Фотонические термометрии могут помочь в переходе области температурной метрологии от технологии наследия, основанной на сопротивлении, к измерениям на основе частоты. Основным преимуществом этого метода является то, что мы можем использовать достижения в области частотной метрологии, чтобы сделать более точные измерения при изготовлении устройств, которые преодолевают физические ограничения современных технологий, таких как размер и чувствительность к механическим ударам и изменениям окружающей среды. Смысл этого метода распространяется на изменение того, как мы анализируем в Соединенных Штатах и мире.
Ультра стабильный фотонический термометр уменьшит потребность в частых калибровки. Дальнейшее развитие стандартов оптомеханной температуры может поставить стандарт калибровки в руках пользователя, устраняя необходимость в специализированных калибровочные средства. Как правило, люди, новые для этого метода будет бороться, потому что это пересечение двух различных областях, оба из которых имеют свой собственный язык, технологические требования и специализированные протоколы для максимизации результата.
Любой новый пользователь должен научиться адаптироваться и приспосабливаться к иногда конкурирующим требованиям. Для начала очистите пластину SOI, описанную в сопроводительном текстовом протоколе. Пальто с 20 до 50 миллилитров MA-N 2405 отрицательный тон фоторезист.
Закрути его при температуре 4 000 об/мин в течение 60 секунд, а затем перенесите пластину на горячую тарелку и выпекайте при температуре 90 градусов по Цельсию в течение 15 минут. После выпечки, подвергать фоторезистер к шаблону показано здесь с помощью стандартной установки E-лучевой литографии. Затем поместите пластину в решение разработчика MIF 319 и инкубировать его в течение 60 секунд.
Перенесите разработанную пластину в воду и промойте ее еще 60 секунд. Далее выполните ICP RIE etch из 220 нанометров толщиной кремния слоя для удаления незащищенного кремния. Растворите маску сопротивления в чистом ацетоне в течение одного часа, а затем изопропанол промыть.
Затем промыть пластину в течение 60 секунд в деионизированной воде и высушить пластину с помощью азота. Теперь поместите обратно в спин пальто. Депозит один нанометров толщиной защитной полимерной пленки верхний слой на пластине.
Наконец, кости с вафельной глазурью пилы в 20 миллиметров на 20 миллиметров малых и легко обрабатывать чипы. Поместите фотонический чип на шестиосевой ступени и сориентировать чип так, чтобы порты ввода и вывода на чипе были выровнены с массивом V паза. Затем включите вакуумный всасывание через встроенный вакуумный насосный порт на сцене, чтобы удержать чип на месте.
Используйте цифровую камеру верхнего вида, чтобы найти и разместить фотонические устройства, представляющие интерес в центре шестиосевой ступени. Теперь поместите V паз держатель держатель руку близко к чипу и использовать вакуум всасывания через интегрированный порт насосной держать массив на месте. Используя цифровые камеры бокового просмотра в качестве визуальной обратной связи, распоить массив волокна над парой градиентов на чипе и поднять сцену, чтобы довести фотоник чип в пределах 10 микрометров от нижней кромки массива волокна.
Край массива волокна паза V должен быть грубо выровнен в пределах от 50 до 100 микрон точности по отношению к на чипе знаки выравнивания. Эта процедура приводит оптическое волокно в относительной близости от соответствующих градиентных парой. После того, как чип был примерно выровнен, активируйте автоматизированный поиск шестиосевой ступени.
Этот алгоритм ищет максимальную передачу широкополосного света через входные и выходные порты чипа. Это должно занять не более 20 до 30 секунд. Как только оптимальное выравнивание будет достигнуто, проверьте жизнеспособность устройства, прежде чем приступить к склеиванию.
Используя такую программу, как LabVIEW, управление интегрированным модулем на сцене для теплового цикла температуры чипа при записи спектральной реакции. Проанализируйте записанные спектры с лазерного спектрометра, чтобы проверить температурную чувствительность устройства. Медленно опустите массив вниз к поверхности чипа при просмотре цифровой камеры бокового обзора.
Далее, тщательно распоните заполненный эпоксидной смолой шприц в непосредственной близости от края массива волокна, используя другую стадию точности микрона XY. Оказавшись в положении, обойтись одной микро капельки эпоксидной смолы. В то время как эпоксидная затвердевает, периодически запускайте автоматизированную рутину выравнивания, чтобы предотвратить дрейф-индуцированной потери сигнала.
После эпоксидной кислоты лечит, проверить производительность фотонового чипа и свет связи эффективности, записав спектры передачи при различных температурах. Эффективность легкого соединения обычно повышается после процесса склеивания. Используйте около одного миллиграмма тепловой смазки, чтобы термически при паре волоконно-кабального фотонового чипа с небольшим медным цилиндром.
Затем аккуратно опустите чип медного цилиндра вниз стеклянной трубки. Оказавшись в положении, назад заполнить стеклянную трубку с аргоном газа и запечатать его с помощью резиновой пробки. Затем поместите упакованный фотонический термометр в метрологическую температуру сухой хорошо стабильной в пределах одного микро Кельвина.
Используя специально созданную компьютерную программу, установите время заселения на 20-30 минут, количество тепловых циклов как минимум до трех, а размер шага температуры до одного-пяти по Цельсию. Кроме того, установить количество последовательных сканирований, по крайней мере пять и лазерной мощности в нановатт в диапазоне микроватта. Как показано здесь, спектр передачи кольца ресонатора показывает узкое падение передачи, соответствующее резонансному состоянию при каждой температуре.
Резонансная бахрома смещается на более длинные длины волн по мере повышения температуры с 20 по Цельсию до 105 по Цельсию при пяти градусах Цельсия. Наш предварительный анализ теплового велосипедного эксперимента показывает, что вызванные влажностью изменения в эпоксидной смоле, вероятно, являются крупнейшим драйвером гистереза в упакованных фотонических термометрах и что неупакованные устройства не показывают какой-либо значительной гистереза. Кроме того, гистерез в упакованном устройстве можно улучшить с помощью гидрофобной эпоксидной смолы в качестве десикантной стеклянной трубки перед уплотнением более плотного уплотнения вокруг резиновой пробки стеклянного соединения.
При попытке этой процедуры, важно помнить, чтобы свести к минимуму любое химическое загрязнение образцов, таких как влага в упакованной трубке, поскольку это серьезно ухудшит точность измерений. Следуя этой процедуре, другие методы, такие как лазерная блокировка или двухчастотная расческа спектроскопии могут быть выполнены для того, чтобы ответить на дополнительные вопросы о долгосрочной стабильности этих устройств, импульсной нагрузки и характеристики тепловых физических свойств. После своего развития, этот метод проложил путь для исследователей в области метрологии, чтобы исследовать точность метрологии для других физических и химических количеств, таких как давление, вакуум и анализ следов газа во встроенных системах.
Не забывайте, что работа с суровыми химическими веществами в чистой комнате и яркие источники света, такие как лазеры в лаборатории может быть чрезвычайно опасным и меры предосторожности, такие как использование личного защитного оборудования, такие как лазерные очки всегда должны быть приняты при выполнении этой процедуры.
