Uma plataforma de sensoriamento de fibra óptica com ponta de silicone com alta resolução e resposta rápida

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.

Este método produz uma plataforma inovadora e adaptável de sensoriamento de fibra óptica. O desenvolvimento da plataforma foi originalmente impulsionado pelo des-ign para criar um termômetro subaquático para caracterização de turbulência das águas oceânicas. As vantagens desta plataforma incluem alta sensibilidade, resposta mais rápida e tamanho pequeno, juntamente com a excelente fabricação devido ao uso das técnicas de fabricação mems bem estabelecidas.

Pode ser usado para muitas medidas relacionadas à temperatura, como medições de temperatura para caracterização de turbulência, medições de fluxo de líquido e gás, e a radiação do plasma de alta temperatura em alguma fusão. Forja o sensor em um banco com um espectrômetro. O primeiro passo é fabricar pilares de silício em uma bolacha de silício.

Este wafer tem pilares autônomos prontos para uso em sensores. Uma visão geral dos pilares está neste esquema. Eles são padronizados a partir de um wafer de silício polido de 200 micrômetros, usando métodos padrão de fabricação de sistemas micro-eletromecânicos.

Fotoresist está no topo de cada pilar e do substrato. Prepare a fibra de chumbo tirando o revestimento plástico da fibra óptica. Use um tecido de lente mergulhado em álcool para limpar a seção despojada.

Leve a fibra limpa para um cutelo de fibra óptica para cutusá-la. Em seguida, adquira cola UV curável e um escorregador de vidro. Coloque uma pequena gota da cola UV curável no escorregador de vidro.

Em seguida, balance manualmente ou gire o slide para distribuir a cola. A cola estará em uma camada fina na superfície. Pegue a fibra de chumbo e pressione sua face final contra o slide para transferir a cola.

Conecte a extremidade oposta da fibra a um interrogador de sensores para monitorar o espectro de reflexão. Em seguida, trabalhe com os pilares de silício e a extremidade cortada da fibra. Tenha o wafer com os pilares em um palco de tradução que se move no plano horizontal.

Fixar a fibra em um estágio linear que se move verticalmente. Ajuste os estágios para alinhar a fibra com um dos pilares, ao mesmo tempo em que utiliza o espectro de reflexão em tempo real como feedback. Esse espectro de reflexão é um exemplo de um que sugere que o alinhamento é satisfatório.

Coloque a fibra em contato com o pilar para anexá-las, uma vez que o espectro seja satisfatório. Uma vez que o pilar e a fibra estejam presos, cure a ligação sob uma lâmpada UV. Quando a cura estiver completa, levante a fibra com o estágio de tradução vertical para desprender e o pilar de silício do substrato.

Inspecione a cabeça do sensor sob um microscópio para examinar sua geometria. Este é um sensor típico fabricado com sucesso. Reúna os materiais para fabricar um sensor de alta finesse.

Isso inclui fragmentos de um wafer de silício polido de dois lados, com uma camada de ouro sputtered de um lado, visto como amarelo. O outro lado tem uma alta reflexividade, revestimento de espelho dielétrico, visto como azul. Em seguida, prepare o chumbo colidido em fibra, emendando uma pequena seção de fibra multi-modo de índice classificado com uma fibra de modo único.

Aperte a fibra multi-modo. Como descrito neste esquema, formar um collimador de fibras, cortando a fibra multi-modo de índice classificado para ser um quarto do período da trajetória da luz. Agora, em um escorregador de vidro, coloque uma pequena gota de cola UV curável.

Depois de afinar a cola balançando manualmente ou girando o slide, pressione a extremidade de fibra multi-modo de índice de índice classificado contra o slide para transferir cola. Conecte a outra extremidade da fibra a um interrogador de sensores para monitorar o espectro de reflexão. Em seguida, posicione um fragmento do wafer no estágio de tradução horizontal.

Tenha o lado dielétrico apontando para cima. Coloque a fibra preparada na etapa de tradução vertical e mova-a em direção ao fragmento para fixar as duas peças. Comparativo com o tecido de baixa finesse emparelhado sensores infravermelhos, fabricação de sensores de alta finesse, tem um requisito mais rigoroso como um alinhamento óptico da fibra líder com o elemento silício.

Coloque a fibra e os fragmentos de wafer anexados, sob uma lâmpada UV para curar. Este é um exemplo da montagem após a cura, quando estiver pronta para os próximos passos. Antes de prosseguir, polir o fragmento em uma forma semelhante a um disco.

Examine a cabeça do sensor sob um microscópio, para ter certeza de que ela tem a forma desejada. Incorpore o dispositivo de baixa finesse completo em um sistema de desmodulação. O sistema é direto, e envolve apenas alguns elementos.

Um espectrômetro e um computador. Esta é a configuração, em forma esquemática. Há uma fonte de banda larga, com saída, através de uma fibra óptica.

A fibra vai para a porta de um circulador óptico. A fibra óptica da porta dois do circulador, é emendada à fibra de chumbo,.do sensor de baixa finesse. Conecte a porta três do circulador, a um espectrômetro de alta velocidade.

Use um computador conectado ao espectrômetro para armazenamento de dados. Verifique o espectro do sensor, para ter certeza de que o sistema funciona corretamente. Este espectro é típico.

Prepare um sistema de demodulação com o sensor de alta finesse. A configuração é apenas um pouco mais complicada do que o sistema de demodulação de baixa finessed. Apesar disso, a configuração ainda envolve apenas alguns elementos.

Use um laser de feedback distribuído, conectado a um controlador atual. Conecte a saída a laser via fibra óptica para portar um de um circulador óptico A fibra da porta dois do circulador, é emendada ao sensor de alta finesse. Conecte a porta três do circulador óptico a um detector de fotos.

Dados do detector de fotos, vão para um dispositivo de aquisição de dados, e para um computador. Verifique o espectro do sensor, para ter certeza de que o sistema funciona corretamente, e produz um espectro típico. Um sensor de sistema de baixa finesse, projetado para medir termoclinas em águas abertas, coletou os dados de teste de campo em azul.

As curvas vermelha e preta são medidas feitas com instrumentos de referência atualmente disponíveis no mercado. Uma olhada mais de perto nos dados sugere que um sistema de sensores de baixa finesse fornece mais detalhes. Os dados em vermelho são de uma configuração de sensor de baixa finesse, como um sensor de fluxo situado em um tanque de água.

Os dados em preto são de um sensor de fluxo comercial de referência. Os dois geralmente concordam. No entanto, quando a água está calma, o sensor de baixa finesse exibe uma resposta muito mais clara.

Um sensor de alta finesse é promissor como um bolometro robusto de alta resolução, para medir a emissão de fótons em plasmas. Estes resultados comparam o sensor de alta finesse, com um bolometro resistivo. Tenha em mente que um sensor feito de cola UV base não se destina a aplicações acima de 100 graus Celsius, devido à redução da epóxi em altas temperaturas.

Anexar a fibra líder e im-pe-der ácido com emendas de fusão, pode levar a uma plataforma de sensores de elevação da temperatura de cerca de 1.000 graus Celsius;permitindo outras aplicações emocionantes em ambientes de alta temperatura. Exemplos de aplicações de alta temperatura incluem aquecedores macro, emissores infravermelhos e monitoramento de temperatura em polegadas nas usinas. Ao usar a lâmpada UV e os lasers, certifique-se de que você está usando um jaleco e um óculos de segurança laser para proteger sua pele e olhos.