Introduction
A maioria das tecnologias de displays holográficos, tais como válvulas de luz pixelated, bem como dispositivos MEMS e de onda em massa moduladores óptico-acústico, são demasiado complexos para permitir uma ampla participação em seu desenvolvimento. Moduladores pixelated, especialmente aqueles com camadas de filtro e aviões de volta ativos pode exigir dezenas de etapas de padronização para construir 5 e pode ser limitado pela fan-out 6. Quanto maior o número de passos de modelação quanto maior a complexidade do dispositivo, e quanto mais apertado o protocolo de fabricação deve ser a obtenção de um rendimento razoável do dispositivo 7. -Ondas massa moduladores óptico-acústico não se prestam a wafer processos baseados 8,9. Anisotrópicos moduladores modo gotejante, no entanto, exigem apenas duas etapas de padronização para fabricar e utilizar técnicas de microfabricação relativamente padrão 10,11. O acesso a estes processos tornam possível para qualquer instituição com instalações de fabrico de modestos para participar no desenvolvimento da htecnologia de exibição de vídeo olographic 12.
A simplicidade de fabricação do dispositivo pode ser enganadora, no entanto, como o bom funcionamento dos dispositivos é fortemente dependente de guias de ondas, que tem de ser cuidadosamente medido e ajustado para atingir as características desejadas do dispositivo. Por exemplo, se a guia de onda é muito profundo, largura de banda operacional do dispositivo será estreitada 13. Se a guia de onda é muito raso, o dispositivo pode não funcionar para iluminação vermelha. Se o guia de ondas é recozido muito tempo, a forma do perfil de profundidade da guia de ondas será distorcida, e as transições de vermelho, verde e azul não pode sentar-se adjacente no domínio da frequência 14. Neste trabalho os autores apresentam as ferramentas e técnicas para realizar esta caracterização.
O modo modulador permeável é constituído por um guia de ondas de protões trocadas indiffused na superfície de um piezoeléctrico, x-cortado niobato de lítio substrato 15,16. Numa extremidadedo guia de ondas é um transdutor interdigital de alumínio, ver Figura 1. A luz é introduzida no guia de ondas usando um acoplador prisma 17. O transdutor seguida lança ondas acústicas que interagem com contralinearly luz no guia de ondas ao longo do eixo y da superfície. Esta interacção casais guiadas luz num modo gotejante que escapa para fora da guia de ondas para a granel e finalmente sai do substrato a partir da aresta da face 18,19. Essa interação também gira a polarização da luz TE guiada polarizada TM luz polarizada modo gotejante. O padrão de onda acústica de superfície é o holograma, e é capaz de digitalizar e formação da luz de saída, para formar uma imagem holográfica.
O guia de ondas é criado por permuta de protões. Em primeiro lugar, o alumínio é depositado sobre o substrato. Em seguida, o alumínio é modelado foto-litografia e gravado para expor regiões do substrato para se tornar canais de guia de onda. O restante de alumínio actua como um discomáscara. O substrato é imerso numa massa fundida de ácido benzóico, que faz variar o índice de superfície nas regiões expostas. O dispositivo é removido, limpo e recozidas num forno de mufla. A profundidade final de guia de ondas determina o número de transições de modo gotejantes. A profundidade de guia de onda também determina a frequência de cada transições guiadas-se o modo para cada cor 4.
Os transdutores de alumínio são formadas por descolagem. Depois de guias de ondas são formados, um E-feixe resistir é girada sobre o substrato. Um transdutor interdigital está modelado com um feixe de electrões para formar um transdutor piava concebido para responder à banda de 200 MHz responsável por controlar a cor em dispositivos de guia de onda. O período de dedo é determinado pela Λƒ = V, em que, Λ, é o período de dedo, V, é a velocidade do som no substrato e, ƒ, é a frequência de rádio (RF). O transdutor terá uma impedância que devem ser iguais para 75 ohms para um funcionamento eficaz 20.
<p class = "jove_content"> O guiada à interação modo gotejante ocorre em freqüências diferentes para diferentes comprimentos de onda da luz de iluminação e, como resultado da luz vermelha, verde e azul pode ser controlada no domínio da frequência. O padrão de onda acústica de superfície é gerado por um sinal de RF enviada para o transdutor interdigital. A RF do sinal de entrada traduzir para frequências espaciais sobre o padrão de onda acústica de superfície. O guia de ondas pode ser fabricado de modo a que os sinais de baixa frequência controlar a varredura angular e amplitude da luz vermelha, enquanto frequências médias controlar a luz verde e altas frequências controlar a luz azul. Os autores identificaram um conjunto de parâmetros de guia de onda que permitem que todos os três destas interacções de ser separado e adjacente no domínio da frequência, para que todas as três cores pode ser controlada com um único sinal de 200 MHz, o que é a largura de banda máxima de unidades de matérias-primas de processamento gráfico ( GPUs).Ao combinar a largura de banda de um canal de GPUpara o de um modulador de modo permeável, o sistema torna-se totalmente paralela e escalável. Ao adicionar largura de banda pares combinados de GPUs e os canais de modo modulador com vazamentos, pode-se construir telas holográficas de tamanho arbitrário.
Depois que o dispositivo é criado, ele é cuidadosamente caracterizado para verificar se as frequências para transição de modo guiado-to-gotejante são apropriadas para o controle de cor frequência. Em primeiro lugar, a localização dos modos guiados são determinados por um acoplador de prisma comercial para confirmar que a guia de onda tem a profundidade apropriada e o número correcto de modos guiados. Em seguida, depois de os dispositivos são montados e empacotados, que são colocados em um acoplador de prisma personalizado que mapeia as frequências de entrada da luz de saída digitalizado. Os dados resultantes dá a resposta entrada de frequência e a resposta de saída angular para a luz vermelha, verde e azul para o dispositivo a ser testado. Se o dispositivo tiver sido correctamente fabricados, o dispositivo de entrada de resposta será separado emfrequência e a resposta de saída será sobreposição no ângulo. Quando isto for confirmado, o dispositivo está pronto para uso num monitor de vídeo holográfico.
As primeiras medições ter lugar antes do dispositivo foi embalado. A profundidade de guia de onda é determinado por um acoplador de prisma comercial. Isso pode ser feito com apenas um comprimento de onda de iluminação (tipicamente 632 nm vermelho) mas os autores alteraram o seu acoplador de prisma comercial para permitir que ele para reunir informações modo de luz vermelha, verde e azul. Após o acondicionamento, o dispositivo é submetido a uma segunda medição de um acoplador de prisma personalizada que regista luz deflectida de saída como uma função de entrada de RF. Uma descrição detalhada destas medições segue. etapas de fabricação são também dadas.
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Protocol
1. Preparação inicial
Nota: Comece com um novo X-cut wafer niobato de lítio. Deve ser de grau óptico, 1 mm de espessura, limpo, sem nada depositada sobre a superfície, ambos os lados polido, e o lado de cima marcado.
- Utilizando um evaporador de feixe de electrões ou máquina equivalente a um vácuo de 50 μTorr, evapora-se a 200 nm, de alumínio sobre a bolacha a 5 A / s. Para replicar os resultados apresentados, posicionar a constelação wafer 65 cm acima do cadinho de alumínio.
- Girar em 30 gotas de uma foto protecção positiva AZ3330, tais como, a 3.000 rpm durante 60 seg. Softbake a resistir a 90 ° C durante 60 seg. Nota: Para uma descrição detalhada da mecânica de filmes de polímeros que giram ver o trabalho por CJ Lawrence 21.
- Usando a máscara adequada, tal como o arquivo "Máscara 1. Troca de Prótons Mask.dxf" fornecido no apêndice, expor o wafer usando um alinhador de máscara com uma lâmpada de mercúrio de 350 W ou seu equivalente por 10 seg como por specificati máquinaons. Certifique-se de que a bolacha é alinhado de modo a que as guias de onda são paralelas ao eixo dos y.
- Desenvolver a resistir em um desenvolvedor fotorresiste positivo para 60 seg. Disco cozer a bolacha durante 60 segundos a 110 ° C. Etch longe o alumínio exposto completamente submergindo-o durante 2 minutos numa solução 1 L etch alumínio aquecido a 50 ° C.
CUIDADO: etch alumínio é tóxico, corrosivo e prejudicial. Veja MSDS para manuseio e armazenamento deste produto químico adequado. Usar equipamento de protecção individual adequado para o ácido ao manusear este produto químico. - Remover a máscara foto-resistente com uma lavagem de acetona seguido de álcool isopropílico (IPA).
- Usando um 0,016 pol. Lâmina de diamante de espessura com uma profundidade de 0,165 a exposição na. Em um corte em placas automático viu, cortar a bolacha em 10 x 15 mm 2 dispositivos com a dimensão longa paralelo ao eixo y.
Nota: A lâmina não vai cortar todo o caminho através do substrato. Para separar cada dispositivo, basta salientar cada corte feito pela serra de corte em cubos. Cada 10 x 15 mm2 dispositivo individualmente percorrer as etapas restantes do protocolo.
2. Troca de Prótons
- Coloque um dispositivo individual num tubo de ensaio com um pequeno orifício de chão na parte inferior para permitir a interacção entre o dispositivo e todos os banhos líquidos.
- permuta do protão do dispositivo por imersão em 1 L de uma massa fundida de 99% de ácido benzóico puro a 240 ° C. Usar um tempo de imersão de 10 min e 10 seg, a fim de atingir a profundidade alvo de 0,4504 uM.
Nota: O tempo de imersão de troca de protões é ditada por o coeficiente de difusão, D, que por fusão dos autores é actualmente D = 0,2993. O tempo de imersão de troca de protões é calculado usando a relação t = d 2 / (4 D). Nesta equação, T é o tempo de troca em horas, d é a profundidade de guia de ondas em microns, e D é o coeficiente de difusão. Para uma descrição detalhada dos mecanismos de troca de prótons ver o trabalho por JL Jackel 15. - Remover o dispositivo e deixe esfriar por 5 minutos ou até que frio ao toque. Limpe qualquer resíduo de ácido benzóico com uma lavagem de acetona, em seguida IPA.
3. Anneal
- Coloque o dispositivo em um tubo de ensaio regular e enrole o tubo em papel alumínio. Colocar o tubo em um forno de mufla durante 45 min a 375 ° C. Remover o dispositivo e deixe esfriar por 5 minutos ou até que frio ao toque.
4. Limpe
- Lave a máscara de alumínio a partir do dispositivo usando etch alumínio de aproximadamente 2 min a 50 ° C. Limpar o dispositivo no etch piranha ácido para remover todos os resíduos orgânicos.
CUIDADO: etch piranha ácido é tóxico, corrosivo e prejudicial. Veja MSDS para manuseio e armazenamento destes produtos químicos adequada. Usar equipamento de protecção individual adequado para o ácido ao manusear esses produtos químicos. - Lavar o dispositivo em acetona, em seguida, o IPA, e seca com azoto comprimido.
5. Medidas de guia de onda
- O uso de qualquer medida de guia de ondas analisador comercial as características da guia de onda de protões trocadas.
Nota: Um bom dispositivo terá 2 modos guiados usando um laser de 633 nm. Ver Figura 2 para um exemplo de resultados desejados. Se o dispositivo mostra mais do que dois modos guiados para iluminação vermelho, então o tempo de troca no passo 2.2 deve ser reduzida. Do mesmo modo, se o dispositivo mostra menos do que dois modos guiados o tempo de troca deve ser aumentada.
6. Adicione Resista
- Rodada em 4 gotas de um levante Resist (LOR) a 3.000 rpm durante 60 segundos e, em seguida, leve ao forno a 200 ° C por 1 hora. Remover o dispositivo e permitir-se arrefecer durante 5 min ou até que fria ao toque. Rotação em 4 gotas de uma solução 3: 1 de metacrilato de polimetilo (PMMA) e anisole a 3000 rpm durante 60 segundos e depois cozer a 150 ° C durante 15 min.
- Remover o dispositivo e permitir-se arrefecer durante 5 min ou até que fria ao toque. Girar em 2 gotas de um polímero condutor a 1000 rpm durante60 seg, em seguida girar a 6000 rpm durante 4 segundos para remover qualquer excesso.
7. Pattern
- Use um microscópio eletrônico reforçada com um redutor de feixe para permitir a escrita ou uma máquina equivalente a expor o dispositivo.
- Sob um vácuo de 50 μTorr, expor a camada condutora a um feixe de electrões com uma dose de área de 30 uC / cm 2, que verifica o padrão dos transdutores interdigitais. Para replicar os resultados, use uma corrente de feixe de medição de 410 pA.
- Escrever o padrão de um arquivo .dxf ou equivalente no microscópio eletrônico de acordo com especificações da máquina.
Nota: Para uma descrição detalhada do processo de litografia por feixe de elétrons ver o trabalho realizado pela RE Fontana 22.
8. Desenvolver
- Retirar a camada condutora, por lavagem o dispositivo em um fluxo contínuo de água desionizada durante 5 segundos. Remover o PMMA exposto por imersão do dispositivo em 1: solução de metil 3 isobutyl cetona (MIBK) e IPA para 45 seg.
- Retire do 1: solução a 3 de MIBK: IPA e enxaguar com IPA por 5 s. Seca-se o dispositivo com azoto comprimido.
- Repita os passos 8.1-8.1.1 como necessárias para desenvolver plenamente o PMMA.
Nota: No entanto expor o dispositivo à solução de MIBK: IPA em apenas incrementos de 5 segundos. desenvolvimento completo deve revelar a LOR debaixo do PMMA e pode ser identificado por coloração uniforme em toda a superfície desenvolvida rodeado por bordas nítidas e cantos.
Nota: Durante desenvolvimento de PMMA leva a pequena blowout recurso e pode apagar completamente os dedos transdutores interdigitais deixando um único bloco desenvolveram grandes. Da mesma forma em desenvolvimento deixa resíduos não uniformes que irão diminuir a eficácia do processo de decolagem que se segue. - Remover LOR na região exposta por imersão do dispositivo numa solução 1: 1 de um programador apropriado e água desionizada durante 25 seg. Retire do 1: solução a 1 de um appropriate desenvolvedor e água deionizada. Enxágüe com IPA por 5 s.
- A seco com azoto comprimido. Repita os passos 8.3 conforme necessário para desenvolver plenamente o LOR.
Nota: No entanto expor o dispositivo para a solução de um programador apropriado e água desionizada apenas em incrementos de 2 seg. desenvolvimento completo deve revelar a superfície do substrato, sob a LOR. Pode ser identificada por coloração branca uniforme em toda a superfície desenvolvida, mantendo fresco arestas e cantos. Falha no desenvolvimento da LOR adequadamente também leva aos problemas discutidos em 8.2.3.1. Veja a Figura 3 para um processo de desenvolvimento exemplo LOR.
Nota: Mudar para uma relação mais baixa de um desenvolvedor adequado à água deionizada, como 1: 2 ou 1: 3 é útil como o dispositivo se aproxima de desenvolvimento completo para permitir que os traços finos de se desenvolver sem soprar o dispositivo. No entanto, não é vantajoso começar com estas doses como total de tempo aumenta e excede a altura óptima no desenoper.
- A seco com azoto comprimido. Repita os passos 8.3 conforme necessário para desenvolver plenamente o LOR.
9. Depósito de alumínio
- Utilizando um evaporador de feixe de electrões ou máquina equivalente a um vácuo de 50 μTorr, evapora-se a 200 nm, de alumínio sobre a bolacha a 5 A / s.
10. Liftoff alumínio
- Encher um grande prato de vidro com 750 ml de água sobre uma placa quente a 90 ° C. Inserir um tampão de plástico dentro do prato de água. Num recipiente pequeno de vidro separada submergir o dispositivo numa solução de N-metil-2-pirrolidona (NMP) 100 ml.
- Colocar o recipiente de solução de NMP contendo o dispositivo para o tampão de plástico assegurar que o nível de água não exceda a altura do recipiente de NMP. Cubra e deixe descansar 3-4 horas ou até que a decolagem de alumínio está completa. Remova o dispositivo do NMP.
Nota: É vantajoso para limpar grandes seções de alumínio do dispositivo antes de removê-lo do banho de NMP. Faça isso usando uma pipeta preenchido com NMP para esguichar a um dispositivod derrubar qualquer restantes grandes pedaços de alumínio indesejada. - Lavar o dispositivo no IPA e seco com nitrogênio comprimido. Sob um microscópio, verifique se a decolagem está completa. Se o alumínio residual indesejada permanece, molhe o dispositivo com acetona e muito gentilmente escovar com uma haste de sala limpa revestido em acetona para remover.
- Enxágüe em IPA, seco com nitrogênio comprimido, e verifique novamente sob o microscópio. Repetir 10,3 e 10,4, conforme necessário.
11. Polish the End
- Revestir o dispositivo numa película de protecção, tais como uma camada de material fotosensitivo positivo. Prender o dispositivo de modo a que a extremidade com os transdutores é exposta durante o polimento. Utilizando processos de polimento adequados 23, lentamente polir a extremidade do dispositivo para uma rugosidade de superfície de menos do que 100 nm, de modo que não há defeitos na superfície interfere com a luz que sai do dispositivo.
- Retirar o dispositivo da braçadeira e limpar a película protetora. Se fotorresistente foi utilizado como uma película de protecção, uma generosaenxaguar em acetona e, em seguida, IPA irá removê-lo. Seca-se a amostra, tal como necessário com azoto comprimido.
12. Monte em uma placa de Breakout
- Se qualquer montagem é necessário para a placa de fuga RF, montar a bordo de fuga de acordo com as suas especificações.
- Construir, de lâminas de vidro, uma plataforma de montagem para segurar firmemente, tanto a bordo de fuga RF eo dispositivo. Nota: A plataforma de montagem é construída em forma de U de três lâminas de vidro: um 75 x 50 x 1 mm3 e dois 75 x 25 x 1 mm3.
- Coloque uma gota generosa de supercola sobre a quarta mais à esquerda da grande slide. Coloque uma das lâminas mais pequenas sobre o grânulo de supercola modo que a borda mais à esquerda e a extremidade inferior se alinham com as arestas correspondentes na lâmina grande.
- Aplicar firme e pressão igual para as duas corrediças até que os conjuntos de super cola, cerca de 15 seg. Repetir o processo para o quarto mais à direita da lâmina grande.
- Monte o device ao topo da plataforma de montagem com fita dupla face. Certifique-se a fim de as saliências do dispositivo a extremidade da plataforma de montagem de modo que a plataforma de montagem não interfere com a luz que sai da extremidade do dispositivo.
- Montar o bordo de fuga de RF para a plataforma de montagem de modo que não está no caminho do feixe de luz que sai do dispositivo. Uma forma simples de o fazer é a de elevar o bordo de fuga com uma fita de espessura de modo que a parte inferior do bordo de fuga é acima da parte superior do dispositivo.
- Fio de ligação as almofadas no dispositivo para seus respectivos locais na placa de fuga de RF. Use uma série nH indutor 27 a impedância corresponder cada transdutor para as entradas de bordo de fuga.
13. Prism Coupling
- Selecione um prisma rutilo à luz casal no dispositivo. A polarização da luz (transverso eléctrico) devem ser paralelos ao eixo óptico do rutilo do eixo óptico (eixo Z) do niobato de lítio X-corte.
- limpo tele entre em contato com superfícies do dispositivo e do prisma completamente com IPA. Posicionar o prisma de modo que esta se encontra centrada sobre o canal a ser testado.
- Pressionar a parte inferior do prisma firmemente contra a parte superior do dispositivo com um mecanismo de aperto. Nota: Não aperte a pressão excessiva vai rachar o substrato e danificar o prisma de acoplamento.
- Se for bem sucedido, observar uma mancha molhada aparecerá.
Nota: um ponto molhado é uma região de reflexão interna total frustrada na interface entre o prisma e a amostra. Para um exemplo de acoplamento de prisma adequado veja a Figura 4.
14. Monte no aparelho de Caracterização
- Montar o dispositivo na plataforma rotativa do aparelho de caracterização cor divisão de frequência para anisotrópicos moduladores modo de luz vazamentos discutidos por A. Henrie 4.
Nota: Uma esquemática do aparelho Caracterização é fornecido na Figura 5.
- Ligue o laser. Para replicar os resultados apresentados neste uso de papel 5 V para 638 nm, 5,5 V para 532 nm, e 6,5 V para 445 nm.
- Atenuar o feixe até que a intensidade da luz dispersa é confortável para o olho. Verifique a polarização do laser.
- Coloque um polarizador no caminho do feixe após a placa de meia onda para que ele bloqueia polarizado horizontalmente luz. Rode a placa de meia onda para alcançar atenuação máxima da luz laser. Remover o polarizador.
- rodar manualmente a plataforma de modo a que o ângulo entre o laser e a superfície superior do dispositivo é definida como o ângulo de entrada correcto.
Nota: O ângulo apropriado pode ser encontrado no Quadro 1 de acordo com o comprimento de onda de teste pretendida e modo. - Alinhar prisma utilizando as fases de translação linear, quando o ponto focal do laser passa através do canto de 90 ° do prisma. Nota: Aumento SC de laseratter causada pelo canto do prisma, por vezes, pode ser visto.
- Neste ponto, a luz deve ser de acoplamento para dentro do dispositivo, que pode ser verificada quer pela sequência característica de luz causado por espalhamento no guia de ondas ou pelas linhas de modo característico que saem da extremidade do dispositivo 24 (ver Figura 6).
Nota: Se estiver usando linhas de modo a verificar o acoplamento, é útil para remover o medidor de energia a partir do caminho do feixe. Em vez inserir um objeto dispersão uniforme, tal como uma folha de papel branco, para o caminho do feixe. - Se não for detectado de acoplamento, lentamente rodar o dispositivo, mantendo a borda de acoplamento do prisma no ponto focal do laser. Se depois de cinco graus de rotação em ambas as direcções de acoplamento não pode ser detectado, remover o dispositivo da plataforma rotativa, remover o prisma e retornar para o passo 13.
- Neste ponto, a luz deve ser de acoplamento para dentro do dispositivo, que pode ser verificada quer pela sequência característica de luz causado por espalhamento no guia de ondas ou pelas linhas de modo característico que saem da extremidade do dispositivo 24 (ver Figura 6).
- Uma vez que o acoplamento é detectado, afinar as rotacionais fases de plataforma e de tradução linear para maximizar o acoplamento da luz.
16. Fixe a entrada de RF e Coloque o Dispositivo
- Substituir o medidor de energia que foi removida durante o alinhamento. Também remover quaisquer obstáculos ao caminho do feixe utilizado para fins de alinhamento.
- Fixe a entrada de RF para o conselho de fuga dispositivo e ligar o gerador de sinais de RF. Certifique-se o amplificador é alimentado. Nota: Para proteger o dispositivo de neutralização, a potência eléctrica do sinal que chega do dispositivo não deve ser superior a 1 W;
- Remova qualquer atenuação utilizado para a segurança durante o alinhamento. O laser é agora nos níveis de potência óptica utilizados para o ensaio. Colocar todo o sistema em uma caixa opticamente isolar.
17. Execute o programa de testes fornecidas
- Obter um gerente de equipamentos de laboratório para executar o dispositivo caracterização, tais como a AutomatedDeviceCharacterization.vi arquivo LabView fornecida no apêndice.
- Insira todos os parâmetros do usuário no sof testestware no computador de controlo. Nota: A Figura 7 é fornecido para aqueles que utilizam o arquivo de controle experimento fornecido. Ele indica com uma caixa amarela os campos que devem ser atualizados antes de cada teste automatizado é executado para que o programa analítico fornecido para executar corretamente na etapa 19.
- Para replicar os resultados apresentados neste artigo utilizar os seguintes parâmetros de teste: Frequência inicial: 100 MHz, freqüência final: 800 MHz, frequência da passada: 10, Áspero posição inicial: 0, Áspero posição final: 25, e posição da etapa: 1. Faça -se que a "saída para arquivo" botão é pressionado.
- Execute o programa de testes.
Nota: O programa fornecido dirige um medidor de energia ao longo de uma faixa linear em intervalos definidos pelo usuário. Em cada posição o sinal de entrada RF é varrido através de um conjunto de frequências escolhidas e medições de potência são feitas. A medição também é feito com a entrada de RF na sua configuração mais baixa frequência e menor potência de saída que tem sido experimentally determinada como equivalente a nenhum sinal de entrada 4. Estas medições são então representados graficamente em tempo real de um gráfico interactivo 3D.- Observe os quatro arquivos de saída: * config.csv descreve a experiência, * data.csv contém a leitura de energia em cada frequência, * no_stim.csv contém a leitura ruído de fundo, e * graph.jpeg contém uma cópia do gráfico para o usuário Interface do programa como era quando o programa terminou. Veja a Figura 8.
- 15-17 Repetir secções para cada comprimento de onda e o modo TE1 descrito na Tabela 1.
18. Analisar os perfis de saída Frequência e angulares
- Obter um programa de análise estatística ou baixar o código MATLAB CompareWDMmodes.m fornecida no apêndice.
- Na pasta (onde o programa está localizado), crie uma subpasta, "Número de amostra", digite o "Número de amostra" para o programa de testes. O número da amostra é anúmero de identificação do dispositivo.
- Nesta pasta, "Número de amostra", criar três subpastas. O nome de cada pasta da seguinte forma: "Número de amostra" _ "Color" _M1_ "transdutor". Os nomes em "negrito e itálico" são valores inseridos no programa de testes pelo usuário. (Por exemplo A16_BLUE_M1_T1, C5_RED_M1_T13, ou D35_GREEN_M1_T18).
- Em cada subpasta, copie os quatro arquivos criados pelo software de teste que correspondem com que determinado comprimento de onda, modo e transdutor.
- Abra o programa analítico e alterar as variáveis definidas pelo usuário na parte superior para refletir o usuário definiu valores introduzidos no software de testes.
Nota: Se estiver usando o programa de análise fornecidos e os valores definidos pelo usuário no programa de testes são "Número de amostra" = A16, "Modo orientada" = 1, "transdutor" = 1 o código analítica seria modificado para o seguinte:
; % variáveis definidas pelo usuário
série = 'A';
amostra = 16;
Modos = [1];
transdutor = 'T1'; - Execute o programa de análise.
Nota: Se estiver usando o código analítico, fornecido, entre outras coisas, cria uma figura que compara a resposta de frequência normalizada ea saída angular para a luz vermelha, verde e azul. O arquivo ele cria está localizado na subpasta "Número de amostra". Ver a Figura 9 para um exemplo da saída.
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Representative Results
Os principais resultados do protocolo acima são a medição modo guiado a partir do acoplador prisma comercial mostrado na Figura 2, a única frequência, os dados de entrada em bruto / reunidas de o acoplador de prisma personalizado mostrado na Figura 8, e as curvas multicolor mostrado na Figura 9. nos parágrafos seguintes, vamos discutir a informação acionável produzido por cada uma dessas saídas.
A informação do modo guiado adquirida a partir do acoplador prisma comercial é utilizada, principalmente, para estabelecer a profundidade da guia de onda, mas o número de modos e o seu espaçamento conter outras informações úteis relevantes para o funcionamento em modo gotejante. Para o dispositivo de modo que vaza para trabalhar como projetado, ele deve ter uma transição de modo guiado-to-furado para cada cor, e experimentação mostrou que isso é verdade quando existe pelo menos dois modos guiados para cada illuminacomprimento de onda ção. Isto é particularmente relevante para o vermelho, pois tem o menor número de modos guiados das três cores de exibição. A etapa de troca de prótons 2 deve ser aumentada ou diminuída para certificar-se há dois modos vermelhas. Em geral, tendo dois modos no vermelho indica que também existem, pelo menos, dois modos de verde e azul. Dispositivos otimizados para multiplexação por divisão de frequência de cor mostraram dois modos em vermelho, três modos em verde e quatro modos em azul. modos menos pode aparecer em verde e azul se o tempo de recozimento é muito longo. Se menos do que o número ideal de modos apareça a luz verde e azul, então o tempo de recozimento no passo 3 poderá ter de ser alargada. emparelha longos, no entanto, também vai reduzir o índice eficaz dos modos guiados.
A saída do acoplador em bruto de costume prisma como mostrado na Figura 8 apresenta um bom sentido qualitativo para um número de parâmetros importantes do dispositivo, tais como a largura de banda de RF, varrimento angular,linearidade digitalização, tamanho do ponto, período da onda de pé e eficiência de difração aproximada. A projeção dos dados sobre o eixo Y dá a resposta do dispositivo a partir do qual podemos ler a frequência central e a largura de banda aproximada de operação da frequência. A projecção dos dados sobre o eixo X dá amplitude da saída de luz difractada. Esta informação da posição é quase proporcional à varrimento angular da saída do dispositivo de modo que a projecção sobre este eixo é um bom indicador do varrimento angular do dispositivo. A inclinação dos dados sobre o plano XY do gráfico nos dá uma sensação da linearidade da verificação, bem como a taxa de verificação com freqüência de entrada. Se o eixo X é amostrado com suficientemente elevada resolução, seguida de uma secção transversal ao longo do eixo X, vai dar o perfil do feixe. Se o eixo dos Y é amostrado com suficientemente elevada resolução, seguida de superfície padrões de ondas acústicas permanente pode tornar-se aparente- se eles são proeminentes, pode ser benéfico adicionar um absorvedor acústico para odispositivo para produzir uma suave, mesmo digitalizar. a eficiência de difracção absoluta não é medido, mas quando se compara um dispositivo para outro, a relação sinal-ruído serve como um bom indicador da eficiência de difracção relativa. Estes dados em bruto fornece uma quantidade significativa de informação, mas é relevante para apenas um comprimento de onda de iluminação.
Para determinar se o dispositivo é capaz de controle de cor frequência, os dados em bruto é processada de várias experiências com todos os três comprimentos de onda para formar gráficos, como o mostrado na Figura 9. As projecções eixo X e Y são primeiramente recolhidos para o TE1 modos guiados para todos três cores. Em seguida, essas projeções são sobrepostos no ângulo e frequência eixos respectivamente para formar uma frequência multicolor e resposta angular como o mostrado. Se a resposta para cada cor é adjacente na frequência e no ângulo de sobreposição, em seguida, o dispositivo é adequado para o controlo de frequência de cor.
Figura 1:. Modo Furado Modulador Como pode ser visto no lado esquerdo, a luz entra no dispositivo através de um prisma que rutilo evanescently casais luz em um guia de ondas indiffused na superfície do substrato. Como a luz guiada propaga em direção à extremidade do dispositivo encontra ondas acústicas superficiais que outcouple a luz da guia de onda e girar sua polarização. O diagrama impulso para essa interação é dada à direita. ge.jpg "target =" _ blank "> Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 2:. Exemplo de dados Guia de onda de luz proveniente do laser é acoplado no prisma. É, em seguida, reflecte para fora da superfície do dispositivo e para um sensor de energia. Quando um modo guiado está presente, em vez de reflectir para fora do dispositivo a luz é guiada através do substrato e para fora da extremidade do dispositivo. Assim, ele é guiado para longe do sensor de potência e um "mergulho" afiada ocorre na trama. Existem dois modos identificados neste enredo. A leitura de energia aumentando gradualmente da esquerda para a direita pode ser explicado pelo aumento gradual da eficiência de transmissão no ar para fronteira prisma. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 3:. Processo de Desenvolvimento de LOR Amostra imagens da mesma área de um dispositivo como o LOR é desenvolvido. A imagem no canto esquerdo foi tomada sob um microscópio após o tempo de desenvolvimento inicial de 25 seg. As imagens que se seguem são uma amostra das alterações através do processo iterativo. A imagem final é um close-up das características mais finas no dispositivo após o desenvolvimento LOR para mostrar as bordas limpas e a exposição do substrato subjacente. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 4: A Coupled Device Prism montada a um Conselho Breakout. Um correctamente acoplado, o dispositivo de completada montada a sua Breaplaca kout. No ângulo apropriado, como nesta foto, a mancha molhada reflete um arco-íris da cor. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 5: Caracterização Aparelho Diagrama esquemático básico do aparelho caracterização.. O laser é enviado através de uma série de elementos ópticos, antes de ser acoplada para dentro do dispositivo através de um prisma. Uma vez dentro do modo de guia de ondas nas ondas SAW produzidos pelos transdutores interdigitais e um sinal de RF bater a luz em modos gotejantes qual a saída do dispositivo com um ângulo controláveis frequência. Um atuador linear impulsiona o medidor de energia através de uma série de posições enquanto o gerador de sinal é executado através de uma gama de frequências criando gráficos multivariados que descrevem a controlabilidade e foracolocado do dispositivo. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 6:. Técnicas de identificação de acoplamento da luz adequada de acoplamento adequados podem ser identificados quer pela presença da sequência característica da luz causada pela dispersão na guia de onda, como se mostra no lado esquerdo, ou pelas linhas de modo característico para fora da extremidade do dispositivo, como mostrado à direita. por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 7:. User Interface para LabVIEW Software Testing A inter usuário face, incluindo todas as variáveis definidas pelo usuário. Itens encaixotados em amarelo deve ser atualizado antes de cada teste automatizado é executado para que o programa analítico para executar corretamente. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 8:. Amostra de frequência vs Posição Graph Enquanto a entrada RF e localização medidor de energia são digitalizados de forma linear, o software experimento constrói e exibe este gráfico interativo em 3D dos dados recolhidos. Após a conclusão a visão atual é guardado para referência rápida. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
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Figura 9: Exemplo de modo de dados Comparação A resposta de freqüência dos três comprimentos de onda é mostrada à esquerda.. O dispositivo tem uma largura de banda de 200 MHz com controlo individual para cada comprimento de onda. À direita está a resposta ângulo de saída para cada dispositivo. Há uma boa sobreposição angular para 5-7 °. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
| Comprimento de onda | Modo | Ângulo |
| 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 ° |
Tabela 1:. Modo de excitação parâmetros de ângulo e comprimento de onda desejados parâmetros para excitações o modo TE1 para os dispositivos discutidos neste documento.
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Discussion
O projeto de cada dispositivo tem dois passos críticos, intercâmbio e desenvolvimento da LOR próton. Dos dois, o tempo de troca de protões determina a profundidade do guia de ondas, que por sua vez determina o número de transições guiado para gotejantes modo, a largura de banda de frequências controlável, e cada parâmetro chave de concepção para cada cor da luz. Dois modos guiados em vermelho é desejada. Se mais existe, então a largura de banda é sacrificado. Se menos existe, então não guiada a transição de modo gotejante é garantida. Siga a nota no passo 2.2.1 para corrigir tempos de troca de prótons para alcançar o resultado desejado.
desenvolvimento adequado LOR é necessária para a descolagem adequada e, assim, função adequada dos transdutores interdigitais. É um passo melhor dominado pela experiência. A solução não diluída de desenvolvedor irá soprar os dedos dos transdutores em 7 segundos, enquanto uma solução de 50% vai fazer o mesmo em cerca de 35 segundos. O tempo exato varia de dispositivo para dispositivo que cria a necessidadepara desenvolver o dispositivo para 25 seg numa solução a 50% seguido por exposições repetidas rápidas de soluções mais diluídas. Se ocorre ruptura tempo de desenvolvimento ou diminuição da concentração da solução para alcançar os resultados desejados.
No processo de caracterização de acoplamento de prisma e alinhamento são os passos críticos. Se o dispositivo for mal prisma acoplado ou mal alinhados nenhuma luz vai entrar no guia de ondas tornando impossível medir os resultados. O alinhamento é melhor alcançado com pequenos ajustes. As variações na luz dispersa pode indicar a sua aproximação a um modo de linha ou de mostrar a proximidade do transdutor interdigital. Experiência é o melhor professor.
Este protocolo é concebido para o fabrico de um único dispositivo. Como tal escalabilidade é limitada e pequenas variações estarão presentes de dispositivo para dispositivo. No entanto, os autores estão buscando ativamente o desenvolvimento de um processo de fabricação impulsionado wafer que irá superar este desafio. outra limitation deste protocolo caracterização é a dependência de um processo de teste ativo. Os transdutores interdigitais deve ter uma largura de banda larga para acomodar as alterações na profundidade de guia de onda e do modo de transições. Uma vez que as frequências de transição são determinados um transdutor de banda mais estreita pode ser projetado. Um bom modelo para o processo iria eliminar a necessidade para este passo. Finalmente, o protocolo de teste não é completamente automático, exigindo ajustes humanos entre mudanças no comprimento de onda e dispositivos.
Depois que o dispositivo mostra tanto um bom controle se sobrepõem e frequência angular, então é capaz de ser usado em aplicações como o 3D holovideo visor 1. Estes dispositivos exigem apenas 2 passos de padrões para fabricar o que é uma grande melhoria sobre as tecnologias de visualização comum de hoje, tais como válvulas pixelated leves, dispositivos de MEMS e de onda em massa moduladores óptico-acústico. É a esperança dos autores que ter acesso a essa produção, medição e chprotocolo aracterization irá incentivar a participação mais ampla na pesquisa de exibição electroholographic.
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Disclosures
Os autores não têm nada a revelar.
Acknowledgments
Os autores agradecem o apoio financeiro do Laboratório de Pesquisa da Força Aérea contrato FA8650-14-C-6571 e de 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).
