Summary
Detta arbete rapporterar en innovativ kisel-tippas fiberoptiska fjärranalys plattform (Si-FOSP) för hög upplösning och snabb respons mätning av en mängd fysiska parametrar såsom temperatur, flöde och strålning. Tillämpningar av detta Si-FOSP spänner från oceanografiska forskning, mekanisk industri, till forskning om fusionsenergi.
Abstract
I denna artikel införa vi en innovativa och praktiskt lovande fiberoptiska fjärranalys plattform (FOSP) som vi föreslagit och visade nyligen. Denna FOSP är beroende av en silicon Fabry-Perot interferometer (FPI) fäst vid fiber slutet, kallas Si-FOSP i detta arbete. De Si-FOSP genererar en interferogram som bestäms av den optiska ljuspassagelängden (OPL) av kisel-kaviteten. Mätstorhet förändrar OPL och således skiftar interferogram. På grund av de unika optiska och termiska egenskaperna av silicon material uppvisar detta Si-FOSP en fördelaktiga resultat i fråga om känslighet och hastighet. Dessutom förser mogen silicon tillverkning branschen den Si-FOSP med utmärkt reproducerbarhet och låg kostnad mot praktiska tillämpningar. Beroende på vilka specifika program, antingen en låg-finess eller hög-finess version kommer att utnyttjas, och två olika data demoduleringen metoder kommer att antas med detta. Detaljerade protokoll för fabricera båda versionerna av den Si-FOSP kommer att tillhandahållas. Tre representativa användningsområden och deras enligt resultat visas. Den ena är en prototyp undervattens termometer för profilering ocean temperaturskikt, den andra är en flödesmätare att mäta flöde hastighet i havet, och den sista är en bolometer som används för att övervaka avgaserna strålning från magnetiskt begränsas hög temperatur plasma.
Introduction
Fiberoptiska sensorer (FOSs) har varit i fokus för många forskare på grund av dess unika egenskaper, såsom dess liten storlek, dess låga kostnader, dess lätta vikt och dess immunitet mot elektromagnetiska störningar (EMI)1. Dessa FOSs har hittat breda tillämpningar inom många områden såsom miljöövervakning, ocean övervakning, oljeprospektering och industriell process bland andra. När det kommer till den temperatur-relaterade avkänning, den traditionella FOSs inte är överlägsen när det gäller upplösning och hastighet för de fall där mätning av minut och snabba temperaturvariationer är önskvärt. Dessa begränsningar härrör från optiska och termiska egenskaper av smält kiseldioxid material som bygger på många traditionella FOSs. Å ena sidan är de thermo-optic koefficient (TOC) och värmeutvidgningskoefficient (TEC) av kvarts 1.28x10-5 RIU / ° C 5.5x10-7 m/(m·°C), respektive; dessa värden leda till en temperatur känslighet på endast ca 13 pm / ° C omkring 1550 nm våglängd. Däremot, den termisk diffusivitet, som är ett mått på hastigheten på temperatur förändring i Svaren till termisk energiutbyte, är endast 1.4x10-6 m2/s för kiseldioxid; Detta värde är inte överlägsen för att förbättra hastigheten på kisel-baserade FOSs.
Den fiberoptiska fjärranalys plattform (FOSP) rapporterade i den här artikeln bryter ovanstående begränsningar av smält kiseldioxid-baserade FOSs. Den nya FOSP använder kristallint kisel som nyckeln avkänning material, som utgör en hög kvalitet Fabry-Perot interferometer (FPI) på slutet av fiber, här kallade kisel-tippade FOSP (Si-FOSP). Figur 1 visar schematiskt och operativa principen om sensorn huvudet, som är kärnan i den Si-FOSP. Sensor huvudet består huvudsakligen av en kisel FPI, vars reflektion spektrum ligger en serie av periodiska fransar. Destruktiv interferens uppstår när OPL uppfyller 2nL = Nλ, där n och L är brytningsindex och längd av kisel FP kaviteten, respektive, och N är ett heltal som är ordningen på fringe skåran. Därför är placerar av störningar fransar lyhörda för OPL av kisel-kaviteten. Beroende på vilka specifika program, kisel FPI kan göras i två typer: låg-finess FPI och hög-finess FPI. Låg-finess FPI har en låg reflektivitet för båda ändarna av kisel kaviteten, medan hög-finess FPI har en hög reflexionsförmåga för båda ändarna av kisel-kaviteten. Reflectivities av kisel-air och silicon-fiber gränssnitt är ungefär 30% och 18%, således den enda kiseln FPI visas i figur 1a är i huvudsak en låg-finess FPI. Genom att täcka ett tunt hög-reflektionsförmåga (HR) lager på båda ändar, bildas en hög-finess kisel FPI är (figur 1b). Reflektionsförmåga av HR beläggningen (dielektrisk eller guld) kan vara så hög som 98%. För båda typerna av Si-FOSP ökar både n och L när temperaturen ökar. Således, genom att övervaka fringe skiftet, temperaturvariationen kan härledas. Observera att för samma mängd våglängd Skift, hög-finess FPI ger en bättre diskriminering på grund av den mycket smalare fringe skåran (figur 1 c). Medan den hög-finess Si-FOSP har bättre upplösning, har den låg-finess Si-FOSP ett större dynamiskt omfång. Valet mellan dessa två versioner är därför beroende av kraven i ett visst program. Dessutom på grund av den stora skillnaden i full bredd på halva maximum (FWHM) av låg-finess och hög-finess kisel FPIs är deras signal demoduleringen metoder olika. Till exempel den teoretiska FWHM 1,5 nm reduceras av om 50 gånger till endast 30 pm när båda ändarna av den enda kiseln FPI är belagda med ett 98% HR lager. Därför, för det låg-finess Si-FOSP, en höghastighets spektrometer skulle räcka för datainsamling och bearbetning, medan en scanning laser bör användas till demodulerar den hög-finess Si-FOSP på grund av den mycket smalare FWHM som inte kan matchas väl med den spektrometer. De två demodulering metoderna förklaras i protokollet.
Silicon material valda här är överlägsen för temperaturkännande när det gäller upplösning. Som en jämförelse är av TOC och TEC av kisel 1.5x10-4 RIU / ° C och 2.55x10-6 m/(m∙°C), respektive leder till en temperatur känslighet runt 84,6 pm / ° C som är ungefär 6,5 gånger högre än för alla kiselbaserade FOSs2. Förutom denna mycket högre känslighet, har vi visat en genomsnittlig våglängd spårning metod för att sänka ljudnivån och därmed förbättra upplösning för en låg-finess-sensor, vilket leder till en temperatur upplösning på 6 x 10-4 ° C 2, i jämförelse till resolution av 0,2 ° C för en alla kiseldioxid-baserade FOS3. Upplösningen förbättras ytterligare för att vara 1.2x10-4 ° C för en hög-finess version4. Kisel är också överlägsen för avkänning när det gäller snabbhet. Som en jämförelse är den termisk diffusivitet av kisel 8.8x10-5 m2/s, vilket är mer än 60 gånger högre än för kiseldioxid2. 0,51 ms responstid för en kisel FOS har varit kombinerat med ett litet fotavtryck (t.ex., 80 µm diameter, 200 µm tjocklek), och visat2, i jämförelse med de 16 ms en mikro-silica-fiber koppling tip temperatur sensor5. Även om en del forskning arbete relaterade till temperaturmätning med mycket tunn silicon film som sensing materialet har rapporterats av andra grupper6,7,8,9, ingen av dem besitter utförandet av våra sensorer gäller upplösning eller hastighet. Till exempel sensorn med en upplösning på endast 0,12 ° C och en lång svarstid på 1 s rapporterades. 7 en bättre temperatur upplösning 0,064 ° c har varit rapporterade10; hastigheten begränsas dock av den relativt skrymmande sensorhuvud. Vad gör de Si-FOSP unika lögnerna i ny tillverkning metod och databehandling algoritm.
Förutom ovanstående fördelarna för temperaturkännande, de Si-FOSP kan också utvecklas till en mängd-relaterad sensorer som syftar till att mäta olika parametrar, såsom gas trycket11, luft eller vatten flöde12,13 ,14 , och strålning4,15. Denna artikel presenterar en detaljerad beskrivning av sensorn tillverkning och signal demoduleringen protokoll tillsammans med tre representativa användningsområden och deras resultat.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. tillverkning av låg-finess sensorer
- Fabricera kisel pelarna. Mönster en bit av 200-µm tjock dubbel-sida-polerad (DSP) kisel wafer i fristående kisel pelare (figur 2a), använder standard micro-Elektro-mekaniska system (MEMS) tillverkning underlättar.
Obs: Mönstrade rånet är limmade på en annan större silicon wafer med ett tunt lager av fotoresist. Fotoresist limning kraft är stark nog att hålla pelarna upprätt, men också tillräckligt svag för att lossna från underlaget för senare steg. - Förbereda lead-in fibern. Remsor av plast beläggning av den distala änden av en optisk fiber Singlemode. Rena avskalade avsnittet använda en lins vävnad doppade med alkohol. Cleave rengjorda fibern med en optisk fiber cleaver.
- Applicera ett tunt lager av UV-härdande lim på slutet ansikte av klyvs lead-in fiber (figur 2b). Lägg en liten droppe UV-härdande lim på en glasskiva. Tunna lim skiktet av spin-beläggning eller manuellt svängande glas bilden. Överföra lim skiktet till fiber avsluta genom att trycka på slutet ansiktet av lead-in fiber mot glasskiva.
- Bifoga en silicon pelare till fiber slutet. Rikta in lead-in fibern med en av kisel pelarna, under tiden övervaka i realtid speglar spectrumen av kisel FPI med en spektrometer. Använda en UV-lampa för att bota limmet när en tillfredsställande spektrum observeras (figur 2 c).
Obs: generellt, härdning tar cirka 10 till 15 minuter. - Koppla bort sensorn från substratet. Efter UV lim är helt botade, lyft upp lead-in fiber tillsammans med den kisel pelaren lossnat från underlaget (figur 2d).
Obs: Vissa kvarstående fotoresist är kvar på ovansidan av den kisel pelaren (figur 2e). I de flesta fall påverkar den kvarvarande fotoresist inte funktionen av sensorn. Om det behövs kan fotoresist lagret avlägsnas genom alkohol. - Undersöka den fabricerade sensorhuvud. Använda Mikroskop för att undersöka geometri av chefen fabricerade sensor. En typisk bild av en sensor som framgångsrikt fabricerade ses i figur 2f.
2. tillverkning av hög-finess sensorer
- Belägga båda sidor av en silicon wafer med hög-reflektionsförmåga speglar. Pensla ena sidan av en 75-µm tjock dubbel-sida-polerad kisel wafer med ett 150 nm tjockt guld lager använder en sputtring bestrykningsmaskin och bestryka den andra sidan med en hög-reflektionsförmåga (HR) dielektriska spegel.
Obs: Dielektriska HR beläggningen var gjort av ett utomstående företag; reflektionsförmåga av denna beläggning har testats för att vara inte mindre än 98% av företaget. Dock detaljerad material och struktur av beläggningen är okänd på grund av egenutvecklade skydd av företaget, se Tabell för material för mer information. - Förbereda kollimerad lead-in fibern. Skarva ett kort avsnitt av graderade-index multi-mode fiber (GI-MMF) med en single-mode fiber, och sedan, under en optiska mikroskop, klyva GI-Penningmarknadsfonden med en fjärdedel av den lätta banan inom Penningmarknadsfonden vänster att bilda en fiber kollimator (figur 3a ).
Obs: GI-Penningmarknadsfonden används för att expandera den modala fält diametern så att ett spektrum med en bättre sikt kan erhållas4,16. Längden på GI-Försörjare, som är cirka 250 µm i detta arbete, är exakt en fjärdedel av ray banan. - Fäst en fragmenterad dubbelsidig belagd kisel lead-in fibern. Montera en hög-finess sensorn genom att följa liknande steg för att fästa en silicon pelare till fiber slutet för fabricera låg-finess sensorer (steg 1,3 – 1,5).
Obs: Sidan med dielektriska beläggningen kommer att bifogas det kollimator låta i kommande ljuset (figur 3b, 3 c). I detta fall ersätts den tidigare silicon pelaren med en silicon fragment, som inte var mönstrad. I framtiden, kommer mönstrade kisel rånet vara belagd med hög-reflektionsförmåga speglar, så att sensorerna är mer enhetliga och lättare för tillverkning. Skillnaden i fabrication steg 1,3-1,5 är att en reflektion spectra notch med ordentlig synlighet bör erhållas först innan limmet överfördes till slutet inför kollimator. - Polska oregelbundet formade kisel fragmentet i en rund form med en fiber polering maskin.
- Undersöka den fabricerade sensorhuvud. Använda Mikroskop för att undersöka sensor huvudet för att se till att en önskvärd cirkelform uppnås (figur 3d).
3. signal Demodulation för låg-finess Si-FOSP
Obs: Det system som används för demodulera den låg-finess Si-FOSP visas i figur 4a. Följande detaljerade steg hjälpa ställa in systemet och utföra behandling.
- Anslut en C-band bredband källa för att port 1 av en optisk cirkulationspumpen.
- Skarva port 2 av optiska cirkulationspumpen med lead-in fiber av en låg-finess-sensor.
- Anslut porten 3 av optiska cirkulationspumpen till en höghastighets spektrometer som kommunicerar med en dator för lagring av data.
- Kontrollera spektrumet av sensorn för att kontrollera att systemet fungerar korrekt. Se typisk spektrat visas i figur 4b.
4. signal Demodulation för hög-finess Si-FOSP
Obs: Det system som används för demodulera den hög-finess Si-FOSP visas i figur 5a. Följande detaljerade steg hjälpa ställa in systemet och göra data efterbehandling.
- Svep en avstämbara DFB laser med en nuvarande controller.
Obs: Peak-to-peak svepande spänningen, som varierar för olika lasrar och styrenheter, bör vara tillräckligt stor för att täcka spektrum skåran. - Anslut utgången av avstämbara laser till port 1 av en optisk cirkulationspumpen.
- Skarva port 2 av optiska cirkulationspumpen till en hög-finess-sensor.
- Anslut porten 3 av optiska cirkulationspumpen till en fotodetektor.
- Använd en anordning för förvärv av uppgifter för att läsa utdata från den fotodetektor, som lagras av en dator.
- Kontrollera spektrumet av sensorn för att kontrollera att systemet fungerar korrekt. Se en typisk ram av spektrum visas i Figur 5b. Hitta den dal position med hjälp av en polynom kurva-montering.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Si-FOSP som en undervattens termometer för profilering ocean temperaturskikt
Senaste oceanografiska forskning har visat att suddigheten undervattens Imaging härrör inte bara från grumlighet i förorenade vatten men också från temperatur mikrostrukturer i ren ocean17,18. Den sistnämnda effekten har varit i fokus för många oceanografer, som syftar till att hitta ett effektivt sätt att åtgärda suddiga bilder19, att bättre förstå och förbättra optisk kommunikation i vattnet, samt att utveckla sätt att kvantifiera turbulens i den Ocean20,21. De Si-FOSP används som en temperatursensor har påvisats för att överträffa sin nuvarande motsvarighet för att mäta de snabba temperaturvariationer av vatten turbulens22. I det här programmet används låg-finess sensorn visas i figur 1a tillsammans med demoduleringen signalsystemet i figur 4a . Med tanke på den överlägsna prestandan hos Si-FOSP temperatursensorn, har det utvecklats till en patenterad undervattens instrument23 (figur 6a), som syftar till att karakterisera temperaturskikt av öppet vatten. Detta underavsnitt presenterar resultaten av ett fält testning (figur 6b) på reservoaren Flint Creek i Mississippi, USA.
Figur 6 c visar en uppmätt termoklinzon Flint Creek reservoarens den 13 Septemberth, 2016. Den blå kurvan erhölls av Si-FOSP temperaturgivare, medan de röda och svarta kurvorna erhölls genom två referera kommersiella CTDs (oceanografi instrument för mätning av konduktivitet, temperatur och djup av havsvatten). Självklart håller Si-FOSP temperaturgivare med referens-sensorer, men med mer detaljer i de temperatur strukturer (se infällt figur 6c) som kan ge en massa extra information. De mer informativ insamlade av Si-FOSP temperatursensorn förväntas påverka många grenar av oceanografiska forskning.
Si-FOSP som en stor- dynamiska -sortiment flödesgivare
Mätning av gas eller vätska flöden är avgörande för olika akademiska och industriella sektorer, vilket kan ge viktig information till oceanografi, väder forskning, processreglering, transport och miljöövervakning. Representativa resultat av den Si-FOSP som fungerar som en flödessensor kommer att demonstreras. En låg-finess Si-FOSP används för denna applikation. Eftersom detta flödessensorn behöver avkänning huvudet värmas aktivt av en annan laser, är emellertid det system som används lite annorlunda från den som visades i figur 4a. Specifikt, en extra värme laser används för att aktivera fjärranalys huvudet, och en detaljerad beskrivning av systemet för flödesmätning har varit rapporterade12,13,14.
Figur 7a visar Si-FOSP flödessensorn ligger i en vattentank, med en sida-vid-sida jämförelse till en kommersiella flödessensor. Uppenbarligen, avläsning av fiber sensorn instämm allmänt med det av kommersiella flödessensorn, som visas i figur 7b; dock uppvisar Si-FOSP flödessensorn en mycket tydligare svar när vattnet rinner lugna ner, vilket illustreras av närbild i figur 7b.
Si-FOSP som en EMI- immun BOLOMETER för hög temperatur plasmafysik
Forskare undersöker hög temperatur plasmafysik i Tokamaker försöker konvertera avgaser kraften i magnetisk inneslutning fusionsreaktorer i photon emission att mildra den värmeflödet som träffas på plasma inför komponenter24. Figur 8a visar insidan av en tokamak25. Photon utsläpp mäts vanligtvis genom en bolometer. Medan resistiv och infraröd video bolometers har uppnått en buller likvärdig effekttäthet (NEPD) av 0,2 W/m2 och 0,23 W/m2, respektive i ett laboratorium miljö26,27, är de sårbara för den hårda miljön är associerad med hög temperatur plasma. De Si-FOSP rapporterade i detta arbete står ut som ett lovande alternativ till de befintliga bolometers. För att få en resolution som är så hög som möjligt, ska den hög-finess-versionen som visas i figur 1b användas. Dessutom skiljer sig något från den kanal demoduleringen system som visas i figur 5a, en två-kanals system används för att kompensera för drivan av laser med hjälp av en annan dummy referens4,15.
Figur 8b ger de uppmätta resultaten av en Si-FOSP bolometer i laboratoriemiljö, jämfört med en annan resistiv bolometer. Vår Si-FOSP bolometer har en NEPD av 0,27 W/m2 som ligger nära de av de elektroniska motsvarigheter26,27. Konstaterar att Si-FOSP bolometer har inneboende resistens mot EMI normalt återfinns i hög temperatur plasmafysik, förväntas det att hålla stora löften mot praktiska tillämpningar i tokamaker.
Figur 1: scheman visar låg-finess (a) och hög-finess (b) Si-FOSP. (c) simulerad speglar spektra av två versioner av Si-FOSPs med en 75 µm tjock kisel hålighet. Det minuten skiftet av spektrumet (från fast form till streckad kurva) är mycket bättre diskriminerade av den hög-finess-sensorn. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 2: tillverkning av låg-finess Si-FOSPs. (fall Schematisk fabrikation steg och (f) bild av en fabricerade sensorhuvud jämfört med ett människohår. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 3: tillverkning av högt-finess Si-FOSPs. (c Schematisk fabrikation steg och (d) bild av en fabricerade sensor. Infälld i (d) visar ovanifrån av sensorn huvudet. GI-MMF, graderade-index multi-mode fiber; HR, hög-reflektionsförmåga. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 4: (a) Schematisk system av demoduleringen systemet och (b) en typisk ram reflektion spektrum för en låg-finess Si-FOSP. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 5: (a) Schematisk system av demoduleringen systemet och (b) en typisk ram skannade spektrum för en hög-finess Si-FOSP. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 6: representant resulterar som en undervattens termometer. (a) bild och (b) fältet distribution av instrumentet prototyped sensor. (c) uppmätt språngskikt Flint Creek Reservoir, Mississippi, USA, den 13 Septemberth, 2016. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 7: representant resulterar som en flödesgivare. (a) bild av flödet provning arrangemang och b jämförelse mellan fältet uppmätt flöde av den Si-FOSP och en kommersiell flödesgivare. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 8: representant resulterar som en bolometer för hög temperatur plasmaforskning. (a) bild av det inre hög temperatur plasmor utrymmet en tokamak25 och (b) uppmätt resultat i laboratoriemiljö. Denna siffra är antas och ändras från Wikimedia Commons. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Valet av storlek (längd och diameter) kisel FPI sker vid avvägning mellan krav på upplösning och hastighet. I allmänhet en mindre storlek ger en högre hastighet men minskar också den resolution2. En kort längd är fördelaktigt för att erhålla en högre hastighet, men det är inte överlägsen för att erhålla en hög upplösning på grund av den utökade FWHM av reflektion skårorna. Med HR beläggningar för att minska FWHM kan bidra till att förbättra resolutionen, men det kommer att begränsa det dynamiska omfånget på grund av signal demoduleringen med hjälp av laserskanning. En mindre diameter ökar hastigheten, men diametern bör vara större än modala fält diameter av lead-in fiber så att ett bra spektrum kan uppnås. Det, men finns även att en silicon diameter större än den i fibern hjälper till att förbättra känsligheten för bolometry på grund av minskad överledning värmeförlusten till fiber4. Därför är valet av sensorstorlek starkt beroende av de specifika applikationer.
Även om vi bara visar de mycket grundläggande strukturer, fabrication protokoll och demodulering signalsystem för den Si-FOSP, finns det olika tekniker som kan passa in det i andra program eller ytterligare förbättra prestandan. Istället för att använda UV-härdande lim för att fästa sensorn, kan exempelvis en fusion skarvning teknik tillämpas för att höja den drift temperaturen över 1000 ° C28. Med sådan en hög omgivningstemperatur, kan innovativa typer av fotoniska enheter göras, till exempel mikro-värmare, infraröd sändare och bubbla generatorer. Ett annat exempel är den self-temperatur kompenserad gas tryck avkänning med hjälp av våglängd skillnaden när värme lasern slås på och av11. Dessutom genom utveckling av nya peak erkännande teknik29,30, kan temperaturmätning över utökat dynamiskt omfång realiseras.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Ett amerikanskt patent (No. 9995628 B1) har utfärdats för att skydda de relaterad teknikerna.
Acknowledgments
Detta arbete stöds av US Naval Research Laboratory (Nos. N0017315P0376, N0017315P3755); USA-kontoret av marin forskning (Nos. N000141410139, N000141410456); US Department of Energy (Nos. DE-SC0018273, DE-AC02-09CH11466, DE-AC05-00OR22725).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 200 Proof Pure Ethanol | Koptec | V1001 | |
| 5 Channels Duplex CWDM | Fiber Store | 5MDD-ABS-FSCWDM | |
| Butterfly Laser Diode Mounts | Tholabs | LM14S2 | |
| CastAway CTD | Yellow Springs Instrument | ||
| CTD | Seabird | SBE 19plus | |
| Current Meter | Nortek | Vector | |
| Data Acquisition Device | National Instruments | NIUSB4366 | |
| Digital Oscilloscope | RIGOL | DS1204B | 200 MHz 2 GSa/s |
| Diode Laser | Thorlabs | LM9LP | Wavelength: 632 nm |
| Fixed BNC Terminator Kit | Thorlabs | FTK01 | |
| Function Waveform Generator | RIGOL | DG4162 | 160 MHz 500 GSa/s |
| High Precision Cleaver | Fujikura | CT-32 | |
| High Reflection Dielectric Coating | Evaporated Coating INC (ECI) | Materials and structure of the coating are unknown | |
| I-MON 512 Spectrometer | Ibsen Phtonics | P/N: 1257110 | |
| InGaAs Biased Detector | Tholabs | DET01CFC | FC/PC output:0-10V; Quantity: 2 |
| Laser Diode | Qphotonic | QFLD-405-20S | Wavelength: 405 nm |
| Laser Diode Current Controller | Tholabs | LDC 210C | 1 A and 100 mA range |
| Laser Diode Temperature Controller | Tholabs | TEC 200C | Quantity: 2 |
| Latex Examination Gloves | HCS | ||
| Micro Slides | Corning Incorporated | ||
| Narrow Linewidth DFB Laser | Eblana | EP1550-NLW-B06-100FM | Wavelength:1550 nm |
| Optical Fiber Fusion Splicer | Sumitomo electric industries, LTD | 3822-2 | |
| Optical Microscope and Monitor | Ikegami Tsushinki Company | PM-127 | |
| Optical Spectrum Analyzer | Yokogawa | AQ6370C | wavelength range: 600-1700 nm |
| Polish Machine | ULTRA TEC | 41076 | |
| Post-mountable Irises | Thorlabs | Quantity: 2 | |
| Pump Laser | Gooch and Housego | 0400-0974-SM | Wavelength: 980 nm |
| Si Amplified Photodetector | Thorlabs | PDA36A | Wavelength: 350-1100 nm |
| Silicon wafer | University Wafer | thickness: 10 µm, 200 µm, 75 µm, 40 µm | |
| Single mode fiber | Corning | SMF-28 | |
| Single Mode Fused Fiber Coupler | Thorlabs | Wavelength: 1550 nm | |
| SM 125 interogrator | Micron Optics | ||
| Submersible Aquarium Pump | Songlong | SL-403 | |
| Superluminscent LED | Denselight Semiconductors | DL-BP1-1501A | wavelength range:1510-1590 nm |
| Syringe Pump | Cole Parmer | 74905-02 | |
| Travel Translation Stage | Thorlabs | LT1 | |
| UV curable glue | Epoxy Technology | PB109077 | |
| UVGL-15 Compact UV Lmap | UVP | P/N:95-0017-09 | 254/365 nm |
| Variable Optical Attenuators | Tholabs | M-VA/00016951 P/N: VOA50-APC |
References
- 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. 23, 7237-7247 (2015).
- Hatta, A. M., Rajan, G., Semenova, Y., Farrell, G. SMS fibre structure for temperature measurement using a simple intensity-based interrogation system. Electronics Letters. 45, 1069 (2009).
- Sheng, Q., Liu, G., Reinke, M. L., Han, M. A fiber-optic bolometer based on a high-finesse silicon Fabry-Perot interferometer. Review of Scientific Instruments. , 065002 (2018).
- Ding, M., Wang, P., Brambilla, G. Fast-response high-temperature microfiber coupler tip thermometer. IEEE Photonics Technology Letters. 24, 1209-1211 (2012).
- Berthold, J. W., Reed, S. E., Sarkis, R. G. Reflective fiber optic temperature sensor using silicon thin film. Optical Engineering. 30, 524-528 (1991).
- Kajanto, I., Friberg, A. T. A silicon-based fibre-optic temperature sensor. Journal of Physics E: Scientific Instruments. 21, 652-656 (1988).
- Schultheis, L., Amstutz, H., Kaufmann, M. Fiber-optic temperature sensing with ultrathin silicon etalons. Optics Letters. 13, 782-784 (1988).
- Zhang, S., et al. Temperature characteristics of silicon core optical fiber Fabry-Perot interferometer. Optics Letters. 40, 1362-1365 (2015).
- Cocorullo, G., Corte, F. G. D., Iodice, M., Rendina, I., Sarro, P. M. A temperature all-silicon micro-sensor based on the thermo-optic effect. IEEE Transactions on Electron Devices. 44, 766-774 (1997).
- Liu, G., Han, M. Fiber-optic gas pressure sensing with a laser-heated silicon-based Fabry-Perot interferometer. Optics Letters. 40, 2461-2464 (2015).
- Liu, G., Hou, W., Qiao, W., Han, M. Fast-response fiber-optic anemometer with temperature self-compensation. Optics Express. 23, 13562-13570 (2015).
- Liu, G., Sheng, Q., Hou, W., Han, M. Optical fiber vector flow sensor based on a silicon Fabry-Perot interferometer array. Optics Letters. 41, 4629-4632 (2016).
- Liu, G., Sheng, Q., Geraldo, R. L. P., Hou, W., Han, M. A fiber-optic water flow sensor based on laser-heated silicon Fabry-Perot cavity. Proceedings of SPIE. 9852, 98521B (2016).
- Reinke, M. L., Han, M., Liu, G., Gv Eden, G., Evenblij, R., Haverdings, M. Development of plasma bolometers using fiber-optic temperature sensors. Review of Scientific Instruments. 87, 11E708 (2016).
- Zhang, Y., et al. Fringe visibility enhanced extrinsic Fabry-Perot interferometer using a graded index fiber collimator. IEEE Photonics Journal. 2, 469-481 (2010).
- Hou, W. Ocean sensing and monitoring. , SPIE Press. (2013).
- Hou, W., Woods, S., Jarosz, E., Goode, W., Weidemann, A. Optical turbulence on underwater image degration in natural environments. Applied Optics. 51, 2678-2686 (2012).
- Hou, W., Jarosz, E., Woods, S., Goode, W., Weidemann, A. Impacts of underwater turbulence on acoustical and optical signals and their linkage. Optics Express. 21, 4367-4375 (2013).
- Nootz, G., Jarosz, E., Dalgleish, F. R., Hou, W. Quantification of optical turbulence in the ocean and its effects on beam propagation. Applied Optics. 55, 8813-8820 (2016).
- Nootz, G., Matt, S., Kanaev, A., Judd, K., Hou, W. Experimental and numerical study of underwater beam propagation in a Rayleigh-Bénard turbulence tank. Applied Optics. 56, 6065-6072 (2017).
- Matt, S., et al. A controlled laboratory environment to study EO signal degradation due to underwater turbulence. Proceedings of SPIE. 9459, 94590H (2015).
- Han, M., Liu, G., Hou, W. Fiber-optic temperature and flow sensor system and methods. U.S. Patent. , 9995628 B1 (2018).
- Kallenbach, A., et al. Impurity seeding for tokamak power exhaust: from present devices via ITER to DEMO. Plasma Physics and Controlled Fusion. 55, 124041 (2013).
- Alcator C-Mod. , Available from: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Alcator_C-Mod_Tokamak_Interior.jpg (2018).
- Meister, H., Willmeroth, M., Zhang, D., Gottwald, A., Krumrey, M., Scholze, F. Broad-band efficiency calibration of ITER bolometer prototypes using Pt absorbers on SiN membranes. Review of Scientific Instruments. 84, 123501 (2013).
- Peterson, B. J., et al. Development of imaging bolometers for magnetic fusion reactors. Review of Scientific Instruments. 79, 10E301 (2008).
- Liu, G., Sheng, Q., Dam, D., Hua, J., Hou, W., Han, M. Self-gauged fiber-optic micro-heater with an operation temperature above 1000 °C. Optics Letters. 42, 1412-1415 (2017).
- Liu, G., Hou, W., Han, M. Unambiguous peak recognition for a silicon Fabry-Perot interferometric temperature sensor. Journal of Lightwave Technology. 36, 1970-1978 (2018).
- Liu, G., Sheng, Q., Hou, W., Han, M., High-resolution, High-resolution, large dynamic range fiber-optic thermometer with cascaded Fabry-Perot cavities. Optics Letters. 41, 5134-5137 (2016).
