Caractérisation des anisotropes Leaky mode Modulateurs pour Holovideo

Introduction

La plupart des technologies d'affichage holographique, tels que des valves de lumière pixelated ainsi que des dispositifs MEMS et ondes en vrac modulateurs acousto-optiques, sont trop complexes pour permettre une large participation à leur développement. Modulateurs Pixélisé, en particulier ceux avec des couches filtrantes et des avions dos actifs peuvent nécessiter des dizaines d'étapes de mise en forme pour construire ⁵ et peuvent être limités par fan-out ^6. Plus le nombre de motifs étapes plus la complexité de l' appareil et le resserrement du protocole de fabrication doit être d'obtenir un rendement de l' appareil raisonnable ^7. Bulk-ondes modulateurs acousto-optique ne se prêtent pas à wafer processus basés ^8,9. Anisotropes modulateurs de mode qui fuit, cependant, ne nécessitent que deux étapes patterning pour fabriquer et utiliser des techniques de microfabrication relativement standard ^10,11. L'accessibilité de ces processus permettent à toute institution avec de modestes installations de fabrication à participer à l'élaboration de hvidéo olographe technologie d'affichage ^12.

La simplicité de fabrication du dispositif peut être séduisante, cependant, que le bon fonctionnement des dispositifs dépend fortement des guides d'ondes qui doivent être soigneusement mesurés et ajustés pour obtenir les caractéristiques de l'appareil souhaité. Par exemple, si le guide d' onde est trop profonde, la bande passante opérationnelle du dispositif sera réduit ^13. Si le guide d'onde est trop faible, l'appareil peut ne pas fonctionner pour un éclairage rouge. Si le guide d' ondes est recuite trop longtemps, la forme du profil de profondeur du guide sera déformée, et les transitions rouges, vertes et bleues ne peut pas siéger à côté dans le domaine de fréquence ^14. Dans ce travail, les auteurs présentent les outils et techniques pour effectuer cette caractérisation.

Le modulateur de mode à fuite de protons est constitué d'un guide d' ondes échangé indiffused sur la surface d'un dispositif piézoélectrique, coupe X substrat de niobate de lithium ^15,16. D'un boutdu guide d' ondes est un transducteur interdigité en aluminium, voir la figure 1. La lumière est introduite dans le guide d' ondes en utilisant un agent de couplage du prisme ^17. Le transducteur lance alors ondes acoustiques de surface qui interagissent contralinearly avec la lumière dans le guide d'ondes le long de l'axe y. Cette interaction couple guidée de lumière en un mode à fuite qui fuit hors du guide d' ondes dans la masse du substrat et sort du bord enfin font face ^18,19. Cette interaction tourne également la polarisation de la lumière guidée TE polarisée TM lumière polarisée mode qui fuit. Le motif d'onde acoustique de surface est de l'hologramme, et il est capable de numériser et de mise en forme de la lumière de sortie pour former une image holographique.

Le guide d'onde est créée par échange de protons. Tout d'abord, l'aluminium est déposé sur le substrat. Ensuite, l'aluminium est modelée de photo-lithographie et de gravure pour exposer des régions du substrat pour devenir des canaux de guide d'ondes. L'aluminium restant agit comme un disquemasque. Le substrat est immergé dans un bain d'acide benzoïque qui modifie l'indice de surface dans les régions exposées. Le dispositif est retiré, nettoyé et recuite dans un four à moufle. La profondeur finale du guide d'onde détermine le nombre de transitions de mode qui fuient. La profondeur de guide d'ondes détermine également la fréquence de chacune des transitions guidées à mode pour chaque couleur ^4.

Les transducteurs d'aluminium sont formés par le décollage. Après que les guides d'ondes sont formés, un faisceau d'électrons est filé résist sur le substrat. Un transducteur interdigital est modelée avec un faisceau d'électrons pour former un transducteur à compression d'impulsions conçu pour répondre à la bande chargée de contrôler la couleur dans des dispositifs de guides d'onde 200 MHz. La période des doigts est déterminé par Λƒ = v où Λ est la période de doigt, v est la vitesse du son dans le substrat et, ƒ est la fréquence radio (RF). Le transducteur aura une impédance qui doit être adaptée à 75 ohms pour un fonctionnement efficace ^20.

<p class = "jove_content"> Le guide à l'interaction du mode de fuite se produit à des fréquences différentes pour différentes longueurs d'onde de la lumière d'éclairage et par conséquent la lumière rouge, vert et bleu peut être contrôlé dans le domaine fréquentiel. La forme d'onde acoustique de surface est générée par un signal RF transmis au transducteur interdigité. Le RF du signal d'entrée se traduit à des fréquences spatiales sur la forme d'onde acoustique de surface. Le guide d'onde peut être fabriqué de telle sorte que les signaux basse fréquence contrôlent le balayage angulaire et de l'amplitude de la lumière rouge, tandis que les fréquences moyennes contrôlent la lumière verte et hautes fréquences contrôlent la lumière bleue. Les auteurs ont identifié un ensemble de paramètres de guide d'ondes qui permettent tous trois de ces interactions pour être séparées et adjacentes dans le domaine des fréquences de telle sorte que les trois couleurs peuvent être commandés par un seul signal à 200 MHz qui est la bande passante maximale des unités de traitement de produits graphiques ( GPU).

En faisant correspondre la largeur de bande d'un canal de GPUà celui d'un modulateur de mode qui fuit, le système devient complètement parallèle et hautement évolutive. En ajoutant la bande passante adaptée paires de GPU et de canaux de modulation de mode qui fuient, on peut construire affiche holographiques de taille arbitraire.

Après que le dispositif est créé, il est soigneusement caractérisé pour vérifier que les fréquences pour la transition de mode guidé à leaky sont appropriés pour le contrôle de la fréquence de la couleur. Tout d'abord, l'emplacement des modes guidés sont déterminés par un prisme de couplage du commerce pour confirmer que le guide d'onde a la profondeur appropriée et le bon nombre de modes guidés. Ensuite, après que les dispositifs sont montés et emballés, ils sont placés dans un prisme de couplage personnalisé qui mappe des fréquences d'entrée de la lumière de sortie numérisé. Les données ainsi obtenues donne la réponse d'entrée de fréquence et la réponse de sortie angulaire de la lumière rouge, verte et bleue pour le dispositif à tester. Si l'appareil a été fabriqué correctement, la réponse d'entrée du dispositif sera séparé enla fréquence et la réponse de sortie seront chevauchement dans l'angle. Lorsque cela est confirmé, le dispositif est prêt à être utilisé dans un affichage vidéo holographique.

Les premières mesures ont lieu avant que l'appareil a été emballé. La profondeur de guide d'onde est déterminée par un prisme de couplage commercial. Ceci peut être accompli avec une seule longueur d'onde d'éclairage (typiquement 632 nm rouge) mais les auteurs ont modifié leur prisme coupleur commercial pour lui permettre de recueillir des informations de mode pour la lumière rouge, vert et bleu. Après l'emballage, le dispositif est soumis à une deuxième mesure dans un prisme de couplage sur mesure qui enregistre la lumière de sortie déviée en fonction d'entrée RF. Une description détaillée de ces mesures ci-après. les étapes de fabrication sont également indiquées.

Protocol

1. Préparation initiale

Remarque: Commencez avec une nouvelle coupe X niobate de lithium wafer. Il devrait être de qualité optique, 1 mm d'épaisseur, propre, avec rien déposé sur la surface, les deux parties polies, et le côté supérieur marqués.

1. Au moyen d'un faisceau d'électrons Evaporateur ou machine équivalente à un vide de 50 μTorr, évaporer 200 nm d'aluminium sur la plaquette à 5 Å / s. Pour répliquer les résultats présentés, la position de la constellation de la tranche de 65 cm au-dessus du creuset en aluminium.
2. Spin sur 30 gouttes d'une photo de réserve positive, comme AZ3330, à 3000 tours par minute pendant 60 secondes. Résister à la cuisson douce à 90 ° C pendant 60 secondes. Remarque: Pour obtenir une description détaillée de la mécanique des films de polymère de filage voir le travail par CJ Lawrence ^21.
3. Utilisation du masque approprié, tel que le fichier "Mask 1. échange de protons Mask.dxf" fourni en annexe, exposer la plaquette en utilisant un aligneur de masque avec une ampoule de mercure de 350 W ou son équivalent pendant 10 secondes selon la machine specifications. Faire en sorte que la plaquette est alignée de telle sorte que les guides d'ondes sont parallèles à l'axe des ordonnées.
4. Développer le resist dans un révélateur de résine photosensible positive pour 60 sec. Difficile cuire la plaquette pendant 60 secondes à 110 ° C. Etch loin l'aluminium exposé complètement en immergeant pendant 2 min dans un 1 L solution aluminium etch chauffée à 50 ° C.
   ATTENTION: Aluminium etch est toxique, corrosif et nocif. Voir la fiche signalétique pour la manutention et le stockage de ce produit chimique approprié. Utiliser un équipement de protection individuelle approprié pour l'acide lors de la manipulation de ce produit chimique.
5. Retirez le masque de résine photosensible avec un rinçage de l'acétone, puis par l'alcool isopropylique (IPA).
6. L' utilisation d' un 0,016 dans. Épaisse lame de diamant avec une profondeur d'exposition de 0,165 à. Sur une découpe automatique a vu, couper la tranche en 10 x 15 mm ² dispositifs avec la dimension du long parallèle à l'axe des ordonnées.
   Remarque: La lame ne coupe pas tout le chemin à travers le substrat. Pour séparer chaque appareil, il suffit de souligner chaque coupe faite par la scie de découpage en dés. Chaque 10 x 15 mm ² dispositif sera individuellement à travers les étapes restantes du protocole.

2. échange de protons

1. Placer un dispositif individuel dans un tube à essai avec un petit motif de trous dans le fond pour permettre une interaction entre le dispositif et tous les bains liquides.
2. échangeuse de protons, le dispositif en l'immergeant dans une masse fondue de 1 L 99% d'acide benzoïque pur à 240 ° C. Utiliser un temps d'immersion de 10 min et 10 s afin d'atteindre la profondeur de 0,4504 um cible.
   Remarque: Le temps d'échange de protons d'immersion est déterminée par le coefficient de diffusion, D, pour la fusion des auteurs est actuellement D = 0,2993. Le proton échange en temps d'immersion est calculé en utilisant la relation T = d ² / (4 D). Dans cette équation, T est le temps en heures d'échange, d est la profondeur du guide d'onde en micromètres, et D est le coefficient de diffusion. Pour une description détaillée de la mécanique d'échange de protons voir le travail de JL Jackel ¹5.
3. Retirez le périphérique et laisser refroidir pendant 5 minutes ou jusqu'à ce froid au toucher. Nettoyer tout résidu d'acide benzoïque avec un rinçage de l'acétone puis IPA.

3. Recuit

1. Dispositif Placez dans un tube d'essai régulier et envelopper le tube dans une feuille d'aluminium. Placer le tube dans un four à moufle pendant 45 min à 375 ° C. Retirez le périphérique et laisser refroidir pendant 5 minutes ou jusqu'à ce froid au toucher.

4. Nettoyer

1. Nettoyez le masque d'aluminium de l'appareil à l'aide d'aluminium etch pour environ 2 min à 50 ° C. Nettoyez l'appareil en acide piranha etch pour éliminer les résidus organiques.
   ATTENTION: Acidic piranha etch est toxique, corrosif et nocif. Voir la fiche signalétique pour la manutention et le stockage de ces produits chimiques appropriés. Utiliser un équipement de protection individuelle approprié pour l'acide lors de la manipulation de ces produits chimiques.
2. Rincer l'appareil dans de l'acétone, puis IPA, et sec avec de l'azote comprimé.

5. Mesures Waveguide

1. L'utilisation d'un guide d'onde de l'analyseur mesure les caractéristiques commerciales du proton ont échangé des guides d'ondes.
   Remarque: Un bon appareil aura 2 modes guidés à l'aide d'un laser à 633 nm. La figure 2 montre un exemple de résultats souhaités. Si l'appareil affiche plus de deux modes guidés pour l'éclairage rouge, puis le temps d'échange à l'étape 2.2 devrait être réduit. De même, si l'appareil affiche moins de deux modes guidés le temps d'échange devrait être augmenté.

6. Ajouter Résistez

1. Spin sur 4 gouttes d'un Lift Off Resist (LOR) à 3000 rpm pendant 60 secondes, puis cuire à 200 ° C pendant 1 heure. Retirez et laissez l'appareil refroidir pendant 5 minutes ou jusqu'à ce froid au toucher. Rotation sur 4 gouttes d'un mélange 3: 1 de solution de polyméthacrylate de méthyle (PMMA) et de l'anisole à 3000 tours par minute pendant 60 secondes, puis cuire au four à 150 ° C pendant 15 min.
2. Retirez et laissez l'appareil refroidir pendant 5 minutes ou jusqu'à ce froid au toucher. Essorer 2 gouttes d'un polymère conducteur à 1000 tpm pendant60 sec, puis tourner à 6000 rpm pendant 4 secondes pour éliminer tout excès.

7. Motif

1. Utilisez un microscope électronique amélioré avec un suppresseur de faisceau pour permettre l'écriture ou une machine équivalente pour exposer le dispositif.
   1. Sous un vide de 50 μTorr, exposer la couche conductrice à un faisceau d'électrons avec une dose de surface de 30 uC / ^cm2 qui balaye le motif des transducteurs interdigitaux. Pour reproduire les résultats utilisent un courant de faisceau mesurée de 410 pA.
   2. Ecrire le modèle à partir d'un fichier DXF ou équivalent sur le microscope électronique selon spécifications de la machine.
      Remarque: Pour obtenir une description détaillée du-Beam E procédé de lithographie voir le travail effectué par RE Fontana ^22.

8. Développer

1. Retirer la couche conductrice par le rinçage du dispositif dans un flux continu d'eau déminéralisée pour 5sec. Retirez le PMMA exposée par immersion du dispositif dans 1: 3 solution de isobutyl de méthylel (MIBK) et IPA pendant 45 sec.
   1. Retirer de la solution 1: 3 de MIBK: IPA et rincer avec de l'IPA pendant 5 sec. Sécher l'appareil avec de l'azote comprimé.
2. Répétez les étapes 8.1-8.1.1 que nécessaire pour développer pleinement le PMMA.
   Remarque: Cependant exposer l'appareil à la solution de MIBK: IPA par incréments de 5sec seulement. Le développement complet devrait révéler le DOA sous le PMMA et peut être identifié par une coloration uniforme sur toute la surface développée entouré par des bords nets et des coins.
   Remarque: Au cours du développement du PMMA conduit à petite fonctionnalité éruption et peut effacer complètement les doigts de transducteur interdigitées laissant un seul grand bloc développé. De même, en cours de développement laisse des résidus non uniformes qui diminueront l'efficacité du processus de décollement qui suit.
3. Retirer DOA dans la région exposée par immersion du dispositif dans une solution 1: 1 d'un développeur approprié et de l'eau déminéralisée pendant 25 sec. Retirer de la solution 1: 1 d'un appropriatdéveloppeur e et de l'eau déminéralisée. Rincer à l'IPA pendant 5 sec.
   1. Sec avec de l'azote comprimé. Répétez les étapes 8.3 que nécessaire pour développer pleinement le DOA.
      Remarque: Cependant exposer l'appareil à la solution d'un développeur approprié et de l'eau déminéralisée par incréments de 2 sec seulement. Le développement complet devrait révéler la surface du substrat sous le DOA. Il peut être identifié par une coloration blanc uniforme dans toute la zone développée tout en conservant la netteté des bords et des coins. Le défaut de développer le LOR correctement conduit également aux problèmes discutés dans 8.2.3.1. Voir la figure 3 pour un processus de développement par exemple ROL.
      Note: Le passage à un rapport inférieur d'un développeur approprié à l'eau déminéralisée, comme 1: 2 ou 1: 3 est utile que le dispositif se rapproche de développement complet pour permettre aux traits fins se développer sans souffler le dispositif. Toutefois, il est avantageux de commencer avec ces doses totales que le temps augmente et dépasse le temps optimal dans le déveoper.

9. Dépôt aluminium

1. Au moyen d'un faisceau d'électrons Evaporateur ou machine équivalente à un vide de 50 μTorr, évaporer 200 nm d'aluminium sur la plaquette à 5 Å / s.

10. Décollage aluminium

1. Remplissez un grand plat en verre avec 750 ml d'eau sur une plaque chauffante à 90 ° C. Insérez un tampon en plastique dans le plat d'eau. Dans un petit récipient en verre séparé plonger le dispositif dans une solution de 100 ml de N - méthyl-2-pyrrolidone (NMP).
2. Placer le récipient de solution de NMP contenant le dispositif sur le tampon en plastique assurant que le niveau de l'eau ne dépasse pas la hauteur du récipient de NMP. Couvrir et laisser reposer 3-4 heures ou jusqu'à ce que l'aluminium décollage est terminée. Retirez le dispositif de NMP.
   Remarque: Il est avantageux de nettoyer de grandes sections d'aluminium de l'appareil avant de le retirer du bain NMP. Pour ce faire, à l'aide d'une pipette remplie de NMP pour faire gicler l'un de l'appareilD tomber des autres gros morceaux d'aluminium indésirables.
3. Rincer le dispositif dans l'IPA et sec avec de l'azote comprimé. Sous un microscope, vérifiez que le décollage est terminée. Si l'aluminium résiduel indésirable reste, mouiller le dispositif avec de l'acétone et brosser très doucement avec un tampon de cleanroom revêtu dans de l'acétone pour enlever.
4. Rincer à l'IPA, sec avec de l'azote comprimé, et revérifier sous le microscope. Répétez 10.3 et 10.4 au besoin.

11. Polonais la fin

1. Enduire le dispositif dans un film protecteur, comme une couche de résine photosensible positive. Le dispositif de serrage de telle sorte que l'extrémité avec les capteurs est exposé pour le polissage. En utilisant des procédés de polissage appropriés ^23, lentement polir l'extrémité du dispositif à une rugosité de surface inférieure à 100 nm, de sorte qu'il n'y a pas de défauts de surface interfèrent avec la lumière sortant de l'appareil.
2. Retirez le dispositif de la pince et nettoyez le film protecteur. Si résine photosensible a été utilisé comme film de protection, un généreuxrincer à l'acétone puis IPA retirer. Sécher l'échantillon si nécessaire avec de l'azote comprimé.

12. Monter sur un SFE

1. Si une assemblée est nécessaire pour le conseil d'évasion RF, assembler la carte opto selon ses spécifications.
2. Créer, sur des lames de verre, une plate-forme de montage pour tenir fermement à la fois la RF carte opto et le dispositif. Remarque: La plate - forme de montage est construit en forme de U sur trois lames de verre: un 75 x 50 x 1 mm ³ et deux 75 x 25 x 1 mm ^3.
   1. Placer un cordon généreux de superglue sur la gauche quatrième du grand toboggan. Placer une des lames plus petites sur le cordon de colle de telle sorte que la plus à gauche bord et le bord inférieur sont alignés avec les bords correspondants du grand toboggan.
   2. Appliquer pression ferme et égale à deux diapositives jusqu'à ce que les ensembles superglue, environ 15 secondes. Répétez le processus pour la quatrième droite de la grand toboggan.
3. Monter le dériphérique vers le haut de la plate-forme de montage avec du ruban adhésif double face. Assurez-vous que l'extrémité des saillies de l'appareil l'extrémité de la plate-forme de montage afin que la plate-forme de montage ne pas interférer avec la lumière sortant de l'extrémité du dispositif.
4. Monter le panneau de dérivation RF à la plate-forme de montage afin qu'elle se trouve pas dans la trajectoire du faisceau de la lumière sortant du dispositif. Une façon simple de le faire est d'élever le conseil d'évasion avec une bande épaisse de sorte que le bas de la planche de dérivation est au-dessus du haut de l'appareil.
5. Fil liaison des plaquettes sur le dispositif à leurs emplacements respectifs sur la carte évasion RF. Utilisez une série nH inductance 27 à impédance correspond chaque transducteur aux entrées de la carte en petits groupes.

13. Prism Couplage

1. Sélectionnez un prisme de rutile pour coupler la lumière dans l'appareil. La polarisation de la lumière (Transverse électrique) doit être parallèle à l'axe optique de la forme rutile (axe Z) de l'axe optique X du niobate de lithium coupé.
2. Clean til contact avec des surfaces de l'appareil et le prisme à fond avec de l'IPA. Positionner le prisme de sorte qu'elle soit centrée sur le canal à tester.
3. Appuyer sur le fond du prisme fermement contre la partie supérieure du dispositif par un mécanisme de serrage. Remarque: Ne serrez pas trop la pression excessive va casser le substrat et endommager le prisme de couplage.
4. En cas de succès, d'observer une tache humide apparaîtra.
   Remarque: Une tache humide est une région de réflexion interne totale frustrée à l'interface entre le prisme et l'échantillon. Pour un exemple de couplage du prisme approprié voir la figure 4.

14. Monter dans l'appareil de caractérisation

1. Monter l'appareil sur la plate - forme tournante de l'appareil couleur de caractérisation de division de fréquence pour anisotropes qui fuient des modulateurs de lumière du mode discutés par A. Henrie ^4.
   Note: Un schéma du dispositif de caractérisation est fournie dans la figure 5.

1. Allumez le laser. Pour reproduire les résultats présentés dans cet article l'utilisation 5 V pour 638 nm, 5,5 V pour 532 nm, et 6,5 V pour 445 nm.
2. Atténuer le faisceau jusqu'à ce que l'intensité de la lumière diffusée est confortable à l'œil. Vérifiez la polarisation du laser.
   1. Placer un polarisateur sur le trajet du faisceau après que la plaque demi-onde de sorte qu'il bloque la lumière polarisée horizontalement. Tourner la plaque demi-onde pour atteindre une atténuation maximale de la lumière laser. Retirez le polariseur.
3. Faire pivoter manuellement la plate-forme de telle sorte que l'angle entre le laser et la surface supérieure de l'appareil est réglé sur l'angle d'entrée approprié.
   Remarque: L'angle approprié peut être trouvé dans le tableau 1 en fonction de la longueur d'onde d'essai et le mode désiré.
4. Alignez prisme en utilisant les étapes de translation linéaire lorsque le point focal du laser passe à travers le coin du prisme 90 °. Note: Augmentation sc laserAtter provoquée par l'angle du prisme peut parfois être vu.
   1. À ce stade, la lumière doit être le couplage dans le dispositif qui peut être vérifiée soit par la série caractéristique de la lumière provoquée par la diffusion dans le guide d' ondes ou par les lignes de mode caractéristiques qui sortent de l'extrémité du dispositif ²⁴ (voir figure 6).
      Remarque: Si l'on utilise des lignes de mode pour vérifier l'accouplement, il est utile d'enlever l'appareil d'alimentation de la trajectoire du faisceau. Au lieu d'insérer un objet de diffusion uniforme, comme une feuille de papier blanc, dans le trajet du faisceau.
   2. Si aucun couplage est détecté, tourner lentement l'appareil tout en maintenant le bord de couplage du prisme dans le point focal du laser. Si, après cinq degrés de rotation dans les deux sens pas de couplage peut être détectée, retirez l'appareil de la plate-forme tournante, retirez le prisme et revenir à l'étape 13.
5. Une fois que le couplage est détecté, affiner les étapes de la plate-forme et de traduction linéaire de rotation maxi àMize le couplage de la lumière.

16. Fixer l'entrée RF et Entourez le dispositif

1. Remplacer le compteur de puissance qui a été supprimé lors de l'alignement. Également supprimer tout obstacle à la trajectoire du faisceau utilisé à des fins d'alignement.
2. Fixer l'entrée RF à la carte opto de l'appareil et activer le générateur de signaux RF. Assurez-vous que l'amplificateur est alimenté. Remarque: Pour protéger l'appareil contre l'épuisement professionnel, la puissance électrique du signal atteignant le dispositif ne doit pas dépasser 1 W.
3. Retirer toute atténuation utilisée pour la sécurité lors de l'alignement. Le laser est maintenant aux niveaux de puissance optique utilisés pour les tests. Entourez l'ensemble du système dans une boîte isoler optiquement.

17. Exécutez le programme de test fourni

1. Obtenir un gestionnaire de matériel de laboratoire pour exécuter le dispositif de caractérisation, tels que le AutomatedDeviceCharacterization.vi de fichier LabView fourni en annexe.
2. Insérez tous les paramètres utilisateur dans le sof de testtware sur l'ordinateur de commande. Note: La figure 7 est fourni pour ceux qui utilisent le fichier de contrôle de l' expérience fournie. Il indique avec une boîte jaune les champs qui doivent être mis à jour avant chaque test automatisé est exécuté afin que le programme d'analyse prévu pour fonctionner correctement à l'étape 19.
   1. Pour reproduire les résultats présentés dans cet article utiliser les paramètres d'essai suivants: Fréquence initiale: 100 MHz, fréquence final: 800 MHz, fréquence Étape: 10, Irrégulier Position initiale: 0, Irrégulier Classement final: 25, et position Étape: 1. Marque que la «sortie vers un fichier" bouton est pressé.
3. Exécutez le programme de test.
   Remarque: Le programme prévu entraîne un compteur de puissance le long d'une piste linéaire à des intervalles définis par l'utilisateur. A chaque position du signal d'entrée RF est balayée par un ensemble de fréquences choisies et les mesures de puissance sont faites. Une mesure est également faite avec l'entrée RF à son réglage de fréquence la plus basse et la plus faible puissance de sortie qui a été expérimentally déterminée comme équivalente à aucun signal d'entrée ^4. Ces mesures sont ensuite tracées en temps réel dans un graphique 3D interactif.
   1. Observer les fichiers de sortie quatre: * config.csv décrit l'expérience, * data.csv contient la lecture de la puissance à chaque fréquence, * no_stim.csv contient le bruit de fond de lecture, et * graph.jpeg contient une copie du graphique sur l'utilisateur interface du programme tel qu'il était lorsque le programme a pris fin. Voir Figure 8.
4. Répéter les sections 15-17 pour chaque longueur d' onde et le mode TE1 décrit dans le tableau 1.

18. analyser la fréquence et angulaire des profils de sortie

1. Obtenir un programme d'analyse statistique ou télécharger le code MATLAB CompareWDMmodes.m fourni en annexe.
2. Dans le dossier (où se trouve le programme), créer un sous - dossier, "Numéro de l' échantillon" entrer dans le "Numéro de l' échantillon" dans le programme de test. Le numéro d'échantillon est ledispositif numéro d'identification.
3. Dans ce dossier, "Numéro de l'échantillon," créer trois sous-dossiers. Nommez chaque dossier comme suit, "Numéro de l' échantillon" _ "Color" _M1_ "Transducer". Les noms en "gras et en italique" sont des valeurs inscrites dans le programme de test par l'utilisateur. (Par exemple A16_BLUE_M1_T1, C5_RED_M1_T13 ou D35_GREEN_M1_T18).
4. Dans chaque sous-dossier, copiez les quatre fichiers créés par le logiciel de test qui correspondent à cette longueur d'onde particulière, le mode et transducteur.
5. Ouvrez le programme d'analyse et de modifier les variables définies par l'utilisateur dans la partie supérieure afin de refléter le défini par l'utilisateur des valeurs d'entrée dans le logiciel de test.
   Remarque: Si vous utilisez le programme d' analyse fourni et les valeurs définies par l'utilisateur dans le programme de test sont «Numéro de l' échantillon" = A16, "Guidée Mode" = 1, "Transducer" = 1 le code analytique seraient modifiés pour ce qui suit:
   ; % Variables définies par l'utilisateur
   série = 'A';
   échantillon = 16;
   Modes = [1];
   transducteur = 'T1';
6. Exécutez le programme d'analyse.
   Remarque: Si vous utilisez le code analytique fourni, entre autres choses, il crée un chiffre qui compare la réponse de fréquence normalisée et la sortie angulaire pour la lumière rouge, verte et bleue. Le fichier crée est situé dans le "Numéro de l' échantillon" sous - dossier. Voir la figure 9 un exemple de la sortie.

Representative Results

Les principaux résultats de ce protocole sont supérieurs à la mesure du mode guidé du coupleur à prisme commercial représenté sur la figure 2, la fréquence unique, les données d' entrée brutes / sortie recueillies à partir du coupleur de prisme mesure représentés sur la figure 8 et les courbes multicolores représentés sur la figure 9. Dans les paragraphes qui suivent, nous discutons des informations à une action produite par chacune de ces sorties.

Les informations de mode guidé glanée à partir du prisme coupleur commercial est utilisé, en premier lieu, afin d'établir la profondeur de guide d'ondes, mais le nombre de modes et leur espacement contient d'autres informations utiles concernant le fonctionnement en mode non étanche. Pour le dispositif de mode à fuite à travailler comme prévu, il doit avoir une transition de mode guidé à leaky pour chaque couleur, et l'expérimentation a montré que cela est vrai quand il existe au moins deux modes guidés pour chaque illumination longueur d'onde. Ceci est particulièrement pertinent pour le rouge car il a les modes moins de guidées des trois couleurs d'affichage. L'étape d'échange de protons 2 devrait être augmentée ou diminuée pour vous assurer qu'il existe deux modes rouges. En général, ayant deux modes en rouge indique qu'il ya aussi au moins deux modes en vert et bleu. Appareils optimisés pour multiplexage en fréquence de la couleur ont montré deux modes en rouge, trois modes en vert et quatre modes en bleu. Moins de modes peuvent apparaître pour le vert et le bleu si le temps de recuit est trop long. Si moins que le nombre optimal de modes apparaissent pour la lumière verte et bleue, le temps de recuit à l'étape 3 peut être étendue. recuits long, cependant, permettra également de réduire l'indice effectif des modes guidés.

La sortie brute du coupleur de prisme personnalisé comme le montre la figure 8 donne un bon sens qualitatif pour un certain nombre de paramètres de périphériques importants tels que la bande passante RF, balayage angulaire,linéarité de balayage, la taille du spot, la période des vagues debout et l'efficacité de diffraction approximative. La projection des données sur l'axe des ordonnées donne la réponse en fréquence du dispositif à partir de laquelle on peut lire la fréquence centrale et la largeur de bande approximative de fonctionnement. La projection des données sur l'axe des abscisses donne la durée de la sortie de lumière diffractée. Cette information de position est presque proportionnelle au balayage angulaire de la sortie de l'appareil de sorte que la projection sur cet axe est un bon indicateur du balayage angulaire du dispositif. La pente des données sur le plan XY du graphique nous donne un sens de la linéarité de l'analyse ainsi que la vitesse de balayage avec une fréquence d'entrée. Si l'axe des X est échantillonné avec une résolution suffisamment élevée, puis une coupe transversale le long de l'axe X donnera le profil du faisceau. Si l'axe Y est échantillonné avec une résolution suffisamment élevée, puis la surface des motifs d'ondes stationnaires acoustiques peuvent devenir apparent- si elles sont au premier plan, il peut être bénéfique d'ajouter un absorbeur acoustique à laDispositif pour produire une surface lisse, même scanner. efficacité de diffraction absolu ne se mesure pas, mais lorsque l'on compare un appareil à l'autre, le rapport signal sur bruit est un bon indicateur de l'efficacité relative de diffraction. Ces données brutes fournit une quantité importante d'informations, mais il est pertinent à une seule longueur d'onde d'éclairage.

Pour déterminer si le dispositif est capable de contrôle de la fréquence de la couleur, les données brutes sont traitées pendant plusieurs expériences avec les trois longueurs d' onde pour former des graphiques comme celui de la figure 9. Les X et Y projections d'axe sont d' abord recueillies pour les modes guidés du TE1 pour tous trois couleurs. Ensuite, ces projections sont superposées sur l'angle et la fréquence des axes respectivement pour former une fréquence multicolore et réponse angulaire comme celle montrée. Si la réponse pour chaque couleur est adjacente à la fréquence et le chevauchement de l'angle, le dispositif est approprié pour le contrôle de la fréquence de la couleur.

class = "jove_content" fo: keep-together.within-page = "1"> En utilisant les étapes de caractérisation décrites dans ce travail, on peut à la fois reproduire des dispositifs capables de contrôle de la fréquence de la couleur modifier ainsi que efficacement leur fonction pour répondre aux nouvelles critères d'optimisation tels que l'efficacité de diffraction maximisée, haut rapport signal sur bruit ou une linéarité élevée.

Figure 1:. Leaky mode Modulateur Comme on le voit sur ​​la gauche, la lumière pénètre dans le dispositif à travers un prisme de rutile qui couple de manière évanescente la lumière dans un guide d' onde indiffused sur la surface du substrat. Comme la lumière guidée se propage vers l'extrémité de l'appareil, il rencontre des ondes acoustiques de surface qui outcouple la lumière du guide d'onde et tournent sa polarisation. Le diagramme de dynamique de cette interaction est donnée sur la droite. ge.jpg "target =" _ blank "> S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.

Figure 2:. Exemple de guide d' onde donnée de lumière provenant du laser est couplée dans le prisme. Elle traduit ensuite sur la surface du dispositif et sur un capteur de courant. Quand un mode guidé est présent, au lieu de réfléchir hors du dispositif, la lumière est guidée à travers le substrat et à l'extrémité du dispositif. Ainsi, il est guidé loin du capteur de puissance et un "dip" forte se produit dans la parcelle. Il existe deux modes identifiés dans ce complot. La lecture de la montée en puissance progressivement de gauche à droite peut être expliquée par l'efficacité de transmission en augmentant progressivement à l'air jusqu'à la limite prisme. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.

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Figure 3:. Processus de développement ROL Sample Images de la même zone d'un dispositif tel que le DOA est développé. L'image à l'extrême gauche a été prise au microscope après la première temps de développement de 25 sec. Les images qui suivent sont un échantillon des changements à travers le processus itératif. L'image finale est un gros plan des caractéristiques plus fines sur le dispositif après le développement de DOA pour montrer les bords propres et l'exposition du substrat sous - jacent. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.

Figure 4: un dispositif à couplage Prism monté sur une carte Breakout. A, dispositif complété correctement couplé monté à son breacarte kout. A l'angle approprié, comme dans cette image, la tache humide reflète un arc en ciel de couleur. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.

Figure 5: Caractérisation du diagramme schématique Appareil de base de l'appareil de caractérisation.. Le laser est envoyé à travers une série de composants optiques, avant d'être accouplé au dispositif par l'intermédiaire d'un prisme. Une fois à l'intérieur d'un mode dans les vagues guide d'ondes SAW produites par des transducteurs interdigitaux et un signal RF frapper la lumière dans des modes de fuite qui sortent du dispositif à un angle réglable de fréquence. Un actionneur linéaire entraîne le compteur de puissance à travers une gamme de positions tandis que le générateur de signal passe par une gamme de fréquences créant des graphiques multivariables qui décrivent la contrôlabilité et horsmettre de l'appareil. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.

Figure 6:. Techniques d'identification de bonne couplage lumineux couplage approprié peut être identifié soit par la présence de la raie caractéristique de la lumière provoquée par la diffusion dans le guide d' ondes, comme représenté sur la gauche, ou par les lignes de mode caractéristique de l'extrémité de la appareil, comme indiqué sur la droite. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.

Figure 7:. Interface utilisateur pour LabView Software Testing L'inter utilisateur le visage, y compris toutes les variables définies par l'utilisateur. Articles en boîte en jaune doivent être mis à jour avant chaque test automatisé est exécuté afin que le programme d' analyse afin de fonctionner correctement. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.

Figure 8:. Echantillon Fréquence vs Position Graphique Alors que l'entrée RF et l' emplacement du wattmètre sont numérisés linéairement, le logiciel d'expérimentation construit et affiche ce graphique 3D interactive des données recueillies. À la fin de la vue en cours est enregistrée pour une référence rapide. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.

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Figure 9: Exemple de mode de données Comparaison La réponse en fréquence des trois longueurs d' onde est représentée sur la gauche.. Le dispositif a une largeur de bande de 200 MHz, avec un contrôle individuel pour chaque longueur d'onde. Sur la droite est la réponse de l'angle de sortie pour chaque appareil. Il est bon recouvrement angulaire pour 5-7 °. S'il vous plaît cliquez ici pour voir une version plus grande de cette figure.

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longueur d'ondes	Mode	Angle
638 nm	TE0	23 °
	TE1	28 °
532 nm	TE0	26 °
	TE1	31 °
	TE2	32 °
445 nm	TE0	31 °
	TE1	36 °
	TE2	38 °
	TE3	39 °

Tableau 1:. Excitation mode Paramètres Angle et longueur d' onde pour les paramètres souhaités excitations du mode TE1 pour les dispositifs décrits dans le présent document.

Discussion

La conception de chaque dispositif comporte deux étapes critiques, l'échange et le développement du LOR proton. Des deux, le temps d'échange de protons détermine la profondeur du guide d'onde, ce qui détermine le nombre de transitions guidé vers des fuites de mode, la largeur de bande de fréquence réglable, et chaque paramètre de conception clé pour chaque couleur de la lumière. Deux modes guidés en rouge est souhaitée. Si plus existe alors la bande passante est sacrifiée. Si moins existent alors pas guidé à la transition du mode de fuite est garanti. Suivez la note à l'étape 2.2.1 pour corriger le temps d'échange de protons pour obtenir le résultat souhaité.

le développement de DOA appropriée est requise pour le décollage et la fonction ainsi appropriée des transducteurs interdigités. Il est une étape mieux maîtrisé par l'expérience. Une solution non diluée de développeur va souffler sur les doigts des transducteurs en 7 sec tandis qu'une solution à 50% fera de même dans environ 35 sec. L'heure exacte varie d'un appareil à ce qui crée le besoinmettre au point le dispositif de 25 secondes dans une solution à 50%, suivie par des expositions répétées rapides pour des solutions plus diluées. Si l'éruption se produit le temps de développement de la diminution ou de la concentration de la solution pour obtenir les résultats souhaités.

Dans le processus de caractérisation prisme de couplage et l'alignement sont les étapes critiques. Si l'appareil est mal prisme couplé ou mal aligné pas de lumière va entrer dans le guide d'onde qui rend impossible de mesurer les résultats. L'alignement est mieux réalisée avec de petits ajustements. Les variations de la lumière diffusée peut indiquer l'approche d'une ligne de mode ou de montrer la proximité du transducteur interdigité. L'expérience est le meilleur professeur.

Ce protocole est conçu pour la fabrication d'un seul dispositif. En tant que telle évolutivité est limitée et les petites variations seront présents d'un appareil à. Toutefois, les auteurs poursuivent activement le développement d'un processus de fabrication de plaquettes conduit qui permettra de surmonter ce défi. un autre limitation de ce protocole de caractérisation est le recours à un processus de test actif. Les transducteurs interdigités doivent avoir une grande largeur de bande pour tenir compte des changements dans la profondeur du guide d'ondes et le mode de transitions. Une fois que les fréquences de transition sont déterminées d'un transducteur de bande passante plus étroite peut être conçu. Un bon modèle pour le processus permettrait d'éliminer la nécessité de cette étape. Enfin, le protocole d'essai est pas complètement automatique, nécessitant des ajustements humains entre les changements de longueur d'onde et les périphériques.

Une fois qu'un dispositif montre à la fois un bon recouvrement et de la fréquence angulaire, il est capable d'être utilisé dans des applications telles que l'affichage de la 3D ^1. Ces dispositifs nécessitent seulement 2 étapes de mise en forme pour fabriquer ce qui est une grande amélioration par rapport aux technologies d'affichage commun d'aujourd'hui, tels que les vannes pixelated de lumière, des dispositifs MEMS et ondes en vrac modulateurs acousto-optique. Il est l'espoir des auteurs que l'accès à cette fabrication, de mesure et chprotocole aracterization encouragera une participation plus large à la recherche d'affichage electroholographic.

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
X-Cut Lithium Niobate	Gooch and Housego	99-00630-01	Lithium Niobate 3″ Diameter X-CUT Wafer 1 mm Polish/Polish
Positive Photo Resist 1	EMD Performance Materials	AZ 3330 F Photoresist	Used in the creation of the proton exchange mask
Photoresist Developer	EMD Performance Materials	AZ MIF 300	Develops AZ3330 and LOR 3A
Aluminium	International Advanced Materials	AL13	99.999% pure
Aluminium Etch	Transene	Type A Aluminum Etchant
Benzoic Acid	Sigma Aldrich	109479-500G	99% pure
Acetone	Fisher Chemical	UN1009
IPA	Fisher Chemical	UN1219	99.5% pure isopropyl alcohol
Acidic Piranha etch	Cyantek Corperation	Nanostrip
Under Layer Resist	Micro Chem	LOR 3A	Bottom layer used for liftoff
Positive Photo Resist	Micro Chem	950 PMMA A9	Top layer used for liftoff
Anisole	Micro Chem	A Thinner
Conductive polymer aqueous solution	Mitsubishi Rayon Company	AquaSAVE
MIBK (4-methyl-2-pentanone)	Sigma Aldrich	360511	Develops PMMA
NMP (1-methyl-2-pyrrolidone)	Sigma Aldrich	328634	Used for liftoff
E-beam Evaporator	Denton Vacuum	Integrity 20	Any equivalent equipment would suffice.
Thin Film Spinner	Laurell Technologies Corporation	WS-400A-6NPP-LITE	Any equivalent equipment would suffice.
Mask Aligner	Karl Suss America Inc.	MA 150 CC	Any equivalent equipment would suffice.
Automatic Dicing Saw	Disco Corperation	Disco Dad 320	Any equivalent equipment would suffice.
Muffle Furnace	Thermo Scientific	FB1415M	Any equivalent equipment would suffice.
Electron Microscope	FEI	XL30 ESEM	Any equivalent equipment would suffice.
Dehydration Oven	Lab-Line Instruments	Ultra-Clean 100  (3497M-3)	Any equivalent equipment would suffice.
Hot Plate	Thermo Scientific	SP131325	Any equivalent equipment would suffice.
Polisher	Ultra Tec Mfg., Inc.	Ultrapol End & Edge Polisher	Any equivalent equipment would suffice.
Class IIIb 12 V RBG Lasers: Wavelengths (nm): 638, 532, and 445			Bought second-hand. Probably pulled from a laser projector. Any equivalent equipment would suffice.
Signal Generator	Agilent	8648D	Now found at Keysight. Obsolete. Any equivalent equipment would suffice. Needed Frequency sweep 9 kHz-1,000 MHz.
Signal Amplifier	Mini-Circuits	TB-17	Necessary only to overcome the limitations of the signal generator.
Power Meter Controller	ThorLabs	PM100D	With power meter model S130C. Any equivalent equipment would suffice. Needed sensitivity 500 pW.
Linear Actuator Controller	Newport	ESP7000	With linear actuator model MFN25PP. Any equivalent equipment would suffice. Needs 0.1 mm accuracy.
AutomatedDeviceCharacterization.vi	LabView	Experimental Control Software by BYU	Found in the appendix
CompareWDMmodes.m	MATLab	Analytical Software by BYU	Found in the appendix