Name: a silicon-tipped fiber-optic sensing platform with high resolution and fast response
Uploaded: 2019-01-07T14:00:00
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Questo lavoro è stato supportato dalla US Naval Research Laboratory (Nos. N0017315P0376, N0017315P3755); Ufficio degli Stati Uniti di ricerca navale (Nos. N000141410139, N000141410456); US Department of Energy (Nos. DE-SC0018273, DE-AC02-09CH11466, DE-AC05-00OR22725).

1. fabbricazione di sensori Low-Finesse
<ol><li>Fabbricare i pilastri di silicio. Un pezzo di wafer di silicio (DSP) 200-µm di spessore doppio-lato-lucidato del modello in pilastri di silicio standalone (Figura 2a), facilita l'utilizzo di fabbricazione standard del sistema micro-elettro-meccanici (MEMS). Nota: La cialda di fantasia è incollata su un wafer di silicio più grande un altro utilizzando un sottile strato di photoresist. La forza di incollaggio di photoresist è abbastanza ...

<ol>
	<li>Lee, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Review+of+the+present+status+of+optical+fiber+sensors.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-resolution+and+fast-response+fiber-optic+temperature+sensor+using+silicon+Fabry-Perot+cavity.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=SMS+fibre+structure+for+temperature+measurement+using+a+simple+intensity-based+interrogation+system.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+fiber-optic+bolometer+based+on+a+high-finesse+silicon+Fabry-Perot+interferometer.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fast-response+high-temperature+microfiber+coupler+tip+thermometer.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reflective+fiber+optic+temperature+sensor+using+silicon+thin+film.">Reflective fiber optic temperature sensor using silicon thin film.</a> Optical Engineering. 30, 524-528 (1991).</li><li>Kajanto, I., Friberg, A. 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G. D., Iodice, M., Rendina, I., Sarro, P. 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L. P., Hou, W., Han, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+fiber-optic+water+flow+sensor+based+on+laser-heated+silicon+Fabry-Perot+cavity.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Development+of+plasma+bolometers+using+fiber-optic+temperature+sensors.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fringe+visibility+enhanced+extrinsic+Fabry-Perot+interferometer+using+a+graded+index+fiber+collimator.">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://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Ocean sensing and monitoring. , (2013).</li><li>Hou, W., Woods, S., Jarosz, E., Goode, W., Weidemann, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optical+turbulence+on+underwater+image+degration+in+natural+environments.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Impacts+of+underwater+turbulence+on+acoustical+and+optical+signals+and+their+linkage.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantification+of+optical+turbulence+in+the+ocean+and+its+effects+on+beam+propagation.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimental+and+numerical+study+of+underwater+beam+propagation+in+a+Rayleigh-B&#233;nard+turbulence+tank.">Experimental and numerical study of underwater beam propagation in a Rayleigh-B&#233;nard 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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+controlled+laboratory+environment+to+study+EO+signal+degradation+due+to+underwater+turbulence.">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. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fiber-optic+temperature+and+flow+sensor+system+and+methods.">Fiber-optic temperature and flow sensor system and methods.</a> U.S. Patent. , (2018).</li><li>Kallenbach, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Impurity+seeding+for+tokamak+power+exhaust:+from+present+devices+via+ITER+to+DEMO.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Broad-band+efficiency+calibration+of+ITER+bolometer+prototypes+using+Pt+absorbers+on+SiN+membranes.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Development+of+imaging+bolometers+for+magnetic+fusion+reactors.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Self-gauged+fiber-optic+micro-heater+with+an+operation+temperature+above+1000+&#176;C.">Self-gauged fiber-optic micro-heater with an operation temperature above 1000 &#176;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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Unambiguous+peak+recognition+for+a+silicon+Fabry-Perot+interferometric+temperature+sensor.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-resolution,+large+dynamic+range+fiber-optic+thermometer+with+cascaded+Fabry-Perot+cavities.">High-resolution, large dynamic range fiber-optic thermometer with cascaded Fabry-Perot cavities.</a> Optics Letters. 41, 5134-5137 (2016).</li></ol>

La scelta delle dimensioni (lunghezza e diametro) del silicio FPI è fatta sul compromesso tra requisiti sulla risoluzione e velocità. In generale, una dimensione inferiore fornisce una maggiore velocità ma riduce anche la risoluzione2. Una lunghezza corta è vantaggiosa per ottenere una velocità maggiore, ma non è superiore per ottenere una risoluzione elevata dovuto la FWHM espansa delle tacche riflessione. Uso di rivestimenti di HR per ridurre la FWHM può contribuire a migliorare la risolu...

Sensori in fibra ottica (FOSs) hanno rappresentato il fulcro per molti ricercatori grazie alle sue proprietà uniche, come le sue dimensioni ridotte, il suo basso costo, il suo peso leggero e sua immunità alle interferenze elettromagnetiche (EMI)1. Questi FOSs hanno trovato ampie applicazioni in molti settori quali il monitoraggio ambientale, sorveglianza di oceano, esplorazioni petrolifere e processo industriale, tra gli altri. Quando si tratta del rilevamento temperatura-relativa, il FOSs tradizionali non sono superiori in termini di risoluzione e velocità per i casi dove la misurazione di minuto e variazioni di temperatura veloce è auspicabile. Queste limitazioni derivano dalle proprietà ottiche e termiche del materiale silice fusa su cui si basano molte tradizionali FOSs. Da un lato, il coefficiente di termo-ottica (TOC) e il coefficiente di dilatazione termica (TEC) di silice sono 1.28x10-5 RIU / ° C e 5.5x10-7 m/(m·°C), rispettivamente; questi valori conducono ad una sensibilità di temperatura di solo circa 13 pm / ° C intorno alla lunghezza d'onda di 1550 nm. D'altra parte, la diffusività termica, che è una misura della velocità della temperatura cambia in risposta a scambio di energia termica, è solo 1.4x10-6 m2/s per silice; Questo valore non è superiore per migliorare la velocità di FOSs a base di silice.
La piattaforma di rilevamento a fibra ottica (FOSP) riportata in questo articolo si rompe le summenzionate limitazioni basate su silice fusa FOSs. Il nuovo FOSP utilizza silicio cristallino come chiave di materiale, che forma un interferometro di Fabry-Perot di alta qualità (FPI) all'estremità della fibra, qui indicato come FOSP con punta di silicio (Si-FOSP) di rilevamento. La figura 1 Mostra il principio schematico e operativo della testa del sensore, che è il nucleo della Si-FOSP. La testa del sensore consiste essenzialmente di un silicio FPI, cui lo spettro di riflessione dispone di una serie di periodici frange. Interferenza distruttiva si verifica quando l'OPL soddisfa 2nL = Nλ, dove n e L sono l'indice di rifrazione e la lunghezza della cavità di silicio FP, rispettivamente, e N è un intero che rappresenta l'ordine della tacca frangia. Di conseguenza, posizioni delle frange di interferenza sono sensibili ai OPL della cavità di silicio. A seconda delle specifiche applicazioni, il silicio FPI può essere fatto in due tipi: basso-finezza FPI e alta-finezza FPI. La FPI di basso-finezza ha una bassa riflettività per entrambe le estremità della cavità di silicio, mentre la FPI alta-finezza ha un'alta riflettività per entrambe le estremità della cavità di silicio. Il reflectivities delle interfacce silicio-aria e fibra di silicio sono più o meno 30% e 18%, così il solo silicio FPI mostrato in Figura 1a è essenzialmente un basso-finezza FPI. Da uno strato sottile ad alta-riflettività (HR) su entrambe le estremità del rivestimento, un silicio di alta finezza che FPI è formato (Figura 1b). Riflettività del rivestimento HR (dielettrico o oro) può essere alto come il 98%. Per entrambi i tipi di Si-FOSP, n e L aumentare quando la temperatura aumenta. Quindi, monitorando il turno di fringe, la variazione di temperatura può essere dedotto. Si noti che per la stessa quantità di spostamento della lunghezza d'onda, la FPI alta-finezza dà una migliore discriminazione dovuta la tacca di frangia molto più stretta (Figura 1C). Mentre l'alta-finezza Si-FOSP ha una migliore risoluzione, il basso-finezza Si-FOSP ha una gamma dinamica più ampia. Pertanto, la scelta tra queste due versioni dipende dai requisiti di un'applicazione specifica. Inoltre, dovuto la grande differenza in larghezza a metà altezza (FWHM) del basso-finezza e alta-finezza silicio FPIs, i loro metodi di demodulazione del segnale sono diversi. Ad esempio, la FWHM teorica di 1,5 nm è ridotto di circa 50 volte per solo 30 pm quando entrambe le estremità del silicio unico FPI sono rivestite con uno strato di HR di 98%. Pertanto, per il basso-finezza Si-FOSP, uno spettrometro ad alta velocità sarebbe sufficiente per la raccolta dei dati e l'elaborazione, mentre un laser di esame deve essere utilizzato per la demodulazione l'alta-finezza Si-FOSP dovuto la FWHM molto più stretto che non può essere risolto anche dalla spettrometro. I due metodi di demodulazione saranno spiegati nel protocollo.
Il materiale di silicio scelto qui è superiore per il rilevamento della temperatura in termini di risoluzione. Come termine di paragone, il TOC e TEC di silicio sono 1, 5x10-4 RIU / ° C e 2.55x10-6 m/(m∙°C), rispettivamente, che porta ad una sensibilità di temperatura di circa 84,6 pm / ° C, ovvero circa 6,5 volte superiore a quella di tutti a base di silice FOSs2.  Oltre a questa sensibilità molto più alta, abbiamo dimostrato una lunghezza d'onda media inseguimento del metodo per ridurre il livello di rumore e quindi migliorare la risoluzione di un sensore di bassa-finezza, che porta a una risoluzione di temperatura di 6 x 10-4 ° C 2, in confronto per la risoluzione di 0,2 ° C per un tutto a base di silice FOS3. La risoluzione è ulteriormente migliorata per essere 1.2x10-4 ° C per un alto-finezza versione4.  Il materiale di silicio è anche superiore per il rilevamento in termini di velocità. Come termine di paragone, la diffusività termica di silicio è 8.8x10-5 m/s2, che è più di 60 volte superiore a quella di silice2.  Combinato con un ingombro ridotto (ad es., 80 µm di diametro, spessore di 200 µm), il tempo di risposta di 0,51 ms per un silicio che fos è stato dimostrato2, rispetto ai 16 ms di un micro-silice-fibra accoppiatore punta temperatura sensore5.  Anche se qualche ricerca lavoro relativo alla misurazione della temperatura tramite film di silicio molto sottile come il materiale sensibile è stato segnalato da altri gruppi6,7,8,9, nessuno di loro possiede le prestazioni dei nostri sensori in termini di risoluzione o velocità. Ad esempio, il sensore con una risoluzione di solo 0,12 ° C e un tempo di risposta lunghi di 1 s è stato segnalato. 7 che una migliore risoluzione di temperatura di 0,064 ° C è stato segnalato10;  Tuttavia, la velocità è limitata dalla testa del sensore relativamente ingombrante. Ciò che rende le bugie di unico Si-FOSP nel nuovo metodo di fabbricazione e algoritmo di elaborazione dei dati.
Oltre ai vantaggi sopra per il rilevamento della temperatura, Si-FOSP può anche essere sviluppato in una varietà di sensori di temperatura-correlati allo scopo di misurare diversi parametri, quali gas pressione11, aria o acqua flusso12,13 ,14 e radiazione4,15.  Questo articolo presenta una descrizione dettagliata del sensore protocolli di demodulazione di fabbricazione e segnale insieme a tre applicazioni rappresentative e dei loro risultati.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:1056px;" width="1055">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:251px;">200 Proof Pure Ethanol</td>
			<td style="width:213px;">Koptec</td>
			<td style="width:201px;">V1001</td>
			<td style="width:391px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:251px;">5 Channels Duplex CWDM</td>
			<td style="width:213px;">Fiber Store</td>
			<td style="width:201px;">5MDD-ABS-FSCWDM</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:251px;">Butterfly Laser Diode Mounts</td>
			<td style="width:213px;">Tholabs</td>
			<td style="width:201px;">LM14S2</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:251px;">CastAway CTD</td>
			<td style="width:213px;">Yellow Springs Instrument</td>
			<td style="width:201px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:251px;">CTD</td>
			<td style="width:213px;">Seabird</td>
			<td style="width:201px;">SBE 19plus</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:251px;">Current Meter</td>
			<td style="width:213px;">Nortek</td>
			<td style="width:201px;">Vector</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:251px;">Data Acquisition Device</td>
			<td style="width:213px;">National Instruments</td>
			<td style="width:201px;">NIUSB4366</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:251px;">Digital Oscilloscope</td>
			<td style="width:213px;">RIGOL</td>
			<td style="width:201px;">DS1204B</td>
			<td>200 MHz 2 GSa/s</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:251px;">Diode Laser</td>
			<td style="width:213px;">Thorlabs</td>
			<td style="width:201px;">LM9LP</td>
			<td>Wavelength: 632 nm</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:251px;">Fixed BNC Terminator Kit</td>
			<td style="width:213px;">Thorlabs</td>
			<td style="width:201px;">FTK01</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:251px;">Function Waveform Generator&#160;</td>
			<td style="width:213px;">RIGOL</td>
			<td style="width:201px;">DG4162</td>
			<td>160 MHz 500 GSa/s</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:251px;">High Precision Cleaver</td>
			<td style="width:213px;">Fujikura</td>
			<td style="width:201px;">CT-32</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:251px;">High Reflection Dielectric Coating</td>
			<td style="width:213px;">Evaporated Coating INC (ECI)</td>
			<td style="width:201px;"></td>
			<td>Materials and structure of the coating are unknown</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:251px;">I-MON 512 Spectrometer</td>
			<td style="width:213px;">Ibsen Phtonics</td>
			<td style="width:201px;">P/N: 1257110</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:251px;">InGaAs Biased Detector</td>
			<td style="width:213px;">Tholabs</td>
			<td style="width:201px;">DET01CFC</td>
			<td>FC/PC output:0-10V; Quantity: 2</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:22px;width:251px;">Laser Diode</td>
			<td style="width:213px;">Qphotonic</td>
			<td style="width:201px;">QFLD-405-20S</td>
			<td>Wavelength: 405 nm</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:23px;width:251px;">Laser Diode Current Controller</td>
			<td style="width:213px;">Tholabs</td>
			<td style="width:201px;">LDC 210C</td>
			<td>1 A and 100 mA range&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:251px;">Laser Diode Temperature Controller</td>
			<td style="width:213px;">Tholabs</td>
			<td style="width:201px;">TEC 200C</td>
			<td>Quantity: 2</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:251px;">Latex Examination Gloves</td>
			<td style="width:213px;">HCS</td>
			<td style="width:201px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:251px;">Micro Slides</td>
			<td style="width:213px;">Corning Incorporated</td>
			<td style="width:201px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:251px;">Narrow Linewidth DFB Laser</td>
			<td style="width:213px;">Eblana</td>
			<td style="width:201px;">EP1550-NLW-B06-100FM</td>
			<td>Wavelength:1550 nm</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:251px;">Optical Fiber Fusion Splicer</td>
			<td style="width:213px;">Sumitomo electric industries, LTD</td>
			<td style="width:201px;">3822-2</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:251px;">Optical Microscope and Monitor</td>
			<td style="width:213px;">Ikegami Tsushinki Company</td>
			<td style="width:201px;">PM-127</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:251px;">Optical Spectrum Analyzer</td>
			<td style="width:213px;">Yokogawa</td>
			<td style="width:201px;">AQ6370C</td>
			<td>wavelength range: 600-1700 nm</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:251px;">Polish Machine</td>
			<td style="width:213px;">ULTRA TEC</td>
			<td style="width:201px;">41076</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:251px;">Post-mountable Irises</td>
			<td style="width:213px;">Thorlabs</td>
			<td style="width:201px;"></td>
			<td>Quantity: 2</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:251px;">Pump Laser</td>
			<td style="width:213px;">Gooch and Housego</td>
			<td style="width:201px;">0400-0974-SM</td>
			<td>Wavelength: 980 nm</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:251px;">Si Amplified Photodetector</td>
			<td style="width:213px;">Thorlabs</td>
			<td style="width:201px;">PDA36A</td>
			<td>Wavelength: 350-1100 nm</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:251px;">Silicon wafer</td>
			<td style="width:213px;">University Wafer</td>
			<td style="width:201px;"></td>
			<td>thickness: 10 &#181;m, 200 &#181;m, 75 &#181;m, 40 &#181;m</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:251px;">Single mode fiber&#160;</td>
			<td style="width:213px;">Corning</td>
			<td style="width:201px;">SMF-28</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:251px;">Single Mode Fused&#160; Fiber Coupler</td>
			<td style="width:213px;">Thorlabs</td>
			<td style="width:201px;"></td>
			<td>Wavelength: 1550 nm</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:251px;">SM 125 interogrator</td>
			<td style="width:213px;">Micron Optics</td>
			<td style="width:201px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:251px;">Submersible Aquarium Pump</td>
			<td style="width:213px;">Songlong</td>
			<td style="width:201px;">SL-403</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:251px;">Superluminscent LED</td>
			<td style="width:213px;">Denselight Semiconductors</td>
			<td style="width:201px;">DL-BP1-1501A</td>
			<td>wavelength range:1510-1590 nm</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:251px;">Syringe Pump</td>
			<td style="width:213px;">Cole Parmer</td>
			<td style="width:201px;">74905-02</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:251px;">Travel Translation Stage</td>
			<td style="width:213px;">Thorlabs</td>
			<td style="width:201px;">LT1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:251px;">UV curable glue</td>
			<td style="width:213px;">Epoxy Technology</td>
			<td style="width:201px;">PB109077</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:251px;">UVGL-15 Compact UV Lmap</td>
			<td style="width:213px;">UVP</td>
			<td style="width:201px;">P/N:95-0017-09</td>
			<td>254/365 nm</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:251px;">Variable Optical Attenuators</td>
			<td style="width:213px;">Tholabs</td>
			<td style="width:201px;">M-VA/00016951 P/N: VOA50-APC</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

a silicon-tipped fiber-optic sensing platform with high resolution and fast response

In questo articolo, vi presentiamo una piattaforma innovativa e promettente praticamente in fibra ottica telerilevamento (FOSP) che abbiamo proposto e dimostrato di recente. Questo FOSP si basa su un interferometro di Fabry-Perot di silicio (FPI) fissato all'estremità della fibra, denominata Si-FOSP in quest'opera. Il Si-FOSP genera un interferogramma determinata dalla lunghezza del cammino ottico (OPL) della cavità di silicio. Misurando altera l'OPL e così sposta interferogramma. A causa delle proprietà uniche ottiche e termiche del materiale silicio, questo Si-FOSP esibisce una prestazioni vantaggiose in termini di sensibilità e velocità. Inoltre, l'industria di fabbricazione di silicio maturo dota il Si-FOSP con eccellente riproducibilità e a basso costo verso le applicazioni pratiche. A seconda delle specifiche applicazioni, sia una versione bassa-finezza o alta-finezza sarà utilizzata, e due metodi di demodulazione di dati saranno adottati di conseguenza. Protocolli dettagliati per la realizzazione di entrambe le versioni di Si-FOSP saranno forniti. Tre applicazioni rappresentative e dei loro risultati secondo verranno mostrati. Quello primo è un termometro subacqueo di prototipo per profilatura termoclini l'oceano, il secondo è un misuratore di flusso per misurare la velocità di flusso nell'oceano, e l'ultimo è un bolometro utilizzato per il monitoraggio radiazioni di scarico da magneticamente confinato al plasma ad alta temperatura.

Si-FOSP come un termometro subacqueo per profilatura termoclini oceano Ricerca oceanografica recente ha dimostrato che la sfocatura dell'immagine subacquea deriva non solo da torbidità nelle acque contaminate, ma anche dalle microstrutture di temperatura in pulito oceano17,18. L'effetto di quest'ultimo è stato al centro di molti oceanografi, con l'obiettivo di trovare un modo efficace per correggere le immagi...

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

Questo lavoro segnala una punta di silicone fibra ottica rilevamento piattaforma innovativa (Si-FOSP) per la misura ad alta risoluzione e risposta rapida di una varietà di parametri fisici quali la temperatura, flusso e la radiazione. Applicazioni di questo Si-FOSP di calibrazione da ricerca oceanografica, industria meccanica, alla ricerca sull'energia di fusione.

Una piattaforma con punta di silicio di rilevamento in fibra ottica ad alta risoluzione e risposta veloce

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

Questo metodo produce una piattaforma di rilevamento in fibra ottica innovativa e adattabile. Lo sviluppo della piattaforma è stato originariamente guidato dalla des-ign per creare un termometro subacqueo per la caratterizzazione delle turbolenze delle acque oceaniche. I vantaggi di questa piattaforma includono un'elevata sensibilità, una risposta più rapida e piccole dimensioni, insieme all'eccellente producibilità dovuta all'uso delle consolidate tecniche di fabbricazione MEMS.Può essere utilizzato per molte misurazioni relative alla temperatura, come le misurazioni della temperatura per la caratterizzazione della turbolenza, le misurazioni del flusso di liquidi e gas e la radiazione del plasma ad alta temperatura in qualche fusione. Fabbricare il sensore su una panca con uno spettrometro. Il primo passo è fabbricare pilastri di silicio su un wafer di silicio.Questo wafer ha pilastri autonomi pronti per l'uso nei sensori. Una panoramica dei pilastri è in questo schema. Sono modellati da un wafer di silicio lucido a doppio lato dello spessore di 200 micrometri, utilizzando metodi standard di fabbricazione del sistema micro elettromeccanico.Photoresist si trova sulla parte superiore di ogni pilastro e del substrato. Preparare la fibra di piombo togliendo il rivestimento plastico della fibra ottica. Utilizzare un tessuto lente immerso nell'alcol per pulire la sezione spogliata.Portare la fibra pulita in una mannaia in fibra ottica per scinderla. Successivamente, acquisire colla polimerizzabile UV e uno scivolo di vetro. Mettere una piccola goccia di colla polimerizzabile UV sullo scivolo di vetro.Quindi, oscillare manualmente o girare il vetrino per distribuire la colla. La colla sarà in uno strato sottile sulla superficie. Ottenere la fibra di piombo sciccata e premere la faccia finale contro lo scivolo per trasferire la colla.Attaccare l'estremità opposta della fibra a un interrogatore di sensori per monitorare lo spettro di riflessione. Quindi, lavorare con i pilastri di silicio e l'estremità sciccata della fibra. Avere il wafer con i pilastri su una fase di traduzione che si muove nel piano orizzontale.Fissare la fibra a uno stadio lineare che si muove verticalmente. Regola le fasi per allineare la fibra con uno dei pilastri, utilizzando lo spettro di riflessione in tempo reale come feedback. Questo spettro di riflessione è un esempio che suggerisce che l'allineamento è soddisfacente.Posizionare la fibra a contatto con il pilastro per attaccarli, una volta che lo spettro è soddisfacente. Una volta attaccati il pilastro e la fibra, polimeri il legame sotto una lampada UV. Al termine della polimerizzazione, sollevare la fibra con lo stadio di traslazione verticale per staccarla e il pilastro di silicio dal substrato.Ispezionare la testa del sensore al microscopio per esaminarne la geometria. Questo è un tipico sensore fabbricato con successo. Raccogliere i materiali per fabbricare un sensore ad alta finezza.Ciò include frammenti di un wafer di silicio lucido a doppio lato, con uno strato d'oro sputtered su un lato, visto come giallo. L'altro lato ha un rivestimento a specchio dielettrico ad alta riflettività, visto come blu. Successivamente, preparare il piombo collimato in fibra affettando una breve sezione di fibra multi-modalità ad indice graduato con una fibra mono-modalità.Scindere la fibra multi-modalità. Come descritto in questo schema, formare un collimatore di fibre sciccando la fibra multimodale ad indice graduato per essere un quarto del periodo della traiettoria della luce. Ora, su uno scivolo di vetro, posizionare una piccola goccia di colla polimerizzabile UV.Dopo aver assottigliato la colla oscillando manualmente o ruotando il vetrino, premere l'estremità in fibra multimodale ad indice graduato contro lo scivolo per trasferire la colla. Collegare l'altra estremità della fibra a un interrogatore di sensori per monitorare lo spettro di riflessione. Quindi, posizionare un frammento del wafer sulla fase di traduzione orizzontale.Avere il lato dielettrico rivolto verso l'alto. Posizionare la fibra preparata nella fase di traslazione verticale e spostarla verso il frammento per attaccare i due pezzi. Comparativo con il tessuto a bassa finezza accoppiato sensori di fusione a infrarossi, fabbricazione di sensori ad alta finezza, ha un requisito più rigoroso come allineamento ottico della fibra leader con l'elemento silicio.Posizionare la fibra e i frammenti di wafer attaccati, sotto una lampada UV da curare. Questo è un esempio dell'assieme dopo la polimerizzazione, quando è pronto per i passaggi successivi. Prima di procedere, lucidare il frammento in una forma simile a un disco.Esaminare la testa del sensore al microscopio, per assicurarsi che abbia la forma desiderata. Incorporare il dispositivo a bassa finezza completato in un sistema di demodulazione. Il sistema è semplice e coinvolge solo alcuni elementi.Uno spettrometro e un computer. Questa è la configurazione, in forma schematica. C'è una sorgente a banda larga, con uscita, attraverso una fibra ottica.La fibra va alla porta di uno di un circolatore ottico. La fibra ottica dalla porta due del circolatore, viene giunzione alla fibra di piombo, del sensore a bassa finezza. Collegare la porta tre del circolatore a uno spettrometro ad alta velocità.Utilizzare un computer collegato allo spettrometro per l'archiviazione dei dati. Controllare lo spettro del sensore, per assicurarsi che il sistema funzioni correttamente. Questo spettro è tipico.Preparare un sistema di demodulazione con il sensore ad alta finezza. La configurazione è solo leggermente più complicata del sistema di demodulazione a bassa finezza. Nonostante ciò, la configurazione coinvolge ancora solo pochi elementi.Utilizzare un laser di feedback distribuito, collegato a un controller di corrente. Collegare l'uscita laser tramite fibra ottica per portarne uno di un circolatore ottico La fibra dalla porta due del circolatore, viene giunzione al sensore ad alta finezza. Collegare la porta tre del circolatore ottico a un rilevatore di foto.I dati del rilevatore di foto, vanno a un dispositivo di acquisizione dati e in un computer. Controlla lo spettro del sensore, per assicurarti che il sistema funzioni correttamente e produca uno spettro tipico. Un sensore di sistema a bassa finezza, progettato per misurare le termoline in acque aperte, ha raccolto i dati di test sul campo in blu.Le curve rosse e nere sono misure effettuate con strumenti di riferimento attualmente disponibili sul mercato. Uno sguardo più da vicino ai dati, suggerisce che un sistema di sensori a bassa finezza fornisce maggiori dettagli. I dati in rosso provengono da una configurazione del sensore a bassa finezza, come sensore di flusso situato in un serbatoio dell'acqua.I dati in nero provengono da un sensore di flusso commerciale di riferimento. Le due cose sono generalmente d'accordo. Tuttavia, quando l'acqua è calma, il sensore a bassa finezza mostra una risposta molto più chiara.Un sensore ad alta finezza è promettente come un robusto bolometro ad alta risoluzione, per misurare l'emissione di fotoni nei plasma. Questi risultati confrontano il sensore ad alta finezza, con un bolometro resistivo. Tieni presente che un sensore fatto di colla UV di base non è destinato ad applicazioni superiori a 100 gradi Celsius, a causa della ridotta stabilità dell'epossidico ad alte temperature.Il fissaggio della fibra e dell'im-pe-der acida leader con lo splicing a fusione può portare a una piattaforma di sensori di aumento della temperatura di circa 1.000 gradi Celsius;consentendo altre applicazioni entusiasmanti in ambienti ad alta temperatura. Esempi di applicazioni ad alta temperatura includono riscaldatori macro, emettitori a infrarossi e monitoraggio della temperatura in pollici nelle centrali elettriche. Durante l'utilizzo della lampada UV e dei laser, assicurati di indossare un camice da laboratorio e occhiali di sicurezza laser per proteggere la pelle e gli occhi.

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