摘要:热膨胀是长度计量中导致不确定性的主要原因。NIST 设计了一种基于容器的折射仪,其目标是在测量氦折射率时将不确定度控制在 10 − 6;就环境条件下的折射率而言,精度目标是折射率为 3 × 10 − 11。为了达到这种精度水平,0 的长度。5 m 气室需要在 100 nm 以内。当在 20 ◦ C 下用坐标测量机测量容器长度时,这是可以实现的。但是,折射仪将在水和镓的热力学已知固定点附近运行,分别在 0 ◦ C 和 30 ◦ C 附近。容器由熔融石英玻璃制成,其标称热膨胀系数为 0。4 ( µ m/m)/K。因此,要将尺寸计量的精度扩展到20 ◦ C到水的三相点,需要知道熔融石英玻璃的热膨胀系数在10 (nm/m)/K或2 .5 %的范围内。描述了一种测量熔融石英玻璃热膨胀系数的方法。测量原理是监测法布里-珀罗腔谐振频率随温度变化的变化;法布里-珀罗腔由熔融石英玻璃制成。测量中的标准不确定度小于0 .6 (nm/m)/K,或0 .15 %。性能的限制可以说是反射相移温度依赖性的不确定性,因为薄膜涂层的热光系数和热膨胀系数都无法可靠地知道。但是,其他几个不确定性因素的数量级也相同,因此任何性能改进都需要付出巨大努力。此外,对三个不同样品的测量表明,材料的不均匀性导致熔融石英的有效热膨胀系数存在差异;样品间热膨胀的不均匀性比单个样品的测量不确定度高 17 倍。
光纤波导:光纤的传输特性:衰减。石英玻璃光纤中的材料吸收损耗:固有吸收、外部吸收。线性散射损耗:瑞利散射、米氏散射。非线性散射损耗:受激布里渊散射、受激拉曼散射。光纤弯曲损耗、纤芯和包层损耗。色散:模内色散:材料和波导色散。模间色散:多模阶跃折射率光纤、多模渐变折射率光纤。光纤总色散。光源、接头和连接器:发光二极管 (LED):原理。LED 结构:平面 LED、圆顶 LED、表面发射 LED、边缘发射 LED、超辐射 LED。量子效率和 LED 功率、LED 调制。LED 特性:光输出功率、输出光谱、调制带宽、可靠性。激光二极管:原理、光反馈和激光振荡、激光振荡的阈值条件。激光类型:分布式反馈激光器、单模激光器。
沉积技术 基片厚度密度参考温度 (nm) (g/cm 3 ) (◦ C) 脉冲激光沉积 石英玻璃 120-140 4.88- 5.4 取决于房间 Kim 等人 [1] (PLD) 激光功率、O 2 分压、目标-基片距离 80mJ、10Pa、35mm 时为 4.88(低 VO ) 80mJ、5Pa、35mm 时为 5.39(高 VO ) 等离子增强原子 Si 和蓝宝石 37.8 5.154 80 Yang 等人 [2] 层沉积(PEALD) 2500 W 5.325 250 PEALD Si (100) 10 4.83 100 Li 等人[3] 100 W ≥ 5.5 ≥ 150 电子束蒸发 GaAs 和 Si 95.5 5.152 200-350 Passlack 等人 [4] 4.5-4.8 40 分子束外延 GaAs (001) 85.5 5.30 具有一定结晶性 420-450 Yu 等人 [5] (MBE) 射频磁控溅射 SiO 2 /Si 25 5.32 有 O 2 室溅射 Han 等人 [6] 4.84 无 O 2 (更快的蚀刻速率) 射频磁控溅射 Si 498.9 4.78 室 Liu 等人 [7]
纳米技术和光子学领域的最新进展为开发新一代灵活、便携、多功能和高性能光纤传感器提供了可能性,例如基于有损模式谐振 (LMR) 的传感器。由于其灵活性和相对较高的灵敏度,这种新方法在过去 20 年中应运而生,并发现了许多应用,如折射率 (RI) [ 1 ]、电压 [ 2 ]、pH 值 [ 3 ]、湿度 [ 4 ] 和化学检测 [ 5 , 6 ]。此外,由于 RI 灵敏度高,基于 LMR 效应的无标记生物传感器的研究也已有大量报道 [ 7 , 8 ]。这种光学效应发生在光纤上的薄膜中。然而,必须满足基底(光纤)、薄覆盖层和外部介质的介电常数的特定条件。一般来说,薄膜介电常数的实部必须为正,同时其幅度要高于其虚部和分析物的介电常数 [ 7 ]。因此,要获得 LMR,需要选择合适的光纤覆盖材料。许多薄膜材料沉积在石英玻璃上时可以获得 LMR。这些材料包括半导体和金属氧化物或氮化物(氧化铟镓锌 [9]、氮化硅 [10]、氧化铟锡 (ITO) [11]、掺氟氧化锡 (FTO) [12]、氧化锡 [13]、氧化锌 [9, 14]、氧化铟 [15]、氧化钛 [16],以及氧化铪、氧化锆和氧化钽 [17]、类金刚石碳膜 (DLC) [18] 和各种聚合物 [3])。其中一些材料,例如 ITO [19-21] 和 FTO [12],由于其独特的性能,例如良好的电导率和合适的带隙 [22],已被报道能够在光学和电化学两个领域发挥作用(EC)传感器的询问是可以同时进行的。由于多个
具有良好潜在应用前景的纳米结构无机材料引起了基础和实际方面的广泛研究关注。SiO 2 (二氧化硅) 是最广泛使用的无机材料之一,在微电子 1、2 、微机电系统 3、4 和微光子学 5、6 等领域需要具有纳米级分辨率的制造方法。为了制造具有所需纳米结构的二氧化硅,通常需要复杂的自上而下的图案化工艺,包括热氧化 7 和化学气相沉积 8,然后进行干 9、10 或湿 11、12 蚀刻步骤。虽然已经开发出具有高产量的成熟加工技术,但这些技术涉及使用危险化学品(例如抗蚀剂、显影剂和蚀刻剂)并且需要复杂的制造设备。此外,使用自上而下的制造方法实现纳米分辨率的复杂和/或不对称的三维 (3D) 结构非常具有挑战性。因此,对能够生产具有复杂几何形状和化学变化的 3D 二氧化硅结构的直接纳米制造技术的需求很大。新兴的增材制造 (AM) 技术或使用数字设计的 3D 打印可以通过逐层沉积 13-16 创建精细结构,以生成复杂的结构并简化制造过程。更重要的是,作为一种已得到充分证明的自下而上的技术,据报道 3D 打印可以构造曲线基底 17、非平面表面 18 和曲折的 3D 图案 19,这些超出了传统自上而下的图案化方法的能力。熔融石英玻璃的 AM 是通过对无定形富含二氧化硅的浆料 20 进行立体光刻实现的,分辨率为几十微米。尽管已经制造出具有出色光学和机械性能的明确结构,但商用 3D 打印技术提供的空间分辨率相对较低,限制了它们在微电子、微机电系统和微光子学中的应用。新兴的微数字光处理技术 2