Photonic thermometer by silicon nitride microring resonator with milli-kelvin self-heating effect

材料科学 温度计 谐振器 氮化硅 低语长廊波浪 光电子学 光子学 光学 氮化物 Q系数 纳米技术 物理 量子力学 图层(电子)
作者
Cheng Zhang,Guoguo Kang,Jin Wang,Shuai Wan,Chun‐Hua Dong,Yijie Pan,Jifeng Qu
出处
期刊:Measurement [Elsevier BV]
卷期号:188: 110494-110494 被引量:20
标识
DOI:10.1016/j.measurement.2021.110494
摘要

Whispering gallery mode (WGM) photonic thermometer had achieved ultra-high sensitivity and resolution. However, while pursuing extremely high quality factor and thereafter high precision, power-induced self-heating within microcavity can bring a significant systematic error. We propose a photonic sensor with less than milli-kelvin self-heating effect utilizing silicon nitride (Si3N4) microring resonator with a loaded quality factor of 4.75 × 105. By investigating thermal broadening transmission spectra under various probing powers, effective absorption coefficient and thermal relaxation constant of the device were obtained where thermo-refractive and Kerr effect were accounted. Self-heating temperature rise was predicted to be mitigated to 245 μK under a proposed measurement condition, and this ultra-low self-heating effect was experimentally proved. The proposed approach can be used to establish metrological standards for photonic thermometry and various sensing applications.
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