Introduction
このようなピクセル化ライトバルブだけでなく、MEMSデバイス及びバルク波の音響光学変調器などのほとんどのホログラフィック・ディスプレイ技術は、その開発における幅広い参加を可能にするにはあまりにも複雑です。ピクセル化変調器、フィルター層およびアクティブバックプレーンで特には5を構築するためのパターニング工程の数十を必要とするかもしれないし、ファンアウト6によって制限される場合があります。大きいパターニングの数は、上位装置の複雑さを段階的に説明し、緊密な製造プロトコルは、合理的なデバイスの歩留まり7を達成するためにでなければなりません。バルク波の音響光学変調器は、ベースのプロセス8,9をウエハに向いていません。異方性漏洩モード変調器は、しかしながら、製造比較的標準的な微細加工技術10,11を利用するために2つだけのパターニング工程を必要とします。ささやかな製造設備を持つ任意の機関がhの開発に参加するために、これらのプロセスのアクセスは、それを可能にしますolographic映像表示技術12。
装置の適切な機能を慎重に測定し、所望のデバイス特性を達成するように調整されなければならない導波路に強く依存しているように、デバイス製造の単純さは、しかし、魅力的なことができます。導波路が深すぎる場合、例えば、装置の動作帯域幅は、13を狭くします。ウェーブガイドが浅すぎる場合、デバイスは赤色照明のために動作しない場合があります。導波路は、長すぎるアニーリングされる場合、導波路の深さプロファイルの形状が歪むされ、赤、緑、青の遷移は、周波数領域14に隣接し座っていてもよいです。本研究で著者らは、この特徴付けを実行するためのツールやテクニックを紹介します。
漏洩モード変調器は、プロトンで構成された圧電の表面にindiffused導波路、Xカットニオブ酸リチウム基板15,16を交換しました 。一端に導波路のアルミニウムインターディジタルトランスデューサである、 図1を参照光は、プリズム結合器17を用いた導波路に導入されます。変換器は、次に、y軸に沿って導波路に光をcontralinearly相互作用表面弾性波を起動します。この相互作用のカップルはバルク内に、導波路の外に漏れると、最終的には端面18,19から基板を出る漏洩モードに光を導きました。この相互作用はまた、TE偏波光からTMに偏光が漏れモードの偏光を回転させます。弾性表面波のパターンがホログラムであり、走査ホログラフィック画像を形成する出力光を整形することが可能です。
導波路は、プロトン交換により生成されます。まず、アルミニウムを基板上に堆積されます。次いで、アルミニウムは、導波路チャネルになるように基板の領域を露出させるために、フォトリソグラフィとエッチングパターン化されます。残りのアルミニウムはハードとして働きますマスク。基板は露光領域における表面のインデックスを変更する安息香酸の溶融物中に浸漬されています。装置は、除去洗浄し、マッフル炉でアニールされます。導波路の最終的な深さは、漏洩モード遷移の数を決定します。導波路の深さは、各色4用の各ガイド付きツーモード遷移の周波数を決定します。
アルミニウムトランスデューサをリフトオフすることにより形成されています。導波路を形成した後、電子ビームレジスト基板上にスピンコートされます。すだれ状電極は導波路デバイスで色を制御する責任200 MHz帯に応答するように設計されたチャープ変換器を形成するために、電子ビームでパターン化されます。指期間がΛƒ=、指期間で、ΛV、Vによって決定され、ƒ、無線周波数（RF）は、基板内の音の速度であり、。トランスデューサは、効率的な操作20、75オームに整合させなければならないインピーダンスを持つことになります。
<漏洩モードの相互作用に導かれ、Pクラス= "jove_content">は、照明光の異なる波長について異なる周波数であり、赤、緑、青の光は、周波数領域で制御することができ、その結果として生じます。弾性表面波パターンはインターディジタル変換器に送られるRF信号によって生成されます。入力信号RFは、表面弾性波パターンの空間周波数に変換します。低周波信号は、赤色光の角度掃引及び振幅を制御するように、中間周波数が緑色の光を制御し、高周波数が青色光を制御しながら、導波路を製造することができます。著者らは、これらの相互作用のすべての3つは、周波数領域で分離して、隣接することを可能にする導波路パラメータのセットを同定したので、3つのすべての色は、商品のグラフィックス処理ユニットの最大帯域幅は、（単一の200MHzの信号で制御することができますGPUは）。GPUチャネルの帯域幅を照合することによって漏洩モード変調器のそれに、システムが完全に平行で、非常にスケーラブルになります。 GPUと漏洩モード変調チャネルの帯域幅整合ペアを追加することによって、人は任意のサイズのホログラフィック・ディスプレイを構築することができます。
デバイスが作成されると、慎重に導か対漏洩モード遷移のための周波数は、色の周波数制御のために適切であることを確認するために特徴付けられます。まず、導波モードの位置は、導波路は、適切な深さと導波モードの正確な数を持っていることを確認するために、商業プリズムカプラによって決定されます。デバイスが搭載され、パッケージ化された後、次いで、それらがスキャン出力光の入力周波数をマッピングカスタムプリズムカプラーに配置されます。得られたデータは、周波数入力応答と試験されるデバイスのために、赤、緑、青の光に対する角度出力応答を与えます。デバイスが正しく製造されている場合、デバイスの入力応答は、に分離されます周波数及び出力応答は、角度的に重複します。これが確認されると、装置は、ホログラフィックビデオディスプレイに使用するための準備ができています。
デバイスがパッケージ化されています前に、最初の測定が行われます。導波路の深さは、市販のプリズムカプラによって決定されます。これは、ただ1つの照明波長（典型的には632赤nm）を用いて達成することができるが、著者らは、それが、赤、緑、青の光のためのモード情報を収集できるように、それらの商業プリズムカプラを変更しました。包装後、装置は、入力されたRFの関数として偏向した出力光を記録するカスタムプリズムカプラーで第二の測定を受けます。これらの測定の詳細な説明は以下の通りです。製造工程も記載されています。
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1.初期の準備
注：新しいXカットニオブ酸リチウムウェーハで開始します。表面上に堆積何も、両面を研磨し、上面がマーク光学グレード、厚さ1mm、きれい、である必要があります。
- 50μTorrの真空下で電子ビーム蒸発器または同等の装置を用いて、5オングストローム/秒でウェハ上にアルミニウムを200nmを蒸発させます。提示された結果を再現するには、65センチメートルアルミるつぼの上にウエハ星座を配置します。
- ポジ型フォトの30滴上のスピンが60秒間3000rpmで、このようなAZ3330のように、レジスト。ソフトベーク60秒間、90℃でレジスト。注：スピニングポリマーフィルムの力学の詳細についてはCJローレンス21で作業を参照してください。
- このような、付録の供給ファイル「1.プロトン交換Mask.dxfマスク「機械specificatiごとに10秒間350 Wの水銀球またはその同等のマスクアライナーを用いてウエハを露光するように、適切なマスクを使用して、アドオン。導波路はy軸に平行になるようにウェーハが整列されていることを確認してください。
- 60秒間ポジティブフォトレジスト現像液でレジストを現像。ハード110℃で60秒間ウェハを焼きます。 50°Cに加熱した1リットルの溶液をアルミニウムエッチングで2分間、それを浸漬することによって完全に露出したアルミニウムをエッチング。
注意：アルミエッチングは、毒性、腐食性及び有害です。この化学物質の適切な取り扱いと保管のためのMSDSを参照してください。この化学物質を取り扱う際、酸のための適切な個人用保護具を使用します。 - イソプロピルアルコール（IPA）に続くアセトンのリンスでフォトレジストマスクを除去します。
- で。で0.165の露光深さと厚さのダイヤモンドブレード0.016を使用する。自動ダイシングソーに、y軸に長い平行な寸法で10×15ミリメートル2のデバイスにウェーハをカット。
注：ブレードが基板を介してすべての道をカットされません。各デバイスを分離するために、単純にダイシングソーによって行われた各カットを強調する。各10×15ミリメートル2デバイスは、個別のプロトコルの残りのステップを通過します。
2.プロトン交換
- デバイスとすべての液体浴との間の相互作用を可能にするために底に小さな穴グラウンドで試験管内で個々のデバイスを配置します。
- 240℃で99％の純粋な安息香酸の1 Lの溶融物中に浸漬することによってプロトン交換装置。 0.4504ミクロンの目標深さを達成するために、10分、10秒の浸漬時間を使用してください。
注：プロトン交換浸漬時間は、著者の溶融のために、現在、D = 0.2993である拡散係数、D、によって決定されます。プロトン交換浸漬時間は、関係T = D 2 /（4 D）を用いて計算されます。この式において、Tは時間で交換時間、dはミクロンで、導波路の深さであり、Dは拡散係数です。プロトン交換の仕組みの詳細についてはJL Jackel 1作品を参照してください。5。 - デバイスを取り外し、5分間、またはタッチに涼しくなるまで冷まします。アセトンのリンス後、IPAで任意の安息香酸残基をオフに清掃してください。
3.アニール
- 定期的な試験管内のデバイスを配置し、アルミホイルでチューブを包みます。 375℃で45分間マッフル炉にチューブを置きます。デバイスを取り外し、5分間、またはタッチに涼しくなるまで冷まします。
4.クリーン
- 50℃でおよそ2分間アルミニウムエッチングを使用してデバイスからのアルミニウムマスクを清掃してください。任意の有機残留物を除去するために、酸性ピラニアエッチでデバイスを清掃してください。
注意：酸性ピラニアエッチングは、毒性、腐食性及び有害です。これらの化学物質の適切な取り扱いと保管のためのMSDSを参照してください。これらの化学物質を取り扱う際、酸のための適切な個人用保護具を使用します。 - IPAその後、アセトンでデバイスをすすぎ、そして圧縮窒素で乾燥。
5.導波路の測定
- すべての市販の導波路アナライザの測定値を用いて、プロトンの特徴は、導波路を交換しました。
注：良いデバイスは、633 nmのレーザーを使用して2導波モードを持つことになります。所望の結果の例については、 図2を参照してください。デバイスは、赤色照明のための二つ以上の導波モードを示している場合、ステップ2.2での交換時間を短縮する必要があります。デバイスが2つ未満の導波モードを示している場合は同様に、交換時間を増加させなければなりません。
6.レジスト追加
- リフトの4滴上のスピンオフ60秒間3000rpmで（LOR）をレジストし、その後1時間200℃で焼きます。削除して、デバイスが5分間、またはタッチに涼しくなるまで冷まします。 60秒間3,000 rpmで1ポリメチルメタクリレート（PMMA）の溶液を、アニソール、次いで15分間150℃で焼く：3の4滴のスピン。
- 削除して、デバイスが5分間、またはタッチに涼しくなるまで冷まします。 1,000 rpmで導電性ポリマーの2滴にスピン60秒、その後、任意の過剰分を除去するために、4秒間6000rpmでスピン。
7.パターン
- デバイスを公開するために書き込みまたは同等のマシンを有効にするには、ビームブランカで強化電子顕微鏡を使用してください。
- 50μTorrの真空下で、すだれ状電極のパターンをスキャン30μC/ cm 2の面積線量で電子ビームに導電層を露出させます。結果を再現するには、410のpAの測定されたビーム電流を使用します。
- マシンの仕様に従って、電子顕微鏡上.DXFまたは同等のファイルからパターンを書きます。
注：Eビーム・リソグラフィ・プロセスの詳細については、REフォンタナ22によって行われた作業を参照してください。
8.開発
- 5秒のための脱イオン水の連続ストリームでデバイスをリンスすることにより、導電層を削除します。メチルisobutyの3溶液：1にデバイスを浸漬することにより露出したPMMAを削除します45秒間リットルケトン（MIBK）とIPA。
- MIBKの3溶液：1から削除IPAと5秒間IPAですすいでください。圧縮窒素を持つデバイスを乾燥させます。
- ステップ8.1-8.1.1完全にPMMAを開発するために、必要に応じてを繰り返します。
注：ただしMIBKの溶液にデバイスを公開：のみ5秒単位でIPA。完全な開発は、PMMAの下LORを明らかにすべきであるし、鮮明なエッジやコーナーに囲まれた開発エリア全体に均一に着色することによって同定することができます。
注：PMMAの発展の上に小さな特徴吹き出しにつながり、完全に単一の大きな先進のブロックを残してすだれ状電極指を消去することができます。同様に、開発中の下記のリフトオフ法の有効性を減少する不均一な残留物を残します。 - 25秒のための適切な開発者と脱イオン水：1溶液1にデバイスを浸漬することにより露出した領域にLORを削除します。 appropriatの1溶液：1から削除Eの開発者及び脱イオン水。 5秒間IPAですすいでください。
- 圧縮窒素とドライ。繰り返して、完全にLORを開発するために、必要に応じて8.3を繰り返します。
注：ただし、わずか2秒刻みで適切な開発者および脱イオン水の溶液にデバイスを公開します。完全な開発は、LORの下の基板の表面を明らかにすべきです。鮮明なエッジやコーナーを維持しながら、それを現像領域全体にわたって均一な白色に着色することによって同定することができます。また、適切にLORの開発に失敗すると、8.2.3.1で説明した問題が生じます。例のLORの開発プロセスについては、 図3を参照してください。
注：2または1：1などの純水への適切な開発者の低い割合に切り替える装置が細かい機能は、デバイスを吹き出すことなく開発することができるように、完全な開発に近づくにつれて3と便利です。しかし、総時間が増加するにつれて、これらの用量で開始することが有利ではなく、develのに最適な時間を超えOPER。
- 圧縮窒素とドライ。繰り返して、完全にLORを開発するために、必要に応じて8.3を繰り返します。
9.預金アルミ
- 50μTorrの真空下で電子ビーム蒸発器または同等の装置を用いて、5オングストローム/秒でウェハ上にアルミニウムを200nmを蒸発させます。
10.リフトオフアルミ
- 90℃のホットプレート上で750mlの水と大きなガラス皿を埋めます。水皿にプラスチック製のバッファを挿入します。別の小さなガラス容器にNメチル-2-ピロリドン（NMP）100mlの溶液中に装置を浸します。
- 水位はNMPのコンテナの高さを超えないことを確実にプラスチックバッファにデバイスを含むNMP溶液の容器を置きます。カバーとアルミニウムのリフトオフが完了するまで、3〜4時間を座ったりしましょう。 NMPからデバイスを削除します。
注：NMP浴からそれを削除する前に、デバイスからのアルミニウムの大規模なセクションをきれいにすることが有利です。デバイスANを噴出するNMPを充填したピペットを使用してこれを行います不要なアルミの残りの大きな塊をたたき落とすdは。 - IPAでデバイスをすすぎ、圧縮窒素で乾燥しました。顕微鏡下で、リフトオフが完了したことを確認します。不要な残留アルミニウムが残っている場合は、アセトンでデバイスを濡らし、非常に穏やかに除去するために、アセトン中でコーティングされたクリーンルーム綿棒で磨きます。
- 、IPAですすぎ、圧縮窒素で乾燥し、顕微鏡下で再チェックしてください。必要に応じて10.3と10.4を繰り返します。
11.ポーランド終了
- このようなポジ型フォトレジストの層として、保護膜でコートデバイスを。トランスデューサとの端部が研磨に露出するようにデバイスを固定します。ない表面欠陥がデバイスを出る光と干渉しないように適切な研磨手順23を使用して、ゆっくりと、100nm未満の表面粗さに装置の端部を研磨します。
- クランプからデバイスを取り外し、保護フィルムをきれいに。フォトレジストは、保護膜、寛大なとして使用された場合アセトン中ですすぎ、その後、IPAは、それを削除します。圧縮された窒素で、必要に応じてサンプルを乾燥させます。
ブレークアウト基板上12.マウント
- 任意のアセンブリは、RFブレイクアウトボードのために必要とされている場合は、その仕様に応じてブレークアウトボードを組み立てます。
- 、ガラススライドのうち、しっかりとRFブレイクアウトボードとデバイスの両方を保持するためのマウントプラットフォームを構築します。注：1 75×50×1ミリメートル3および2 75×25×1ミリメートル3：マウントプラットフォームは、3つのガラススライドのうち、U字状に構築されています。
- 大型スライドの左端の第四の上に瞬間接着剤の寛大なビーズを置きます。左端と下端が大きいスライド上の対応するエッジと整列するように瞬間接着剤のビーズの上に小さいスライドの1を置きます。
- 瞬間接着剤セット、約15秒まで、2つのスライドにしっかりと等しい圧力を適用します。大型スライドの右端の第四のためのプロセスを繰り返します。
- Dをマウント両面テープで取り付けプラットフォームのトップにevice。取り付けプラットフォームは装置の端を出る光と干渉しないように、デバイスの端部が取り付けプラットフォームの端を張り出すことを確認してください。
- それは、デバイスを出る光のビーム経路にならないように取り付けプラットフォームにRFブレイクアウトボードをマウントします。これを実行する簡単な方法は、ブレイクアウトボードの底部が装置の上面より上になるように厚いテープでブレイクアウトボードを上昇させることです。
- ワイヤボンドRFブレイクアウトボード上のそれぞれの場所に、デバイス上のパッド。ブレイクアウトボードの入力にそれぞれ変換器をインピーダンス整合するために27 nHとの直列インダクタを使用します。
13.プリズムカップリング
- 装置内に夫婦光にルチルプリズムを選択します。光（横電界）の偏光は、Xカットニオブ酸リチウム、ルチル、光軸（Z軸）の光軸に平行であるべきです。
- クリーントン彼は、デバイスとIPAで徹底的にプリズムの両方の表面に接触します。テストされるチャネルに集中しているように、プリズムを配置します。
- しっかりとクランプ機構を備えた装置の上部に対して、プリズムの底面を押します。注：基板をクラックし、カップリングプリズムを損傷するなどの過剰な圧力を締めすぎないようにしてください。
- 成功した場合、湿ったスポットが表示されます確認します。
注意：湿ったスポットは、プリズムと試料との間の界面における減衰全反射の領域です。適切なプリズムカップリングの例については、 図4を参照してください。
特性評価装置で14マウント
- A.ヘンリー4によって議論異方性漏洩モード光変調器のための周波数分割色特性評価装置の回転プラットフォーム上のデバイスをマウントします。
注：キャラクタリゼーション装置の概略を図5に供給されます。
- レーザーをオンにします。 638 nmで、532 nmのための5.5 V、および445nmで6.5 Vのため、この紙の使用5 Vに示す結果を複製するには。
- 散乱光の強度が目に快適になるまで、ビームを減衰させます。レーザー偏光を検証します。
- 半波長板の後に光路に偏光板を配置してブロックを水平偏光となるよう。レーザ光の最大減衰を達成するために1/2波長板を回転させます。偏光板を取り外します。
- レーザー装置の上面との間の角度が適切な入口角に設定されているように、手動でプラットフォームを回転させます。
注：適切な角度は、所望の試験波長およびモードに従って、表1に見出すことができます。 - レーザーの焦点がプリズムの90度コーナーを通過する際に直線並進ステージを使用して、プリズムの位置を合わせます。注：プラスレーザー皮下プリズムの角に起因するatterは時々見ることができます。
- この時点で、光は導波路における散乱によって、または装置24の端部から出てくる特性モード線による光の特性筋のいずれかによって確認することができる装置に結合されるべきである（ 図6参照）。
注：結合を確認するために、モードラインを使用する場合、ビーム経路からパワーメータを除去するために有用です。代わりにビーム経路に、そのような白い紙のように、均一に散乱オブジェクトを挿入します。 - 全く結合が検出されない場合、レーザの焦点プリズムの結合エッジを維持しながら、ゆっくりと装置を回転させます。いずれかの方向に5度回転後には結合が検出できない場合は、プリズムを削除し、ステップ13に戻り、回転台からデバイスを削除。
- この時点で、光は導波路における散乱によって、または装置24の端部から出てくる特性モード線による光の特性筋のいずれかによって確認することができる装置に結合されるべきである（ 図6参照）。
- カップリングは、微調整を検出されると、回転プラットフォームと線形変換ステージはマキシします光の結合をマイズ。
16. RF入力を接続し、デバイスを囲み
- アライメント中に除去されたパワーメーターを交換してください。また、アライメントの目的のために使用されるビーム経路にある障害物を取り除きます。
- デバイスのブレークアウトボードにRF入力を接続し、RF信号発生器の電源をオンにします。アンプの電源が入っていることを確認します。注：バーンアウトからデバイスを保護するために、デバイスに到達する信号の電力は1 Wを超えてはなりません
- アライメント時の安全のために使用される任意の減衰を削除します。レーザーは、テストのために使用される光パワーレベルになりました。光学的に隔離ボックスにシステム全体を囲みます。
17.ファイル名を指定して実行与えられたテストプログラム
- このような付録で提供LabViewのファイルAutomatedDeviceCharacterization.viとして、評価装置を実行するために、実験装置のマネージャを取得します。
- テストSOFにすべてのユーザー・パラメータを挿入します制御コンピュータ上tware。注： 図7は、提供実験制御ファイルを使用して、それらのために供給されています。これは、提供さ解析プログラムは、ステップ19で正常に実行するための自動化された各テストの前に更新されなければならないフィールドが順に実行されている黄色のボックスで示しています。
- 本稿で提示した結果を複製するには、次のテストパラメータを使用：初期周波数：100 MHzの、最終的な周波数：800 MHzの、周波数ステップ：10、ラフ初期位置：0、ラフ最終位置：25、およびポジションの手順：1.メイクを必ずボタンが押されると「出力はファイルに "。
- テストプログラムを実行します。
注：提供されるプログラムは、ユーザ定義された間隔で直線軌道に沿ってパワーメータを駆動します。各位置でのRF入力信号は、選択された周波数のセットを介して掃引され、電力測定が行われています。測定は、実験されている最も低い周波数設定におけるRF入力と最小出力電力で行われますlyが無入力信号4に相当すると判断しました。これらの測定値は、その後、3Dインタラクティブグラフでリアルタイムにグラフ化されています。- 4出力ファイルを確認します* config.csv実験を説明し、* data.csvは、各周波数での電力読み取り値が含まれている、* no_stim.csvは、バックグラウンドノイズの読み取りが含まれており、* graph.jpegは、ユーザのグラフのコピーが含まれていますプログラムのインターフェースプログラムが終了したときにそれがあったとして。 図8を参照してください。
- 繰り返しセクション各波長および表1に記載のTE1モードの15-17。
18.周波数と角出力プロファイルを分析
- 統計解析プログラムを入手するか、付録で提供CompareWDMmodes.m MATLABコードをダウンロードしてください。
- （プログラムが配置されている）フォルダに、サブフォルダ、「サンプル番号」を作成し、テストプログラムに「サンプル番号」を入力します。サンプル番号でありますデバイス識別番号。
- このフォルダには、「サンプル番号は、「3サブフォルダを作成します。次のように各フォルダに名前を付け、「サンプル番号」_「 カラー」_M1_「 トランスデューサー」。 「大胆かつ斜体」の名は、ユーザがテストプログラムに入力された値です。 （ 例えば A16_BLUE_M1_T1、C5_RED_M1_T13、またはD35_GREEN_M1_T18）。
- 各サブフォルダに、その特定の波長、モード、およびトランスデューサに対応するテストソフトウェアで作成された4つのファイルをコピーします。
- 解析プログラムを開き、テストソフトウェアにユーザー定義の値の入力を反映するために一番上にユーザー定義変数を変更します。
注：テストプログラムで提供される解析プログラムを使用して、ユーザーが定義された値は、「サンプル数」= A16、「ガイドモード」= 1、「 トランスデューサー」= 1の分析コードは次のように変更されるだろうしている場合：
; ％ユーザー定義変数
シリーズ= 'A';
サンプル= 16;
モード= [1]。
トランスデューサ= 'T1'; - 分析プログラムを実行します。
注：とりわけ、提供分析コードを使用する場合には、正規化周波数応答と、赤色、緑色、及び青色光用の角度出力を比較図を作成します。それが作成するファイルは、「サンプル番号」サブフォルダにあります。出力の例については、 図9を参照してください。
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
プロトコルの原理の結果は、上記の図2、単一周波数に示す商業プリズムカプラから導波モード測定され、カスタマイズされたプリズムカプラから集めた生の入力/出力データは、図8に示されており、多色の曲線は、図9に示します。次の段落では、これらの各出力によって生成される実用的な情報を説明します。
商業プリズムカプラから収集導波モード情報は、導波路の深さを確立するために、主に、使用されているが、モードの数とその間隔は、漏洩モードの動作に関連する他の有用な情報を含みます。設計どおりに動作するように漏洩モードデバイスの場合、それはすべての色のためのガイド・ツー・漏洩モード遷移を持っている必要があり、実験では、各イルミナのために少なくとも2導波モードが存在する場合、これが真であることが示されていますション波長。これは、3つの表示色の少ない導波モードを有するように、赤色のために特に適切です。プロトン交換ステップ2は、増加または2つの赤いのモードがあることを確認する減少させるべきです。一般に、赤色で二つのモードを有する、緑及び青に少なくとも2つのモードも存在することを示しています。色の周波数分割多重のために最適化された装置は、赤、緑三モードと青の4つのモードの二つのモードを示しています。アニール時間が長すぎる場合、より少ないモードが緑及び青のために表示されてもよいです。モードの最適な数よりも少ないが、緑、青の光のために表示された場合は、ステップ3でのアニール時間を延長する必要があるかもしれません。長いアニールは、しかし、また、誘導モードの実効屈折率が低下します。
図8に示すように、カスタムプリズムカプラーの生の出力は、このようなRF帯域幅などの重要なデバイスパラメータ、角スイープの数の一つの良い質的な感覚を与えます波周期と近似回折効率立っ走査直線性、スポットサイズ、。 Y軸上のデータの投影は、我々は、中心周波数と動作のおおよその帯域幅を読み取ることができる装置の周波数応答を与えます。 X軸上のデータの投影が回折光出力のスパンを与えます。この軸上の投影は、デバイスの角スイープの良い指標であるので、この位置情報は、デバイスの出力の角度掃引にほぼ比例しています。グラフのX-Y平面上のデータの傾きは、私たちにスキャンの直線性の感覚だけでなく、入力周波数とスキャンの速度を提供します。 X軸は、十分に高い解像度でサンプリングされる場合には、X軸に沿った断面は、ビームプロファイルを与えます。 Y軸は、十分に高い解像度でサンプリングされている場合、表面音響定常波パターンは、それらが顕著である場合、音響吸収器を追加することが有益であり得るapparent-なることがスキャンも、滑らかを生成する装置。絶対的な回折効率を測定するが、別のデバイスを比較すると、信号対雑音比は、相対回折効率の良い指標となるれていません。この生データは、情報のかなりの量を提供し、それだけで1つの照明波長に関連します。
デバイスが色の周波数制御が可能であるかどうかを判断するには、生データは、 図9のようなグラフを形成するために、すべての3つの波長を有するいくつかの実験のために処理される。XとY軸の突起が最初にすべてのためTE1導波モードのために収集されています3色。これらの突起は、角度及び周波数に重畳された多色周波数と示すような角度応答を形成するために、それぞれ軸。各色の応答は角周波数で隣接して重なっている場合、デバイスは、色の周波数制御のために適切です。
図1：漏洩モード変調器左側に見られるように、光がエバネッセントカップルが基板の表面にindiffused導波路に光をルチルプリズムを介してデバイスに入ります。導かれた光は、導波路からの光をoutcouple、その偏光を回転させる弾性表面波が発生し、デバイスの遠端部に向かって伝播します。この相互作用のための運動量図は右側に与えられています。 ge.jpg "ターゲット=" _空白 ">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。
図2：導波路のデータサンプルのレーザーからの光は、プリズムに結合されます。これは、デバイスのとパワー・センサの上に表面をオフに反映されます。導波モードが存在する場合、代わりにデバイスから反射によって、光が基板を通って装置の端導出されます。従って、電力センサから離れて案内され、鋭い「ディップ」のプロットで発生されます。このプロットで同定された2つのモードがあります。左から右に読んで徐々に増加する電力は、プリズムの境界に空気で徐々に増加伝達効率によって説明することができる。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。
図3：サンプルLOR開発プロセス LORなどのデバイスの同じ領域の画像が開発されています。一番左の写真は、最初の25秒の現像時間後に顕微鏡下で撮影されました。従い写真は反復プロセスを通じて変化のサンプリングです。最終的な絵がきれいなエッジと下にある基板の露出を表示するLOR現像後のデバイス上の細かい機能のクローズアップである。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。
図4：ブレークアウト基板に取り付けられたプリズム結合素子 。正しく接続された、完成した装置は、そのブレアに取り付けられましたKOUTボード。適切な角度で、この絵のように、湿ったスポットは、色の虹を反映している。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。
図5：特性評価装置の特性評価装置概略基本図。レーザーは、プリズムを介してデバイスに結合される前に、光学部品のシリーズを介して送信されます。いったん導波SAWモードの内側にすだれ状電極によって生成波とRF信号は、周波数制御可能な角度でどの出口が漏れやすいモードデバイスに光をノック。信号発生器は、制御性とアウトを記述する多変数のグラフを作成する周波数の範囲を介して実行中のリニアアクチュエータは、位置の範囲を介してパワーメータを駆動しますデバイスの置く。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。
図6：適切な光結合の識別技術左側に示すように、適切なカップリングは、導波路に散乱による光の特性スジの存在のいずれかによって識別することができ、または特性モードの線での最後のアウトデバイスは、右のショーとして。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。
図7：LabViewのテストソフトウェアのユーザ・インタフェースのユーザー間。すべてのユーザ定義の変数を含む顔。各自動テストを適切に実行するための分析プログラムのために実行される前に、黄色で箱入りの項目を更新する必要があります。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。
図8：ポジショングラフ対サンプル周波数のRF入力とパワーメータの位置が直線的にスキャンされているが、実験ソフトウェアは、収集されたデータのこのインタラクティブな3Dグラフを構築し、表示されます。完了すると、現在のビューを簡単に参照するために保存されている。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。
/53889fig9.jpg "/>
図9：モードの比較データをサンプル 3つの波長の周波数応答が左側に示されています。デバイスは、波長毎に個別制御では200MHzの帯域幅を有します。右側の各デバイスの出力角度の応答です。 5-7°のための良い角度の重複があります。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。
| 波長 | モード | 角度 |
| 638 nmの | TE0 | 23° |
| TE1 | 28° | |
| 532 nmの | TE0 | 26° |
| TE1 | 31° | |
| TE2 | 32° | </ TR>|
| 445 nmの | TE0 | 31° |
| TE1 | 36° | |
| TE2 | 38° | |
| TE3 | 39° |
表1：本ドキュメントに記載のデバイスに対する所望のTE1モード励起用のモード励起パラメータ角と波長のパラメータ。
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
各デバイスの設計は、2つの重要なステップ、LORのプロトン交換と開発しています。 2つのうち、プロトン交換時間は、順番に漏洩モードに導か遷移、制御可能な周波数帯域幅、及び光の各色毎に重要な設計パラメータの数を決定し、導波路の深さを決定します。赤で二つの導波モードが望まれます。以上が、その後存在する場合、帯域幅が犠牲になります。以下が存在その後、漏洩モードの移行に導かないが保証されていない場合。所望の結果を達成するためにプロトン交換時間を修正するために、ステップ2.2.1の注に従ってください。
適切なLORの開発は、適切なリフトオフとすだれ状電極のそれによって、適切な機能のために必要とされます。それは最高の体験を通して習得ステップです。 50％の溶液を約35秒で同じことをするでしょうしながら、開発者の非希釈溶液は7秒でトランスデューサの指を吹き出します。正確な時間は必要性を作成し、デバイスによって異なります以上の溶液を希釈するために繰り返し迅速な暴露に続いて50％溶液中で25秒間の装置を開発します。パンクが減少開発時間や溶液濃度を生じた場合、所望の結果を達成します。
特性評価プロセスでは、プリズムカップリングとアライメントは重要なステップです。デバイスが不十分である場合には、プリズム結合された、または不十分全く光を整列していないが、それが不可能な結果を測定すること、導波路を入力します。アライメントは最高の小さな調整で達成されます。散乱光の変化は、モード行へのアプローチを示しているか、すだれ状電極の近接性を示すことができます。経験は最良の師。
このプロトコルは、単一のデバイスを製造するために設計されています。このようなスケーラビリティが制限され、小さいほどバリエーションは、デバイスからデバイスに存在することになります。しかし著者は、積極的にこの課題を克服しますウエハ駆動製造プロセスの開発を進めています。別のlimitatこの特性評価プロトコルのイオンは、アクティブなテスト・プロセスに依存しているということです。すだれ状電極は、導波路の深さとモード遷移の変化に対応するために大きな帯域幅を持っている必要があります。遷移周波数が決定されると、より狭い帯域幅変換器を設計することができます。プロセスのための良いモデルは、このステップの必要性を排除するであろう。最後に、試験プロトコルは、波長とデバイスの変化の間に人間の調整を必要とする、完全に自動ではありません。
装置は、良好な角重なりと周波数の両方の制御を示していると、3D holovideoディスプレイ1のような用途に用いることが可能です。これらのデバイスは、ピクセル化ライトバルブ、MEMSデバイス、及びバルク波の音響光学変調器として、今日の一般的なディスプレイ技術、上の大きな改善である製造するためにのみ2のパターニング工程を必要とします。なお、この製造、測定、およびCHへのアクセス権を持つことを著者らの希望でありますaracterizationプロトコルは、エレクトロホログラフィックディスプレイ研究のより広範な参加を奨励します。
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
著者らは、開示することは何もありません。
Acknowledgments
作者は感謝して空軍研究所の契約FA8650-14-C-6571からとDAQRI LLCからの財政支援を認めます。
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).
