Este trabalho relata uma ponta de silicone fibra óptica sensoriamento plataforma inovadora (Si-FOSP) para medição de alta resolução e resposta rápida de uma variedade de parâmetros físicos, como temperatura, fluxo e radiação. Aplicações deste Si-FOSP abrangem de investigação oceanográfica, indústria mecânica, a investigação sobre energia de fusão.
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Artigo de método
Uma plataforma de sensoriamento de fibra óptica com ponta de silicone com alta resolução e resposta rápida
* These authors contributed equally
Neste artigo
Resumo
Resumo
Neste artigo, apresentamos uma inovador e promissor praticamente fibra óptica sensoriamento plataforma (FOSP) que propôs e demonstrado recentemente. Este FOSP depende de um interferômetro de Fabry-Perot de silício (FPI) anexado à extremidade da fibra, referida como Si-FOSP neste trabalho. O Si-FOSP gera uma interferogramas determinada pelo comprimento do percurso óptico (OPL) da cavidade de silício. Mensuranda altera o OPL e, assim, desloca a interferogramas. Devido as propriedades únicas de ópticas e térmicas do material do silicone, este Si-FOSP apresenta um desempenho vantajoso em termos de sensibilidade e velocidade. Além disso, a indústria de fabricação de silício maduro dota a Si-FOSP com excelente reprodutibilidade e baixo custo para aplicações práticas. Dependendo as aplicações específicas, será utilizada uma versão fineza de baixa ou alta-fineza, e dois métodos de demodulação de dados diferentes serão adoptados em conformidade. Protocolos detalhados para fabricar as duas versões de Si-FOSP serão fornecidos. Três aplicações representativas e seus resultados de acordo serão mostrados. O primeiro que é um termômetro subaquática de protótipo para criação de perfil thermoclines o oceano, o segundo é um medidor de fluxo para medir a velocidade de fluxo no oceano, e o último é um Bolómetro para monitorar radiação escape de magnètica confinados plasma de alta temperatura.
Introdução
Sensores de fibra óptica (FOSs) têm sido o foco de muitos pesquisadores, devido a suas propriedades únicas, tais como o seu pequeno tamanho, baixo custo, sua leveza e sua imunidade à interferência eletromagnética (EMI)1. Estes FOSs tem encontrado aplicações largas em muitas áreas como monitoramento ambiental, vigilância do oceano, exploração de petróleo e processos industriais, entre outros. Quando se trata do sensoriamento de temperatura-relacionada, o FOSs tradicional não são superiores em termos de resolução e velocidade para os casos onde a medição de minuto e variações de temperatura rápida é desejável. Estas limitações decorrem as proprie....
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Protocolo
1. fabricação de sensores de baixo-Finesse
- Fabrica os pilares de silício. Um pedaço de bolacha de silicone 200 µm de espessura duplo-lado-polido (DSP) de padrão em pilares de silício standalone (Figura 2a), usando a fabricação padrão sistema de micro-electro-mecânicas (MEMS) facilita.
Nota: A bolacha padronizada é ligada em outra bolacha de silicone maior usando uma camada fina de fotorresiste. A força de ligação do fotorresiste é forte o suficiente para segurar os pilares na vertical, mas também é fraco o suficiente para desconectar-se de substrato para etapas posteriores. - Prepare a fibra de lead-in. Descascar o re....
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Resultados
Si-FOSP como um termômetro debaixo d'água para criação de perfil thermoclines do oceano
Recente pesquisa oceanográfica demonstrou que o desfoque de imagem subaquática resulta não só de turbidez em águas contaminadas, mas também de microestruturas de temperatura no oceano limpo17,18. O último efeito tem sido o foco de muitos oceanógrafos, com o objetivo de encontrar uma forma eficaz de corrigir as imagens borrad.......
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Discussão
A escolha do tamanho (comprimento e diâmetro) do silício FPI é feita mediante a compensação entre os requisitos da resolução e velocidade. Em geral, um tamanho menor fornece uma velocidade maior, mas também reduz a resolução2. Um comprimento curto é vantajoso para a obtenção de uma maior velocidade, mas não é superior para a obtenção de uma alta resolução devido a FWHM expandida de entalhes da reflexão. Uso de revestimentos HR para reduzir a FWHM pode ajudar a melhorar a resolução, mas que vai lim.......
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Divulgações
Foi emitida uma patente dos EUA (n. º 9995628 B1) para proteger as tecnologias relacionadas.
Agradecimentos
Este trabalho foi apoiado pelo laboratório de pesquisa Naval dos Estados Unidos (n º s. N0017315P0376, N0017315P3755); Estados Unidos escritório de pesquisa Naval (n º s. N000141410139, N000141410456); Departamento de energia dos EUA (n º s. DE-SC0018273, DE-AC02-09CH11466, DE-AC05-00OR22725).
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Materiais
| Nome | Empresa | Número de catálogo | Comentários |
|---|---|---|---|
| loja | 5MDD-ABS-FSCWDM | duplex CWDM | |
| álcool etílico | Koptec | V1001 | |
| monta o diodo láser da borboleta | Tholabs | LM14S2 | |
| CastAway CTD | Yellow Springs Instrument | ||
| CTD | Seabird | SBE 19plus | |
| medidor atual | Nortek | Dispositivo de Aquisição de Dados Vetoriais | |
| National Instruments | NIUSB4366 | ||
| Osciloscópio Digital | RIGOL | DS1204B | 200 MHz 2 GSa/s |
| Diodo Laser | Thorlabs | LM9LP | Comprimento de onda: 632 nm |
| Kit de terminador BNC fixo | Thorlabs | FTK01 | |
| Gerador de Forma de Onda de Função | RIGOL | DG4162 | 160 MHz 500 GSa/s |
| Cutelo de Alta Precisão | Fujikura | CT-32 | |
| Revestimento Dielétrico de Alta Reflexão | Revestimento Evaporado INC (ECI) | Os materiais e a estrutura do revestimento são desconhecidos | |
| Espectrômetro I-MON 512 | Ibsen Ftonics | P/N: 1257110 | |
| InGaAs Detector Polarizado | Tholabs | DET01CFC | saída FC/PC:0-10V; Quantidade: 2 |
| Diodo Laser | Qphotonic | QFLD-405-20S | Comprimento de onda: 405 nm |
| Controlador de Corrente de Diodo Laser | Tholabs | LDC 210C | 1 A e faixa de 100 mA |
| Controlador de temperatura de diodo laser | Tholabs | TEC 200C | Quantidade: 2 |
| Luvas de exame de látex | HCS | ||
| Micro Slides | Corning Incorporated | ||
| Narrow Linewidth DFB Laser | Eblana | EP1550-NLW-B06-100FM | Comprimento de onda: 1550 nm |
| Splicer de fusão de fibra óptica | Sumitomo electric industries, LTD | 3822-2 | |
| Microscópio Óptico e Monitor | Ikegami Tsushinki Company | PM-127 | |
| Analisador de Espectro Óptico | Yokogawa AQ6370C | faixa de comprimento de onda: 600-1700 nm | |
| Máquina Polonesa | ULTRA TEC | 41076 | |
| Íris pós-montáveis | Thorlabs | Quantidade: 2 | |
| Bombas Laser | Gooch e Housego | 0400-0974-SM | Comprimento de onda: 980 nm |
| Si Amplificado Photodetector | Thorlabs | PDA36A | Comprimento de onda: 350-1100 nm |
| Wafer | de silício Espessura do wafer | : 10 µ m, 200 µ m, 75 e micro; m, 40 µ m | |
| Fibra monomodo | Corning | SMF-28 | |
| Fusível de Modo Único Acoplador de Fibra | Thorlabs | Comprimento de onda: 1550 nm | |
| SM 125 interogrator | Micron Optics | ||
| Bomba de aquário submersível | Songlong | SL-403 | |
| Superluminscent LED | Denselight Semiconductors | DL-BP1-1501A faixa de | comprimento de onda: 1510-1590 nm |
| Bomba de seringa | Cole Parmer | 74905-02 | |
| Viagem Estágio de tradução | Thorlabs | LT1 | |
| Cola curável UV | epóxi | PB109077 | |
| UVGL-15 Compact UV Lmap | UVP | P / N: 95-0017-09 | 254/365 nm |
| Atenuadores ópticos variáveis | Tholabs | M-VA / 00016951 P / N: VOA50-APC |
Referências
- 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....
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Reimpressões e permissões
