translacji, aby odłączyć je i silikonowy filar od podłoża.Sprawdź głowicę czujnika pod mikroskopem, aby zbadać jego geometrię. Jest to typowy czujnik z powodzeniem wyprodukowany. Zbierz materiały, aby wyprodukować czujnik o wysokiej precyzji.Obejmuje to fragmenty dwustronnie polerowanej płytki krzemowej, z napyloną warstwą złota po jednej stronie, widoczną jako żółta. Druga strona ma dielektryczną powłokę lustrzaną o wysokim współczynniku odbicia, widzianą jako niebieska. Następnie przygotuj skolimowany ołów w światłowodzie, łącząc krótki odcinek światłowodu wielomodowego o stopniowanym indeksie ze światłowodem jednomodowym.Rozetnij włókno wielomodowe. Jak pokazano na tym schemacie, uformuj kolimator światłowodowy, rozcinając światłowód wielomodowy o stopniowanym indeksie tak, aby stanowił jedną czwartą okresu trajektorii światła. Teraz na szkiełku umieść małą kroplę kleju utwardzanego promieniami UV.Po rozcieńczeniu kleju poprzez ręczne kołysanie lub obracanie szkiełka, dociśnij końcówkę włókna wielomodowego o stopniowanym indeksie do szkiełka, aby przenieść klej. Podłącz drugi koniec światłowodu do interrogatora czujnika w celu monitorowania widma odbicia. Następnie umieść fragment płytki na stoliku translacji poziomej.Mieć stronę dielektryczną skierowaną do góry. Umieść przygotowane włókno w pionowym etapie translacji i przesuń je w kierunku fragmentu, aby przymocować dwa kawałki. W porównaniu z czujnikami podczerwieni o niskiej finezji sparowanymi tkaninami, produkcja czujników o wysokiej finezji ma najbardziej rygorystyczne wymagania jako optyczne wyrównanie wiodącego włókna z elementem krzemowym.Umieść włókno i dołączone fragmenty wafli pod lampą UV w celu utwardzenia. Jest to przykład montażu po utwardzeniu, gdy jest gotowy do kolejnych kroków. Zanim przejdziesz dalej, wypoleruj fragment w kształt przypominający dysk.Zbadaj głowicę czujnika pod mikroskopem, aby upewnić się, że ma pożądany kształt. Włącz gotowe urządzenie o niskiej finezji do systemu demodulacji. System jest prosty i składa się tylko z kilku elementów.Spektrometr i komputer. To jest konfiguracja w formie schematu. Jest źródło szerokopasmowe, z wyjściem, przez światłowód.Włókno trafia do pierwszego portu cyrkulatora optycznego. Światłowód z drugiego portu cyrkulatora jest połączony ze włóknem doprowadzającym czujnika o niskiej finezji. Podłącz trzeci port cyrkulatora do spektrometru o dużej prędkości.Do przechowywania danych należy używać komputera podłączonego do spektrometru. Sprawdź widmo czujnika, aby upewnić się, że system działa poprawnie. To spektrum jest typowe.Przygotuj system demodulacji z czujnikiem o wysokiej finezji. Konfiguracja jest tylko nieznacznie bardziej skomplikowana niż w przypadku nisko wyrafinowanego systemu demodulacji. Mimo to konfiguracja nadal składa się tylko z kilku elementów.Użyj lasera z rozproszonym sprzężeniem zwrotnym, podłączonego do aktualnego sterownika. Podłącz wyjście lasera za pomocą światłowodu do pierwszego portu cyrkulatora optycznego Włókno z drugiego portu cyrkulatora jest połączone z czujnikiem o wysokiej finezji. Podłącz trzeci port cyrkulatora optycznego do detektora zdjęć.Dane z fotodetektora trafiają do urządzenia do akwizycji danych i do komputera. Sprawdź widmo czujnika, aby upewnić się, że system działa poprawnie i daje typowe widmo. Czujnik systemowy o niskiej finezji, zaprojektowany do pomiaru termoklin w wodach otwartych, zebrał dane z testów terenowych w kolorze niebieskim.Krzywe czerwona i to pomiary wykonane za pomocą przyrządów referencyjnych dostępnych obecnie na rynku. Bliższe przyjrzenie się danym sugeruje, że system czujników o niskiej finezji zapewnia więcej szczegółów. Dane w kolorze czerwonym pochodzą z konfiguracji czujnika o niskiej finezji, takiego jak czujnik przepływu umieszczony w zbiorniku na wodę.Dane w kolorze czarnym pochodzą z referencyjnego komercyjnego czujnika przepływu. Obie te rzeczy na ogół się zgadzają. Jednak gdy woda jest spokojna, czujnik niskiej finezji wykazuje znacznie wyraźniejszą reakcję.Czujnik o wysokiej finezji jest obiecujący jako solidny bolometr o wysokiej rozdzielczości, do pomiaru emisji fotonów w plazmie. Wyniki te porównują czujnik o wysokiej finezji z bolometrem rezystancyjnym. Należy pamiętać, że czujnik wykonany z bazowego kleju UV nie jest przeznaczony do zastosowań powyżej 100 stopni Celsjusza, ze względu na zmniejszoną stabilność żywicy epoksydowej w wysokich temperaturach.Podłączenie wiodącego włókna i kwaśnego im-pe-der ze spawaniem może doprowadzić do powstania platformy czujnika o wzroście temperatury o około 1,000 stopni Celsjusza; umożliwiając inne ekscytujące zastosowania w środowiskach o wysokiej temperaturze. Przykłady zastosowań wysokotemperaturowych obejmują makrogrzejniki, promienniki podczerwieni i monitorowanie temperatury w calach w elektrowniach. Podczas korzystania z lampy UV i laserów upewnij się, że masz na sobie fartuch laboratoryjny i okulary ochronne do lasera, aby chronić skórę i oczy.

a-silicon-tipped-fiber-optic-sensing-platform-with-high-resolution

Research

JoVE Journal

Engineering

Inżynieria

W wielu sytuacjach biologicznych i klinicznych korzystne jest badanie procesów komórkowych w ich naturalnym mikrośrodowisku. W niniejszym materiale opisujemy montaż i zastosowanie niedrogiego mikroskopu światłowodowego, który umożliwia obrazowanie w czasie rzeczywistym w hodowlach komórkowych, badaniach na zwierzętach oraz w badaniach klinicznych z udziałem pacjentów.

Wysokorozdzielcza mikroendoskopia światłowodowa do obrazowania komórkowego in situ

Biosensory współpracują ze złożonymi środowiskami biologicznymi i przeprowadzają ukierunkowaną detekcję, łącząc wysokoczułe czujniki z wysoce specyficznymi sondami przytwierdzonymi do czujnika poprzez modyfikację powierzchni. W niniejszym materiale demonstrujemy funkcjonalizację powierzchni krzemionkowych czujników optycznych biotyną przy użyciu czynników sprzęgających na bazie silanów w celu stworzenia pomostu między czujnikiem a środowiskiem biologicznym.

Przyłączanie sond biologicznych do krzemionkowych biosensorów optycznych z użyciem silanowych środków sprzęgających

Optyczne wykrywanie ultradźwięków jest niepraktyczne w wielu scenariuszach obrazowania, ponieważ często wymaga stabilnych warunków środowiskowych. Demonstrujemy technikę optyczną wykrywania ultradźwięków w niestabilnych środowiskach z miniaturyzacją i poziomami czułości odpowiednimi dla obrazowania optoakustycznego w restrykcyjnych scenariuszach, np. w zastosowaniach wewnątrznaczyniowych.

Szerokopasmowy detektor optyczny ultradźwięków do zastosowań w obrazowaniu medycznym

Referencyjna technika interferometryczna, która ma na celu usuwanie niepożądanych zakłóceń laserowych dla nanodetekcji, jest wykorzystywana do sondowania mikrownęk czynnikowych o ultra wysokiej jakości. Instrukcje dotyczące montażu, konfiguracji i pozyskiwania danych są dostarczane wraz z procesem pomiaru w celu określenia współczynnika jakości gniazda.

Implementacja interferometru referencyjnego do nanodetekcji

Opracowaliśmy bezznacznikowy system biodetekcji oparty na technologii rezonatora optycznego, znanej jako Frequency Locking Optical Whispering Evanescent Resonator (FLOWER), który jest w stanie wykrywać pojedyncze cząsteczki w roztworze. Tutaj opisano i przedstawiono procedury stojące za tą pracą.

Bezznacznikowa detekcja pojedynczych cząsteczek za pomocą mikrotoroidalnych rezonatorów optycznych

Demonstrujemy użycie rozproszonego czujnika światłowodowego do mapowania pola temperatury mieszających strumieni powietrza. Czujnik oparty na rozpraszaniu Rayleigha generuje tysiące punktów danych wzdłuż jednego włókna, aby zapewnić wyjątkową rozdzielczość przestrzenną, która jest nieosiągalna w przypadku tradycyjnych czujników, takich jak termopary.

Rozproszone czujniki światłowodowe do mapowania pola temperatury o wysokiej rozdzielczości

Opisano montaż i użycie multimodalnego mikroendoskopu, który może rejestrować dane obrazu tkanek powierzchownych z parametrami fizjologicznymi tkanek, w tym stężeniem hemoglobiny, stężeniem melaniny i nasyceniem tlenem. Technika ta może być przydatna do oceny struktury tkanki i perfuzji oraz może być zoptymalizowana pod kątem indywidualnych potrzeb badacza.

Multimodalna platforma obrazowania i spektroskopii mikroendoskopii z wiązkami włókien do nieinwazyjnej analizy tkanek in vivo

Krzemowe układy fotoniczne mają potencjał do realizacji złożonych zintegrowanych systemów kwantowych. Przedstawiono metodę przygotowania i testowania krzemowego układu fotonicznego do pomiarów kwantowych.

Pomiar interferencji kwantowej w źródle fotonów rezonatora z pierścieniem krzemowym

Przedstawiono protokół tworzenia pełnozakresowego liniowego czujnika przemieszczenia, łączącego dwa upakowane światłowodowe detektory siatki Bragga ze skalą magnetyczną.

Losowy pomiar przemieszczenia poprzez połączenie skali magnetycznej i dwóch światłowodowych siatek Bragga

Tutaj opisujemy działanie zintegrowanego obwodu fotonicznego SiN zawierającego optyczne układy fazowane. Obwody służą do emitowania wiązek laserowych o niskiej rozbieżności w bliskiej podczerwieni i kierowania nimi w dwóch wymiarach.

Charakterystyka zintegrowanych optycznych układów fazowych SiN na stanowisku testowym w skali waflowej

Tutaj prezentujemy protokół generowania kryształów solitonu w mikro-pierścieniowym rezonatorze z motylkami przy użyciu metody dostrojonej termicznie. Ponadto fluktuacje szybkości powtarzania kryształu solitonu z pojedynczym wakatem są mierzone za pomocą metody opóźnionej autoheterodyny.

Szybki pomiar fluktuacji szybkości powtarzania kryształów solitonu w mikrorezonatorze

Poznaj światłowodową platformę detekcyjną z silikonową końcówką o wysokiej rozdzielczości i szybkiej reakcji. Technika MEMS umożliwia pomiar temperatury, przepływu i promieniowania w badaniach oceanograficznych oraz energetyce fuzyjnej.

Światłowodowa platforma detekcyjna z silikonową końcówką o wysokiej rozdzielczości i szybkiej reakcji

Przeglądaj więcej filmów