Introduction
De fleste holografiske skjermteknologier, for eksempel kornete lysventiler samt MEMS enheter og bulk bølge akustooptiske modulatorer, er for komplisert til å tillate for bred deltakelse i deres utvikling. Pixelated modulatorer, spesielt de med filterlag og aktive bak flyene kan kreve flere titalls mønstrings skritt for å bygge fem og kan være begrenset av fan-out 6. Jo større antall av mønstringstrinnene høyere anordningen kompleksitet, og desto tettere fabrikasjonen protokollen må være for å oppnå rimelig anordning utbytte 7. Bulk-bølge akustooptiske modulatorer ikke egner seg til wafer baserte prosesser 8,9. Anisotrope lekk modus modulatorer, men krever bare to mønstrings skritt for å dikte og utnytte relativt standard microfabrication teknikker 10,11. Tilgjengeligheten av disse prosessene gjør det mulig for enhver institusjon med beskjedne produksjonsanlegg til å delta i utviklingen av holographic video skjermteknologi 12.
Enkelheten av enheten fabrikasjon kan være forførende, men som riktig funksjon av enhetene er sterkt avhengig av bølgeledere som må være nøye målt og justert for å oppnå de ønskede maskinkjennetegn. For eksempel, hvis bølgelederen er for dypt, enhetens operative båndbredde vil bli smalere 13. Hvis bølgelederen er for grunt, kan det hende enheten ikke fungerer for rødt lys. Dersom bølgelederen glødes for lenge, vil formen på bølgelederen er dybdeprofilen være forvrengt, og de røde, grønne og blå overganger kan ikke sitte tilstøtende i frekvensplanet 14. I dette arbeidet forfatterne presentere verktøy og teknikker for å utføre denne karakteristikken.
Utett modusmodulator består av en protonutvekslede bølgeleder indiffused på overflaten av et piezoelektrisk, x-snitt litiumniobat substrat 15,16. I den ene endenav bølgelederen er en aluminiumsinterdigital transduser, se figur 1. Lyset føres inn i bølgelederen ved hjelp av et prisme 17 kopler. Svingeren startes så akustiske overflatebølger som reagerer contralinearly med lys i bølgelederen langs y-aksen. Denne interaksjonen par åpent lys inn i et utett modus som lekker ut fra bølgelederen inn i hoveddelen og til slutt kommer ut substratet fra kanten vender 18,19. Denne interaksjonen roterer også polariseringen fra TE polarisert guidet lys til TM polarisert modus lys lekk. Den akustiske overflatebølgemønster er hologrammet, og det er i stand til å skanne og å forme utgangs lys for å danne et holografisk bilde.
Bølgelederen er skapt ved proton-utveksling. Først blir aluminium avsatt på substratet. Da aluminium er mønstret foto-litografisk og etset for å eksponere områder av substratet til å bli bølgelederkanaler. Den gjenværende aluminium virker som et hardtmaske. Substratet er nedsenket i en smelte av benzosyre, som endrer overflateindeksen i de eksponerte områder. Anordningen er fjernet, renset og glødet i en muffelovn. Den endelige dybde av bølgelederen bestemmer antall utette modus overganger. Bølgelederen dybde bestemmer også frekvensen for hver kolonne føre to-modus overganger for hver farge 4.
Aluminiums transdusere er dannet ved oppskytning. Etter at bølgeledere er dannet, en E-stråle motstå er spunnet på substratet. En interdigital transduser er mønstret med en elektronstråle for å danne et kvitret transduser utformet til å reagere på 200 MHz-båndet er ansvarlig for styring av farge i waveguide enheter. Fingeren perioden blir beregnet Λƒ = v der, Λ, er fingeren periode, v, er hastigheten av lyd i underlaget og, ƒ, er radiofrekvens (RF). Svingeren skal ha en impedans som må matches på 75 ohm for effektiv drift 20.
<p class = "jove_content"> Guidet til interaksjonen utett modus opptrer ved forskjellige frekvenser for forskjellige bølgelengder av belysning lys og som et resultat av rødt, grønt og blått lys kan styres i frekvensdomenet. Den akustiske overflatebølgemønsteret generert av et RF-signal som sendes til den interdigital transduser. RF av inngangssignalet oversette til romfrekvenser på den akustiske overflatebølgemønster. Bølgelederen kan være fabrikkert slik at lavfrekvente signaler styre vinkel feie og amplitude på rødt lys, mens middel frekvenser kontrollere grønt lys og høye frekvenser kontrollere blått lys. Forfatterne har identifisert et sett av bølgeleder-parametre som gjør at alle tre av disse interaksjonene til å være atskilt og tilstøtende i frekvensdomenet, slik som kan styres alle tre farger med en enkelt 200 MHz signal som er den maksimale båndbredden av råvaregrafikkprosesseringsenheter ( GPU).Ved å tilpasse båndbredden til en GPU kanalsom i en lekk modusmodulator, blir systemet fullt ut parallelt og svært skalerbar. Ved å legge til båndbredde matchet par av GPUer og lekk modusmodulator kanaler, kan en konstruere holografiske skjermer av vilkårlig størrelse.
Etter at apparatet er opprettet, blir den forsiktig karakteriseres for å verifisere at frekvensene for styrt til lekk-modus overgang er passende for frekvensstyring av farge. For det første er plasseringen av de ledede modi bestemmes ved en kommersiell prisme kopler for å bekrefte at bølgelederen har den riktige dybde og riktig antall ledede modi. Så, etter at enhetene er montert og pakket, plasseres de i en tilpasset prisme kopling som kartinngangs frekvenser av skannede lys. Den resulterende data gir frekvensinngang respons og vinkel utgang respons for rødt, grønt og blått lys for enheten som skal testes. Hvis enheten har blitt fabrikkert riktig, vil enheten innspill respons skilles ifrekvensen og utgangsresponsen vil være overlappende i vinkel. Når dette er bekreftet, er enheten klar til bruk i en holografisk video-skjerm.
De første målingene skje før enheten er pakket. Bølgelederen dybde bestemmes ved en kommersiell prisme kobler. Dette kan oppnås med bare en belysning bølgelengde (vanligvis 632 nm rødt), men forfatterne har endret sin kommersielle prisme kopler for å tillate det å samle modusinformasjon for rødt, grønt og blått lys. Etter pakking, gjennomgår anordningen en andre måling i en tilpasset prisme kopler som registrerer avbøyde utgang lys som en funksjon av inngangs RF. En detaljert beskrivelse av disse målingene følger. Fabrikasjon trinnene er også gitt.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Initial Forberedelser
Merk: Begynn med en ny X-cut litiumniobat wafer. Det bør være optisk grad, 1 mm tykk, ren, uten at noe avsatt på overflaten, på begge sider polert, og oversiden er merket.
- Ved hjelp av en elektronstråle Fordamper eller tilsvarende maskin på et vakuum på 50 μTorr, fordampe 200 nm av aluminium på wafer ved 5 Å / sek. For å gjenskape de presenterte resultater, plasser wafer konstellasjonen 65 cm over aluminium smeltedigel.
- Spin på 30 dråper av et positivt bilde motstå, slik som AZ3330, ved 3000 opm i 60 sek. Softbake resisten ved 90 ° C i 60 sek. Merk: For en detaljert beskrivelse av mekanikken spinner polymerfilmer se arbeidet med CJ Lawrence 21.
- Ved hjelp av riktig maske, slik som "Mask 1. Proton Exchange-Mask.dxf" filen som følger i vedlegget, eksponere wafer bruke en maske aligner med en 350 W kvikksølv pære eller tilsvarende i 10 sek pr maskin specifications. Sørge for at skiven er innrettet slik at bølgelederne er parallelle med y-aksen.
- Utvikle motstå i en positiv fotoresist utvikler for 60 sek. Hard bake skiven i 60 sek ved 110 ° C. Etse bort den eksponerte aluminium fullstendig ved å nedsenke det i 2 minutter i en 1-liters oppløsning aluminium etch oppvarmet til 50 ° C.
FORSIKTIG: Aluminium etch er giftig, etsende og skadelig. Se HMS-datablad for riktig håndtering og lagring av dette kjemikaliet. Bruk riktig personlig verneutstyr for syre ved håndtering av dette stoffet. - Fjern fotoresistmaske med en skyll aceton etterfulgt av isopropylalkohol (IPA).
- Ved hjelp av en 0,016 i. Tykk diamantskive med en eksponering dybde på 0,165 i. På en automatisk oppdeling sag, skjæres skiven inn i 10 x 15 mm 2 enheter med den lange dimensjon parallell med y-aksen.
Merk: Bladet vil ikke kuttes hele veien gjennom substratet. For å skille hver enhet er det bare understreke hvert kutt gjort av dicing sag. Hver 10 x 15 mm 2 enheten vil individuelt gå gjennom resten av trinnene i protokollen.
2. Proton Exchange-
- Plassere en enkelt enhet i et reagensrør med et lite hull bakken inn i bunnen for å tillate interaksjonen mellom enheten og alle flytende bad.
- Proton bytte anordningen ved å dyppe det i en 1-liters smelte av 99% ren benzosyre ved 240 ° C. Bruke en nedsenking tid av 10 min og 10 sek, for å oppnå målet dybde på 0,4504 um.
Merk: proton exchange nedsenkingstid er diktert av diffusjonskoeffisienten, D, som for forfatternes smelte er for tiden D = 0,2993. Proton exchange nedsenkingstid er beregnet ut fra forholdet T = d 2 / (4 D). I denne ligningen, T er den tid i timer utveksling, d er bølgelederdybde i mikron, og D er diffusjonskoeffisienten. For en detaljert beskrivelse av mekanikerne av proton exchange se arbeidet ved JL Jackel 15. - Fjern enheten og la den avkjøles i 5 minutter eller til kjølig å ta på. Rens av eventuelle benzosyre rester med en skylling av aceton deretter IPA.
3. anneal
- Plasser enheten på en vanlig reagensrør og pakk røret inn i aluminiumsfolie. Plasser røret på en muffelovn i 45 minutter ved 375 ° C. Fjern enheten og la den avkjøles i 5 minutter eller til kjølig å ta på.
4. Rengjør
- Rengjør aluminium maske fra enheten ved hjelp av aluminium etse for omtrent to minutter ved 50 ° C. Rengjør enheten i surt piraja etch å fjerne eventuelle organiske rester.
FORSIKTIG: Surt piranha etch er giftig, etsende og skadelig. Se HMS-datablad for riktig håndtering og lagring av disse kjemikaliene. Bruk riktig personlig verneutstyr for syre ved håndtering av disse kjemikaliene. - Skyll enheten i aceton, deretter IPA, og tørk med komprimert nitrogen.
5. Bølgeleder Målinger
- Ved hjelp av en hvilken som helst kommersiell bølgelederen analysator måler egenskapene til protonutvekslede bølgelederen.
Merk: En god enhet vil ha 2 guidede modusene ved hjelp av en 633 nm laser. Se Figur 2 for et eksempel på ønskede resultater. Hvis enheten viser mer enn to ledede modi for rødt lys da utvekslingen tid i trinn 2.2 bør reduseres. Likeledes hvis enheten viser mindre enn to ledede modi utveksling tid bør økes.
6. Legg Motstå
- Spin på 4 dråper av en Lift Off Resist (LOR) ved 3000 rpm i 60 sek og deretter stek ved 200 ° C i 1 time. Ta ut og la enheten avkjøles i 5 min eller til kjølig å ta på. Spin på 4 dråper av en 3: 1 løsning av polymetylmetakrylat (PMMA) og anisol ved 3000 rpm i 60 sekunder og deretter stek ved 150 ° C i 15 min.
- Ta ut og la enheten avkjøles i 5 min eller til kjølig å ta på. Spin på 2 dråper av en ledende polymer på 1000 rpm for60 sek, og deretter rotere ved 6000 rpm i 4 sekunder for å fjerne overflødig.
7. mønster
- Bruk et elektronmikroskop forbedret med en bjelke Blanker å muliggjøre skriftlig eller tilsvarende maskin for å eksponere enheten.
- Under et vakuum på 50 μTorr, eksponere det ledende sjiktet til en elektronstråle med et område dose på 30 mikrochipen / cm 2 som skanner mønsteret av de interdigitale transdusere. For å gjenskape resultatene bruke en målt strålestrøm på 410 pA.
- Skriv mønsteret fra en dxf eller tilsvarende fil på elektronmikroskop som per maskin spesifikasjonene.
Merk: For en detaljert beskrivelse av E-Beam litografi prosess se arbeidet som gjøres av RE Fontana 22.
8. Utvikle
- Fjern det ledende lag ved å skylle den i en kontinuerlig strøm av avionisert vann i 5 sek. Fjern den eksponerte PMMA ved å dyppe enheten i 1: 3 oppløsning av metyl isobutyl keton (MIBK) og IPA i 45 sek.
- Fjerne fra 1: 3 oppløsning av MIBK: IPA og skyll med IPA i 5 sek. Tørk enheten med komprimert nitrogen.
- Gjenta trinn 8.1-8.1.1 som er nødvendig for å fullt utvikle PMMA.
Merk: Men utsett enheten for løsningen av MIBK: IPA i trinn på bare 5 sek. Komplett utvikling bør avsløre LOR under PMMA og kan identifiseres ved jevn farge over hele den industrialiserte område omgitt av skarpe kanter og hjørner.
Merk: Over utvikling av PMMA fører til liten funksjon utblåsning og kan helt slette inter svinger fingrene forlater en eneste stor utviklet blokk. Likeledes under utvikling etterlater ikke-uniforme rester som vil redusere effektiviteten av liftoff prosessen som følger. - Fjern LOR i eksponert område ved å dyppe innretningen i en 1: 1 løsning av en passende fremkaller og avionisert vann i 25 sek. Fjerne fra 1: 1 oppløsning av et appropriate utvikler og avionisert vann. Skyll med IPA i 5 sek.
- Tørk med komprimert nitrogen. Gjenta trinn 8.3 som er nødvendig for å fullt utvikle LOR.
Merk: Men utsett enheten for løsningen av en passende utbygger og avionisert vann i 2 sek intervaller bare. Komplett utvikling bør avsløre overflaten av underlaget under LOR. Det kan identifiseres ved ensartet hvit farge i hele den industrialiserte området og samtidig opprettholde skarpe kanter og hjørner. Unnlatelse av å utvikle LOR ordentlig også fører til problemene som er omtalt i 8.2.3.1. Se figur 3 for et eksempel LOR utviklingsprosessen.
Merk: Bytte til en lavere ratio av en passende utvikler til avsaltet vann, slik som 1: 2 eller 1: 3 er nyttig som enheten nærmer komplett utvikling slik at de fine funksjoner for å utvikle seg uten å blåse ut enheten. Imidlertid er det ikke fordelaktig å starte med disse dosene som totaltiden øker og overskrider den optimale tid i utvikloper.
- Tørk med komprimert nitrogen. Gjenta trinn 8.3 som er nødvendig for å fullt utvikle LOR.
9. Depositum Aluminum
- Ved hjelp av en elektronstråle Fordamper eller tilsvarende maskin på et vakuum på 50 μTorr, fordampe 200 nm av aluminium på wafer ved 5 Å / sek.
10. Liftoff Aluminum
- Fyll et stort glassfat med 750 ml vann på en varm plate på 90 ° C. Sett en plast buffer i vannet parabolen. I en separat liten glassbeholder senk enheten i en 100 ml oppløsning av N-metyl-2-pyrrolidon (NMP).
- Plasser beholderen av NMP-løsning som inneholder enheten på plastikk-buffer som sikrer at vannstanden ikke overstiger høyden av beholderen i NMP. Dekk til og la sitte 3-4 timer eller til aluminium oppskytning er fullført. Fjern enheten fra NMP.
Merk: Det er en fordel å rense bort store deler av aluminium fra enheten før du fjerner den fra NMP badekaret. Gjør dette ved å bruke en pipette fylt med NMP å sprute enheten end kutte ut eventuelle gjenværende store biter av uønsket aluminium. - Skyll enheten i IPA og tørk med komprimert nitrogen. Under et mikroskop, må du kontrollere at oppskytning er fullført. Hvis uønsket rest aluminium forblir, våt enheten med aceton og veldig forsiktig børste med et renrom pinne belagt i aceton for å fjerne.
- Skyll i IPA og tørk med komprimert nitrogen, og sjekker under mikroskop. Gjenta 10,3 og 10,4 etter behov.
11. polsk End
- Coat enheten i en beskyttende film som et lag med positiv fotoresist. Klem enheten slik at enden med transdusere blir utsatt for polering. Under anvendelse av passende polering prosedyrer 23, langsomt polere den ende av anordningen til en overflateruhet på mindre enn 100 nm, slik at ingen overflatedefekter interfererer med lyset som kommer ut av enheten.
- Fjern enheten fra klemmen og vaske av beskyttelsesfilmen. Hvis fotoresist ble brukt som en beskyttende film, en generøsskyll i aceton og deretter IPA vil fjerne den. Tørk prøven som er nødvendig for med komprimert nitrogen.
12. Monter på en Breakout Board
- Hvis noen montering er nødvendig for RF avslapnings styret, montere avslapnings styret i henhold til spesifikasjonene.
- Bygg, ut av glassplater, til en monteringsplattform hold fast både RF avslapnings styret og enheten. Merk: monteringsplattform er bygget i en U form av tre glassplater: en 75 x 50 x 1 mm 3 og to 75 x 25 x 1 mm 3.
- Plasser en sjenerøs perle av superlim over lengst til venstre fjerdedel av det store raset. Plasser en av de mindre glir over perle av superlim, slik at ytterste venstre kant og nedre kant på linje med de tilsvarende kanter på det store raset.
- Påfør fast og likt trykk til de to lysbilder inntil superlim sett, ca 15 sek. Gjenta prosessen for den lengst til høyre fjerdedel av den store glide.
- Monter device til toppen av monteringsplattform med dobbeltsidig tape. Pass på at enden av enheten overheng slutten av monteringsplattform slik at fundamentet ikke forstyrrer lys spennende slutten av enheten.
- Monter RF brekke brettet til monteringsplattformen, slik at det ikke er i strålegangen av lyset som kommer ut av enheten. En enkel måte å gjøre dette på, er å heve den brekke brettet med tykke bånd, slik at undersiden av brettet er brekke over toppen av enheten.
- Wire obligasjon putene på enheten til sine respektive steder på RF avslapnings styret. Bruk en 27 nH serie spole til impedanstilpasse hver transduser til avslapnings styret innganger.
13. Prism Coupling
- Velg en rutil prisme til par lys inn i enheten. Polarisasjonen av lys (Transverse Electric) bør være parallell med den optiske aksen til rutil den optiske akse (Z-aksen) på X-snitt litiumniobat.
- ren than kontakt overflater av både enheten og prismet grundig med IPA. Plasser prisme slik at den er sentrert på den kanalen som skal testes.
- Trykk i bunnen av prismet fast mot toppen av enheten med en klemmemekanisme. Merk: Ikke stram så stort trykk vil sprekke underlaget og skade koplingen prisme.
- Hvis de lykkes, observere en våt flekk vises.
Merk: En våt flekk er en region av frustrert total indre refleksjon ved grensesnittet mellom prismet og prøven. For et eksempel på riktig prisme kopling se figur 4.
14. Monter i Karakterisering Apparatus
- Monter enheten på roterende plattform for Frequency divisjon farge karakterisering apparat for anisotrope lekk modus lysmodulatorene diskutert av A. Henrie 4.
Merk: En skjematisk av Characterization Apparat tilføres i figur 5.
- Slå på laseren. For å gjenskape resultatene presentert i denne papirbruk 5 V for 638 nm, 5,5 V for 532 nm, og 6,5 V for 445 nm.
- Svekke strålen inntil intensiteten av det spredte lys er behagelig for øyet. Kontroller laseren polarisering.
- Plasser en polarisator i strålingsbanen etter den halve bølgeplate, slik at den blokkerer horisontalt polarisert lys. Rotere halvbølgeplate for å oppnå maksimal dempning av laserlyset. Fjern polarisator.
- rotere manuelt plattformen, slik at vinkelen mellom laseren og den øvre overflaten av innretningen er satt i riktig inngang vinkel.
Merk: Den riktige vinkel kan finnes i Tabell 1 i henhold til det ønskede test bølgelengde og modus. - Rett prisme ved hjelp av lineære oversettings stadier når det sentrale punktet i laseren passerer gjennom 90 ° hjørne av prisme. Merk: Økt laser scAtter forårsaket av hjørnet av prisme kan noen ganger bli sett.
- På dette punkt bør være lett å koble inn i anordningen som kan kontrolleres enten ved den karakteristiske strek av lys som skyldes spredning i bølgelederen eller ved de karakteristiske modus linjene som kommer ut av enden av anordningen 24 (se figur 6).
Merk: Hvis du bruker modus linjer for å bekrefte koblingen, er det nyttig å ta ut strømmåleren fra strålebanen. I stedet sette inn et jevnt spredende objekt, for eksempel et ark av hvitt papir, i strålegangen. - Hvis ingen kobling blir oppdaget, sakte rotere enheten samtidig opprettholde koblingen kanten av prisme i det sentrale punktet i laseren. Hvis du etter fem grader rotasjon i begge retninger ingen kobling kan oppdages, fjerner du enheten fra roterende plattform, fjern prisme og gå tilbake til trinn 13.
- På dette punkt bør være lett å koble inn i anordningen som kan kontrolleres enten ved den karakteristiske strek av lys som skyldes spredning i bølgelederen eller ved de karakteristiske modus linjene som kommer ut av enden av anordningen 24 (se figur 6).
- Når koblingen er oppdaget, finjustere rotasjons plattform og lineær oversettings etapper til Maximere koblingen av lyset.
16. Fest RF-inngang og vedlegge Enhets
- Bytt strømmåleren som ble fjernet under justering. Også fjerne eventuelle hindringer for å strålebanen som brukes til justering formål.
- Fest RF-inngang til enheten avslapnings styret og slå på RF-signal generator. Pass på at forsterkeren er slått. Merk: For å beskytte enheten fra utbrenthet, bør den elektriske kraften av signalet når enheten ikke overstige 1 W.
- Fjern eventuell demping brukes for sikkerheten under justering. Laseren er nå på den optiske effektnivåer som brukes til testing. Legg ved hele systemet i en optisk isolere boksen.
17. Kjør Forut Testing Program
- Skaff en laboratorieutstyr leder å kjøre karakterisering enhet, for eksempel en LabView fil AutomatedDeviceCharacterization.vi gitt i vedlegget.
- Sett alle brukerparametre inn i testingen software på mikroprosessoren. Merk: Figur 7 leveres for de som bruker den medfølgende eksperimentet kontroll fil. Det indikerer med en gul boks feltene som må oppdateres før hver automatisert test kjøres for at gitt analyseprogram for å kjøre skikkelig i trinn 19.
- For å gjenskape resultatene presentert i denne artikkelen bruke følgende test parametere: Initial Frekvens: 100 MHz, Slutt Frekvens: 800 MHz, frekvenstrinn: 10, Rough utgangsposisjon: 0, Rough Endelig plassering: 25, og plassering Trinn: 1. Make at "Output til fil" knappen trykkes.
- Kjør testprogrammet.
Merk: Den oppgitte Programmet driver en kraftmåler langs en lineær spor på brukerdefinerte intervaller. Ved hver posisjon RF-inngangssignalet blir blåst gjennom et sett av valgte frekvenser og effektmålinger er tatt opp. En måling er også laget med RF-inngang på sitt laveste frekvensinnstilling og laveste utgangseffekt som har vært forsøksly bestemmes som tilsvarer ingen inngangssignal 4. Disse målingene blir deretter grafisk i sanntid i et 3D interaktiv diagram.- Observer de fire utgang filer: * config.csv beskriver forsøket, * data.csv inneholder strømavlesningen ved hver frekvens, * no_stim.csv inneholder bakgrunnsstøy lesing, og * graph.jpeg inneholder en kopi av grafen på brukerens grensesnittet i programmet som den var da programmet ble avsluttet. Se figur 8.
- Gjentatte seksjoner 15-17 for hver bølgelengde, og TE1 modus som er beskrevet i tabell 1.
18. Analyser Frekvens og vinkelutskriftsprofiler
- Skaff en statistisk analyse program eller laste ned CompareWDMmodes.m Matlab kode gitt i vedlegget.
- I mappen (der programmet ligger), opprette en undermappe, "Sample Number" inn i "Sample Number" inn i testprogrammet. Prøven tall erenhet identifikasjonsnummer.
- I denne mappen "Sample Number", opprette tre undermapper. Navn hver mappe som følger, "Sample Number" _ "Color" _M1_ "Svinger". Navnene i "fet og kursiv" er verdier inngått uttestingen av brukeren. (F.eks A16_BLUE_M1_T1, C5_RED_M1_T13, eller D35_GREEN_M1_T18).
- I hver undermappe, kopierer de fire filer som er opprettet ved testing programvare som samsvarer med den aktuelle bølgelengde, modus og svinger.
- Åpne analyseprogram og endre brukerdefinerte variabler øverst for å reflektere den brukerdefinerte verdier innspill til testing av programvare.
Merk: Hvis du bruker den medfølgende analyseprogram og brukerdefinerte verdier i testprogrammet er "Sample Number" = A16, "Guidet Mode" = 1, vil "Svinger" = en analysekoden endres til følgende:
; % Brukerdefinerte variabler
Serie = 'A';
sample = 16;
moduser = [1];
svinger = 'T1'; - Kjør analyseprogram.
Merk: Hvis du bruker den medfølgende analytiske koden, blant annet det skaper en figur som sammenligner den normaliserte frekvensrespons og vinkel utgang for rødt, grønt og blått lys. Filen det skaper er plassert i "Sample Number" undermappe. Se figur 9 for et eksempel på utgangen.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
De prinsipielle Resultatene av protokollen ovenfor er den ledede modus målingen fra den kommersielle prismet kopleren vist på figur 2, den eneste frekvens, rå inngangs / utgangs-data som er samlet fra den tilpassede prismet kopleren vist i figur 8, og de flerfarget kurvene vist i figur 9. i de følgende avsnitt diskuterer vi praktisk informasjon produsert av hver av disse utgangene.
Den ledede modus informasjon hentet fra det kommersielle prismekobling brukes først og fremst for å etablere bølgelederen dybde, men antall moduser og deres avstand inneholde annen nyttig informasjon som er relevant til lekk-modus drift. For lekk modus enheten til å fungere som den skal, må den ha en guidet til lekk modus overgang for hver farge, og eksperimentering har vist at dette er sant når det eksisterer minst to ledede modi for hver Illuminasjon bølgelengde. Dette er spesielt relevant for rødt som den har færrest guidede moduser av de tre vise farger. Proton exchange trinn 2 bør økes eller reduseres for å sikre at det er to røde moduser. Generelt har to modi i rødt indikerer at det også i det minste to modi i grønt og blått. Enheter som er optimalisert for frequency division multiplexing av farge har vist to moduser i rødt, tre moduser i grønt og fire moduser i blått. Færre moduser kan vises for grønt og blått hvis gløding tiden er for lang. Dersom færre enn det optimale antall moduser vises for grønt og blått lys, så gløding tid i trinn 3 kan trenge å bli forlenget. Lange utglødninger, men vil også redusere den effektive indeks av de ledede modusene.
Den rå Utgangen fra den tilpassede prisme kopleren som vist på figur 8 gir en god kvalitativ forstand for en rekke viktige enhetsparametere slik som RF-båndbredde, vinkel sveip,scan linearitet, spot størrelse, stående bølgeperiode og omtrentlig diffraksjonseffektivitet. Projeksjonen av dataene på Y-aksen gir frekvensresponsen til innretningen som vi kan lese midtfrekvensen og den omtrentlige båndbredden av drift. Projeksjonen av dataene på X-aksen gir span av diffracted lysutbytte. Denne posisjonsinformasjon som er nesten proporsjonal med vinkel feie av utgangs enheten slik at fremspringet på denne aksen er en god indikator av vinkel sveip av anordningen. Skråningen av dataene på XY planet av grafen gir oss en følelse av linearitet av skanningen samt frekvensen av skanningen med inngangsfrekvensen. Hvis X-aksen er samplet med tilstrekkelig høy oppløsning, deretter et tverrsnitt langs X-aksen vil gi stråleprofilen. Dersom Y-aksen er samplet med tilstrekkelig høy oppløsning, deretter akustiske overflate stående bølgemønstre kan bli apparent- hvis de er fremtredende, kan det være fordelaktig å legge til en akustisk absorber tilanordning for å frembringe en glatt, jevn skanne. Absolutt diffraksjonseffektiviteten er ikke målt, men når man sammenligner en enhet til en annen, er signal-støyforholdet tjener som en god indikator på relative diffraksjonseffektiviteten. Denne rådata gir en betydelig mengde informasjon, men det er relevant for bare en belysning bølgelengde.
For å finne ut om enheten er i stand til frekvenskontroll av farge, er rådata før etter flere forsøk med alle tre bølgelengder for å danne grafer som den i figur 9. X og Y-aksen anslagene er først samlet for TE1 guidede moduser for alle tre farger. Da disse anslagene er lagt på vinkelen og frekvens aksler for å danne en flerfarget frekvens og vinkelresponsen som vist. Hvis responsen for hver farge er tilstøtende i frekvens og overlappende i vinkel, så at enheten er passende for frekvensstyring av farge.
Figur 1:. Leaky modusmodulator Som sett på venstrekanten, går lyset enheten gjennom en rutil prisme som evanescently kopler lys inn i en bølgeleder indiffused på underlaget overflate. Som guidet lyset forplanter seg mot enden av enheten den møter overflate akustiske bølger som outcouple lyset fra bølgelederen og roterer sin polarisering. Fremdriften diagram for denne interaksjonen er gitt til høyre. ge.jpg "target =" _ blank "> Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Fig. 2: Eksempel på Waveguide data Lyset fra laseren er koplet inn i prismet. Det gjenspeiler deretter av overflaten av innretningen og inn på en kraftsensor. Når en ledet modus er til stede, i stedet for å reflekteres fra anordningen lyset føres gjennom substratet og ut slutten av innretningen. Således er det føres bort fra kraftsensoren, og en skarp "dip" forekommer i plottet. Det er to moduser identifisert i denne tomten. Den gradvis økende makt lesing fra venstre til høyre kan forklares med gradvis økende overføring effektivitet på luften for å prisme grense. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 3:. Prøve LOR Development Process Bilder av det samme området av en enhet som LOR er utviklet. Bildet lengst til venstre ble tatt under et mikroskop etter den første 25 sek utviklingstid. Bildene som følger er et utvalg av de endringer gjennom iterativ prosess. Det siste bildet er et nærbilde av de finere funksjoner på enheten etter LOR utvikling å vise rene kanter og eksponeringen av den underliggende substrat. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 4: En Prism Coupled Device Montert til en avslapnings styret. En riktig kombinert, avsluttet enhet montert på sin breaKout bord. Den riktige vinkelen, som i dette bildet, reflekterer våt flekk en regnbue av farger. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 5: Karakterisering Apparat Skjematisk diagram av grunnleggende karakteriser anordningen.. Laseren blir sendt gjennom en serie av optiske komponenter før de blir koplet inn i anordningen gjennom et prisme. Når du er inne i en modus i waveguide SAW bølger produsert av inter transdusere og en RF-signal banke lyset inn i utette moduser som exit enheten med en frekvens kontrollerbar vinkel. En lineær aktuator stasjoner strømmåleren gjennom en rekke posisjoner mens signalet generator går gjennom et spekter av frekvenser skaper multivariable grafer som beskriver kontrollerbarhet og utsette av enheten. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 6:. Identification Teknikker for riktig lys Kopling Korrekt kobling kan identifiseres enten ved nærværet av det karakteristiske strek av lys som skyldes spredning i bølgelederen, som vist på venstre side, eller ved de karakteristiske modus linjene ut av enden av enhet, som vist til høyre. klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 7:. User Interface for LabView Testing Software Brukeren inter ansikt inkludert alle brukerdefinerte variabler. Elementer eske i gult må oppdateres før hver automatisert test kjøres for at analyseprogram for å kjøre skikkelig. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 8:. Prøvefrekvens vs plassering Graf Mens RF-inngang og strømmåleren plassering skannes lineært, bygger eksperimentet programvare og viser denne interaktive 3D-graf av de innsamlede data. Ved ferdigstillelse gjeldende visning er lagret for rask referanse. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
/53889fig9.jpg "/>
Figur 9: Smak Mode Sammenligning av data Frekvensresponsen av de tre bølgelengdene er vist til venstre.. Anordningen har en båndbredde på 200 MHz med individuell styring for hver bølgelengde. På høyre side er det utgang vinkel respons for hver enhet. Det er god vinkel overlapping for 5-7 °. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
| bølgelengde | Modus | Angle |
| 638 nm | TE0 | 23 ° |
| TE1 | 28 ° | |
| 532 nm | TE0 | 26 ° |
| TE1 | 31 ° | |
| TE2 | 32 ° | </ Tr>|
| 445 nm | TE0 | 31 ° |
| TE1 | 36 ° | |
| TE2 | 38 ° | |
| TE3 | 39 ° |
Tabell 1:. Mode eksiteringsparameterne Vinkel og bølgelengde parametere for ønsket den TE1 modus excitations for enhetene som er omtalt i dette dokumentet.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Utformingen av hver enhet har to viktige skritt, proton utveksling og utvikling av LOR. Av de to, bestemmer dybdebølgelederen, som igjen bestemmer antall guidet til utette modus overganger, det styrfrekvensbånd, og hver viktig designparameter for hver farge av lys proton bytte tid. To guidede moduser i rødt er ønsket. Hvis mer eksistere så båndbredde er ofret. Hvis mindre eksisterer da ingen guidet til lekk modus overgangen er garantert. Følg notatet i trinn 2.2.1 for å rette protonutvekslings ganger for å oppnå ønsket resultat.
Riktig LOR utvikling er nødvendig for riktig oppskytning og dermed riktig funksjon av interdigital transdusere. Det er et skritt beste mestret gjennom erfaring. En ikke-fortynnet oppløsning av utvikleren vil blåse ut fingrene av transduserne i 7 sekunder, mens en 50% løsning vil gjøre det samme i omtrent 35 sek. Den nøyaktige tiden varierer fra enhet til enhet som skaper behovfor å utvikle anordningen for 25 sekunder i en 50% løsning, etterfulgt av gjentatt rask eksponering til mer fortynnede oppløsninger. Ved utblåsning oppstår reduksjon utviklingstiden eller løsningskonsentrasjon for å oppnå ønskede resultater.
I karakterisering prosessen prisme kopling og justeringen er de kritiske trinn. Hvis enheten er dårlig prisme kombinert eller dårlig justert noe lys kommer inn i bølgelederen gjør det umulig å måle resultater. Alignment er best oppnås med små justeringer. Variasjoner i det spredte lys kan indikere tilnærmingen til en modus linje eller vise nærhet av interdigital transduser. Erfaring er den beste læreren.
Denne protokollen er utformet for fremstilling av en enkelt enhet. Som sådan skalerbarhet er begrenset og små variasjoner vil være tilstede fra enhet til enhet. Men forfatterne er arbeider aktivt med utvikling av en wafer drevet produksjon prosess som vil overvinne denne utfordringen. en annen limitation av denne karakteristikken protokollen er avhengigheten av en aktiv testprosessen. De interdigitale transdusere, må ha en stor båndbredde for å imøtekomme endringer i bølgelederdybde og modus overganger. Når overgangs frekvenser bestemmes en smalere båndbredde svinger kan utformes. En god modell for prosessen ville eliminere behovet for dette trinnet. Endelig er testprotokollen ikke helt automatisk, krever menneskerettighets justeringer mellom endringer i bølgelengde og enheter.
Når en enhet viser både god vinkel overlapping og frekvenskontroll, så er det i stand til å bli brukt i slike anvendelser som 3D-holovideo displayet 1. Disse enhetene krever bare 2 mønstrings skritt for å dikte opp noe som er en stor forbedring på vanlig skjermteknologier i dag, for eksempel kornete lysventiler, MEMS enheter og bulk bølge akustooptiske modulatorer. Det er forfatternes håp at det å ha tilgang til denne produksjon, måling, og characterization protokollen vil oppmuntre bredere deltakelse i electroholographic skjerm forskning.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Forfatterne har ikke noe å avsløre.
Acknowledgments
Forfatterne ønsker å takke for økonomisk støtte fra Air Force Research Laboratory kontrakt FA8650-14-C-6571 og fra DAQRI LLC.
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 |
References
- Smalley, D., Smithwick, Q., Bove, V., Barabas, J., Jolly, S. Anisotropic leaky-mode modulator for holographic video displays. Nature. 498 (7454), 313-317 (2013).
- Smalley, D., Smithwick, Q., Bove, V. Holographic video display based on guided-wave acousto-optic devices. Proc. SPIE. 6488, 64880L-64880L-7 (2007).
- Smalley, D. Holovideo on a stick: integrated optics for holographic video displays. , MIT. MASS. (2013).
- Henrie, A., Haymore, B., Smalley, D. Frequency division color characterization apparatus for anisotropic leaky mode light modulators. Rev Sci Instrum. 86 (2), (2015).
- Lawes, R. MEMS Cost Analysis: Basic Fabrication Processes. , Pan Stanford. Boca Raton. (2014).
- Pearson, E. Mems spatial light modulator for holographic displays. , (2001).
- Tabata, M. Risk and Mobility: A Case Study of the Thin-Film Transistor Liquid-Crystal Display Industry in East Asia. East Asian Science, Technology and Society. 9 (2), 151-166 (2015).
- Pape, D., Goutzoulis, A., Kulakov, S. Design and fabrication of acousto-optic devices. , Marcel Dekker. New York. (1994).
- Chang, I., Lee, S. Efficient Wideband Acuosto-Optic Bragg Cells. Ultrasonics Symposium. , 427-430 (1983).
- Proklov, V., Korablev, E. Multichannel waveguide devices using collinear acousto-optic interaction. Proc. SPIE. 1932, 298-311 (1993).
- Ito, K., Kawamoto, K. An optical deflector using collinear acoustooptic coupling fabricated on proton-exchanged LiNbO 3. Jpn. J. Appl. Phys. 37 (9R), 4858 (1998).
- Smalley, D., Smithwick, Q., Barabas, J., Jolly, S., DellaSilva, C. Holovideo for everyone: a low-cost holovideo monitor. J Phys Conf Ser. 415 (1), 012055 (2013).
- McClaughlin, S., Leach, C., Henrie, A., Smalley, D., Jolly, S., Bove, V. Frequency Division of Color for Holovideo Displays using Anisotropic Leaky Mode Couplers. Optical Society of America, 2015. , DM2A-2 (2015).
- McLaughlin, S., Leach, C., Henrie, A., Smalley, D. Optimized guided-to-leaky-mode device for graphics processing unit controlled frequency division of color. Appl. Opt. 54 (12), 3732-3736 (2015).
- Jackel, J., Rice, C., Veselka, J. Proton exchange for high-index waveguides in LiNbO3. Appl. Phys. Lett. 41 (7), 607-608 (1982).
- Wong, K. Properties of lithium niobate. , IET. London. (2002).
- Tien, P., Ulrich, R. Theory of prism-film coupler and thin-film light guides. JOSA. 60 (10), 1325-1337 (1970).
- Tsai, C. Guided-wave acousto-optics: interactions, devices, and applications. , Springer Science & Business Media. Heidelberg. (1990).
- Proklov, V., Korablev, E. Multichannel waveguide devices using collinear acousto-optic interaction. Proc. SPIE. 1932, 298-311 (1993).
- Li, R. Circuit Design. , John Wiley & Sons. Hoboken. (2012).
- Lawrence, C. The mechanics of spin coating of polymer films. Phys. Fluids. 31 (10), 2786-2795 (1988).
- Fontana, R., Katine, J., Rooks, M., Viswanathan, R., Lille, J., MacDonald, S., et al. E-beam writing: a next-generation lithography approach for thin-film head critical features. IEEE Trans. Magn. 38 (1), 95-100 (2002).
- Robertson, M. Substrate Surface Preparation Handbook. , (2011).
- Monneret, S., Flory, F., et al. M-lines technique: prism coupling measurement and discussion of accuracy for homogeneous waveguides. J Opt A-Pure Appl Op. 2 (3), 188 (2000).
