Introduction
De flesta holografiska displaytekniker, såsom pixelated ljusventiler samt MEMS-enheter och bulk våg akustooptiska modulatorer, är alltför komplexa för att möjliggöra ett brett deltagande i deras utveckling. Pixelated modulatorer, särskilt de med filterskikt och aktiva bakplan kan kräva massor av mönstrings steg för att bygga 5 och kan begränsas av fan-out 6. Ju större antalet mönstring steg högre enhetens komplexitet, och tätare tillverkningsprotokoll måste vara att uppnå rimlig enhet avkastning 7. Bulk-våg akustooptiska modulatorer inte lämpar sig för wafer baserade processer 8,9. Anisotropa läckande läge modulatorer, kräver emellertid endast två mönster steg för att tillverka och använda relativt vanliga mikrotillverkningstekniker 10,11. Tillgängligheten av dessa processer gör det möjligt för varje institution med blygsamma tillverkningsfaciliteter för att delta i utvecklingen av holographic videodisplayteknik 12.
Enkelheten i enheten tillverkning kan vara avväpnande, men eftersom en korrekt funktion av enheterna är starkt beroende av vågledare som måste noggrant mätas och justeras för att uppnå önskad enhet egenskaper. Till exempel om vågledaren är för djupt, enhetens driftsbandbredd kommer att smalare 13. Om vågledaren är för grunt, kan anordningen inte fungerar för röd belysning. Om vågledare glödgas för lång, kommer formen hos vågledaren djup profilen förvrängd, och de röda, gröna och blå övergångar kan inte sitta intill varandra i frekvensdomänen 14. I detta arbete presenterar författarna de verktyg och tekniker för att utföra denna karakterisering.
Leaky mode modulator består av en proton utbytt vågledare indiffused på ytan av en piezoelektrisk, x-cut litiumniobatsubstrat 15,16. Vid den ena ändenav vågledaren är en aluminiuminterdigital transduktor, se figur 1. Ljus införes i vågledaren med användning av en prismakopplare 17. Transduktorn lanserar sedan akustiska ytvågor som interagerar contralinearly med ljus i vågledaren längs y-axeln. Denna interaktion par guidade ljus in en läckande läge som läcker ut från vågledaren in i bulk och slutligen utträder substratet från kantytan 18,19. Denna interaktion roterar också polarisationen från TE polariserat guidade ljus till TM-polariserat läckande läge ljus. Det ytakustiska vågmönster är hologrammet, och det är i stånd att skanna och forma det utgående ljuset för bildning av en holografisk bild.
Vågledaren är skapad av protonutbyte. För det första är aluminium avsatt på substratet. Då aluminiumet mönstras fotolitografiskt och etsas för att exponera regioner av substratet för att bli vågledarkanaler. Den kvarvarande aluminium fungerar som ett hårtmask. Substratet är nedsänkt i en smälta av bensoesyra som förändrar ytan index i de exponerade områdena. Enheten tas bort, rengöras och glödgades i en muffelugn. Det slutliga djupet hos vågledaren bestämmer antalet läckande lägesövergångar. Vågledaren djup bestämmer även frekvensen för varje guidade-till-mode övergångar för varje färg 4.
Aluminium omvandlarna är utformade genom liftoff. Efter vågledare är bildade, en E-stråle resist spinns på substratet. En inter givare mönstras med en elektronstråle för att bilda en frekvensvariabel givare för att bemöta den 200 MHz-bandet som ansvarar för styrning av färg i vågledaranordningar. Perioden finger bestäms av Λƒ = v där, Λ, är fingret perioden, v, är ljudhastigheten i substratet och, ƒ, är den radiofrekventa (RF). Omvandlaren kommer att ha en impedans som måste anpassas till 75 ohm för effektiv drift 20.
<p class = "jove_content"> Den guidade till läckande läge interaktion sker vid olika frekvenser för olika våglängder av belysningsljuset och som ett resultat rött, grönt och blått ljus kan styras i frekvensdomänen. Det ytakustiska vågmönstret genereras av en RF-signal skickas till den interdigitala transduktorn. RF av insignalen översätta till spatiala frekvenser på det ytakustiska vågmönstret. Vågledaren kan tillverkas så att lågfrekvenssignaler styra vinkel svep och amplitud av rött ljus, medan mellanfrekvenser styr grönt ljus och höga frekvenser kontrollerar blått ljus. Författarna har identifierat ett antal vågledare parametrar som gör att alla tre av dessa interaktioner vara separata och angränsande i frekvensdomänen så att alla tre färger kan styras med en enda 200 MHz-signalen som är den maximala bandbredden råvarugrafikprocessorer ( GPU).Genom matchning av bandbredden för en GPU kanalsom av en läckande läge modulator, blir systemet helt parallella och skalbar. Genom att tillsätta bandbredd matchade par av grafikprocessorer och läckande läge modulator kanaler, kan man konstruera holografiska skärmar av godtycklig storlek.
När enheten har skapats är det noga karakteriseras att kontrollera att frekvenserna för guidad till läckande läge övergången är lämpliga för frekvensstyrning av färg. Först är placeringen av de styrda moder bestäms av en kommersiell prismakopplare för att bekräfta att vågledaren har lämpligt djup och det korrekta antalet styrda moder. Sedan, efter anordningarna monteras och förpackas, placeras de i en anpassad prisma kopplare som avbildar ingångsfrekvenser på det skannade resultatet ljus. Den resulterande data ger frekvensingångssvar och vinkelutgångssvaret för rött, grönt och blått ljus för enheten som ska testas. Om enheten har tillverkats korrekt kommer enheten ingångsreaktions separeras ifrekvensen och den utgående svar kommer att vara överlappande i vinkel. När detta är bekräftat, är anordningen färdig för användning på en holografisk bildskärm.
De första mätningarna ske innan enheten har förpackats. Vågledaren Djupet bestäms av en kommersiell prismakopplare. Detta kan åstadkommas med bara en belysningsvåglängd (typiskt 632 nm röd) men författarna har ändrat sin kommersiella prismakopplare för att kunna samla in lägesinformation för rött, grönt och blått ljus. Efter förpackning, undergår anordningen en andra mätning i en anpassad prismakopplare som registrerar avböjda utgångsljuset som funktion av inmatad RF. En detaljerad beskrivning av dessa mätningar följer. Tillverkningssteg ges också.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Inledande beredning
Obs: Börja med en ny X-cut litiumniobat rån. Det bör vara av optisk kvalitet, 1 mm tjock, ren, med ingenting avsatt på ytan, båda sidorna polerade, och den övre sidan märkt.
- Med användning av en elektronstråle förångare eller motsvarande maskin vid ett vakuum av 50 μTorr, indunsta 200 nm av aluminium på rånet vid 5 Å / sek. Att replikera de presenterade resultaten, placera skivan konstellationen 65 cm ovanför aluminiumdegel.
- Snurra på 30 droppar av en positiv fotoresist, såsom AZ3330, vid 3000 rpm under 60 sek. Softbake resisten vid 90 ° C under 60 sek. Obs: För en detaljerad beskrivning av mekanik spinning polymerfilmer ser arbetet av CJ Lawrence 21.
- Använder rätt masken, såsom filen "Mask 1. Proton Exchange Mask.dxf" levereras i bilagan, exponera skivan med hjälp av en mask Aligner med en 350 W kvicksilverlampa eller motsvarande för 10 sek per maskin specifications. Se till att den tunna skivan är i linje så att vågledarna är parallella med y-axeln.
- Utveckla resisten i en positiv fotoresist utvecklare för 60 sek. Hårt baka skivan i 60 sek vid 110 ° C. Etsa bort den exponerade aluminium helt genom att sänka ned den under 2 min i en 1 L lösning aluminiumetsnings upphettades till 50 ° C.
VARNING: Aluminium Etch är giftiga, frätande och skadligt. Se säkerhetsdatablad för korrekt hantering och lagring av denna kemikalie. Använd rätt personlig skyddsutrustning för syra vid hantering av denna kemikalie. - Avlägsna fotoresistmasken med en skölj aceton följt av isopropylalkohol (IPA).
- Med användning av en 0,016 i. Tjock diamantklinga med en exponeringstid djup av 0,165 in. På en automatisk tärnings sågar, skär skivan i 10 x 15 mm 2-enheter med den långa dimensionen parallell med y-axeln.
Obs: Bladet kommer inte skära hela vägen genom substratet. Att separera varje enhet, helt enkelt understryka varje snitt görs av tärningssågen. Varje 10 x 15 mm 2 enheten individuellt gå igenom de återstående stegen i protokollet.
2. Proton Exchange
- Placera en enskild enhet i ett provrör med ett litet hål marken i botten för att tillåta interaktion mellan enheten och alla flytande bad.
- Protonutbyte anordningen genom nedsänkning i en 1 L smälta av 99% ren bensoesyra vid 240 ° C. Använda en nedsänkningstid av 10 min och 10 sek för att uppnå målet djup av 0,4504 ^ m.
Obs! Protonutbytes nedsänkningstiden dikteras av diffusionskoefficienten, D, som för författarnas smälta är för närvarande D = 0,2993. Protonutbytes nedsänkningstiden beräknas med användning av förhållandet T = d 2 / (4 D). I denna ekvation, T är utbytet tiden i timmar, d är vågledaren djup i mikron, och D är diffusionskoefficienten. För en detaljerad beskrivning av mekaniken i protonutbyte se verk av JL Jackel en5. - Ta bort enheten och låt svalna i 5 minuter eller tills sval vid beröring. Rensa bort alla bensoesyra rest med en sköljning av aceton sedan IPA.
3. Hybridisera
- Placera enheten i en vanlig provrör och linda röret i aluminiumfolie. Placera röret i en muffelugn under 45 minuter vid 375 ° C. Ta bort enheten och låt svalna i 5 minuter eller tills sval vid beröring.
4. Rengör
- Rengör aluminiummasken från enheten med aluminiumetsning för ungefär två minuter vid 50 ° C. Rengöra enheten i sura piraya etsning för att avlägsna eventuella organiska rester.
VARNING: Surt Piranha etsning är giftiga, frätande och skadligt. Se säkerhetsdatablad för korrekt hantering och lagring av dessa kemikalier. Använd rätt personlig skyddsutrustning för syra vid hantering av dessa kemikalier. - Skölj enheten i aceton, sedan IPA och torr med komprimerat kväve.
5. Waveguide Mätningar
- Använda något kommersiellt vågledare analysator åtgärd egenskaperna hos protonen utbytt vågledare.
Obs: En bra enhet kommer att ha 2 bundna moder med hjälp av en 633 nm laser. Se figur 2 för ett exempel på önskade resultat. Om enheten visar mer än två styrda moder för röd belysning då utbytestiden i steg 2,2 bör minskas. Likaså om enheten visar mindre än två styrda moder utbytestiden bör ökas.
6. Tillsätt Resist
- Spinn på 4 droppar av en Lift Off Resist (LOR) vid 3000 rpm under 60 sekunder och sedan grädda vid 200 ° C under en timme. Ta bort och låta enheten svalna i 5 minuter eller tills sval vid beröring. Spinn på 4 droppar av en 3: 1 lösning av polymetylmetakrylat (PMMA) och anisol vid 3000 rpm under 60 sek och därefter baka vid 150 ° C under 15 min.
- Ta bort och låta enheten svalna i 5 minuter eller tills sval vid beröring. Snurra på 2 droppar av en ledande polymer vid 1000 rpm under60 sekund, sedan snurra vid 6000 rpm under 4 sek för att avlägsna eventuellt överskott.
7. Mönster
- Använd en elektronmikroskop förstärkt med en stråle blanker för att möjliggöra skrivning eller motsvarande maskin för att exponera enheten.
- Under ett vakuum av 50 μTorr, exponera det ledande skiktet till en elektronstråle med en dos yta på 30 iC / cm 2 som skannar mönster av inter givare. Att replikera resultaten använder en uppmätt strålström av 410 pA.
- Skriv mönstret från en DXF eller motsvarande fil på elektronmikroskop enligt maskinens specifikationer.
Obs: För en detaljerad beskrivning av Elektronstrålelitografi process se det arbete som RE Fontana 22.
8. Utveckla
- Ta bort det ledande skiktet genom att skölja anordningen i en kontinuerlig ström av avjoniserat vatten för 5sec. Ta bort den exponerade PMMA genom att doppa anordningen i 1: 3 lösning av metyl isobutyl keton (MIBK) och IPA under 45 sek.
- Ta bort från 1: 3 lösning av MIBK: IPA och skölj med IPA under 5 sekunder. Torka enheten med komprimerat kväve.
- Upprepa steg 8.1-8.1.1 som är nödvändiga för att till fullo utveckla PMMA.
Obs: Men utsätta enheten till lösningen av MIBK: IPA i 5sec steg bara. Fullständig utveckling bör avslöja LOR under PMMA och kan identifieras genom en enhetlig färg i hela den utvecklade område omgivet av skarpa kanter och hörn.
Obs: Under utvecklingen av PMMA leder till liten funktion blowout och kan helt radera intergivar fingrarna lämnar en enda stor utvecklad block. Likaså under utveckling lämnar olikformiga rester som kommer att minska effektiviteten av liftoff process som följer. - Avlägsna LOR i exponerade området genom att doppa anordningen i en 1: 1 lösning av en lämplig framkallare och avjoniserat vatten för 25 sek. Ta bort från en: en lösning av en appropriate utvecklare och avjoniserat vatten. Skölj med IPA under 5 sekunder.
- Torka med komprimerat kväve. Upprepa steg 8,3 som krävs för att fullt ut utveckla LOR.
Obs: Men utsätta enheten till lösningen av en lämplig utvecklare och avjoniserat vatten i 2 sek steg bara. Fullständig utveckling bör avslöja ytan av substratet under LOR. Det kan identifieras genom en enhetlig vit färg över hela den odlade arealen med bibehållen skarpa kanter och hörn. Underlåtenhet att utveckla LOR ordentligt leder också till de problem som diskuteras i 8.2.3.1. Se figur 3 för en utvecklingsprocess exempel LOR.
Obs: Övergång till ett lägre förhållande av en lämplig utvecklare till avjoniserat vatten, såsom 1: 2 eller 1: 3 är till hjälp eftersom enheten närmar fullständig utveckling att låta de fina funktioner för att utvecklas utan att blåsa ut enheten. Emellertid är det inte fördelaktigt att börja med dessa doser som totalt tiden ökar och överskrider den optimala tiden i developer.
- Torka med komprimerat kväve. Upprepa steg 8,3 som krävs för att fullt ut utveckla LOR.
9. Värde Aluminium
- Med användning av en elektronstråle förångare eller motsvarande maskin vid ett vakuum av 50 μTorr, indunsta 200 nm av aluminium på rånet vid 5 Å / sek.
10. Liftoff Aluminium
- Fylla en stor glasskål med 750 ml vatten på en varm platta vid 90 ° C. Sätt en plastbuffert i vatten skålen. I en separat liten glasbehållare dränka anordningen i en 100 ml lösning av N-metyl-2-pyrrolidon (NMP).
- Placera behållaren NMP-lösning innehållande anordningen på plastbuffert säkerställa att vattennivån inte överstiger höjden av behållaren i NMP. Täck över och låt sitta 3-4 timmar eller tills aluminium liftoff är klar. Ta bort enheten från NMP.
Obs: Det är fördelaktigt att rensa bort stora delar av aluminium från enheten innan du tar bort den från NMP badet. Gör detta genom att använda en pipett fylld med NMP att spruta enheten end slå bort eventuella återstående stora bitar av oönskade aluminium. - Skölj enheten i IPA och torr med komprimerat kväve. Under ett mikroskop, kontrollera att liftoff är klar. Om oönskade rest aluminium kvar, väta anordningen med aceton och mycket försiktigt borsta med en renrumspinne belagd i aceton för att avlägsna.
- Skölj i IPA, torka med komprimerat kväve, och kontrollera igen under mikroskop. Upprepa 10,3 och 10,4 som behövs.
11. Polera End
- Belägga anordningen i en skyddande film, såsom ett skikt av positiv fotoresist. Kläm enheten så att änden med givarna utsätts för polering. Användning av lämpliga polerförfaranden 23, långsamt polera änden av anordningen till en ytråhet av mindre än 100 nm, så att inga ytdefekter interferera med ljus som lämnar anordningen.
- Ta bort enheten från klämman och rensa bort skyddsfilmen. Om fotoresist användes som en skyddsfilm, en generösskölj i aceton och sedan IPA kommer att ta bort det. Torkas provet efter behov med komprimerat kväve.
12. Montera på en Breakout Board
- Om någon montering krävs för breakout ombord på RF, montera breakout styrelsen i enlighet med dess specifikationer.
- Bygga, av glasskivor, till en monteringsplattform hålla fast både ombord på RF breakout och enheten. Obs: Monterings plattformen är byggd i en U-form av tre glasskivor: en 75 x 50 x 1 mm 3 och två 75 x 25 x 1 mm 3.
- Placera en generös sträng superlim över vänstra fjärdedel av den stora bilden. Placera en av de mindre glider över vulsten superlim, så att vänstra kanten och den nedre kanten i linje med motsvarande kanter på den stora bilden.
- Applicera fast och lika tryck på de två glider tills superlim apparater, ca 15 sek. Upprepa processen för den högra fjärdedel av den stora bilden.
- Montera denheten till toppen av monteringsplattform med dubbelhäftande tejp. Se till att änden av anordningen överhäng i slutet av monteringsplattformen så att monteringsplattformen inte interfererar med ljus som lämnar den änden av anordningen.
- Mount RF breakout ombord på på monteringsplattformen, så att det inte är i strålgången av ljus som lämnar anordningen. Ett enkelt sätt att göra detta är att höja breakout board med tjocka bandet, så att botten av breakout kortet befinner sig över toppen av anordningen.
- Tråd obligation dynorna på enheten till sina respektive platser på breakout ombord RF. Använd en 27 nH serieinduktor att impedansanpassningen varje givare till breakout ombord ingångarna.
13. Prism Koppling
- Välj en rutil prisma för att koppla ljus in i enheten. Polarisationen av ljuset (Transverse Electric) bör vara parallell med den optiska axeln hos den rutil den optiska axeln (Z-axeln) av X-skuren litiumniobat.
- ren tHan kontaktytor både enheten och prismat ordentligt med IPA. Placera prismat så att den är centrerad på den kanal som ska testas.
- Tryck på botten av prismat ordentligt mot enhetens ovansida med en klämmekanism. Obs: Dra inte åt så överdrivet tryck spricker substratet och skada kopplingen prisma.
- Om det lyckas, observera en våt fläck visas.
Notera: En våt fläck är en region av frustrerad total inre reflektion vid gränsytan mellan prismat och provet. För ett exempel på en korrekt prismakoppling se figur 4.
14. Montera i Characterization Apparatus
- Montera enheten på den roterande plattformen Frequency division färg karakterisering apparat för anisotropiska läckande läge Ijusmodulatorer diskuteras av A. Henrie 4.
Notera: En schematisk bild av Characterization Apparatus levereras i figur 5.
- Sätta på lasern. Att replikera de resultat som presenteras i detta dokument användning 5 V för 638 nm, 5,5 V för 532 nm, och 6,5 V för 445 nm.
- Dämpa strålen tills intensiteten av det spridda ljuset är bekväm för ögat. Kontrollera laser polarisering.
- Placera en polarisator i strålgången efter halv våg plattan så att den blockerar horisontellt polariserat ljus. Rotera halv våg plattan för att uppnå maximal dämpning av laserljuset. Ta polarisatorn.
- rotera manuellt plattformen så att vinkeln mellan lasern och den övre ytan på enheten är inställd på rätt ingångsvinkel.
Obs: Den rätt vinkel kan hittas i tabell 1 i enlighet med den önskade testning våglängd och läge. - Rikta prisma med hjälp av linjära stegen översättnings när brännpunkt lasern passerar genom 90 ° hörn prismat. Obs: Ökad laser scatter orsakas av hörnet av prismat kan ibland ses.
- Vid denna punkt skall belysning göras koppling in i anordningen som kan kontrolleras antingen genom den karakteristiska strimma av ljus som orsakas av spridning i vågledaren eller av de karakteristiska lägeslinjerna som kommer ut från änden av anordningen 24 (se figur 6).
Obs: Om du använder läges linjer att kontrollera kopplingen, är det bra att ta bort ström meter från strålbanan. Istället sätter en jämn spridning föremål, såsom ett vitt papper, i strålgången. - Om ingen koppling detekteras rotera långsamt enheten samtidigt som kopplings kanten av prismat i fokus för lasern. Om det efter fem graders rotation i endera riktningen ingen koppling kan upptäckas, ta bort enheten från den roterande plattformen, bort prismat och återgå till steg 13.
- Vid denna punkt skall belysning göras koppling in i anordningen som kan kontrolleras antingen genom den karakteristiska strimma av ljus som orsakas av spridning i vågledaren eller av de karakteristiska lägeslinjerna som kommer ut från änden av anordningen 24 (se figur 6).
- När kopplingen upptäcks finjustera rotationsstegen plattform och linjär förflyttning till maxiMize kopplingen av ljuset.
16. Fäst RF Input och Bifoga Device
- Byt ut effektmätare som togs bort under inriktningen. Ta också bort eventuella hinder till strålbanan används för inriktningsändamål.
- Fäst RF-ingången till enheten breakout ombord på och slå på RF signalgenerator. Se till förstärkaren drivs. Obs: För att skydda enheten från utbrändhet, bör den elektriska effekten hos signalen når enheten inte överstiga 1 W.
- Ta bort eventuella dämpning används för säkerheten vid uppriktning. Lasern är nu på de optiska effektnivåer som används för testning. Bifoga hela systemet i ett optiskt isolerande låda.
17. Kör Förutsatt testprogram
- Skaffa en laboratorieutrustning manager för att köra karakterisering enhet, såsom LabView fil AutomatedDeviceCharacterization.vi ges i bilagan.
- Sätt alla användarparametrar i test SOFtware på styrdatorn. Obs: Bild 7 levereras för dem som använder den medföljande experiment styrfilen. Det indikerar med en gul ruta de fält som måste uppdateras före varje automatiserat test körs för att den medföljande analytiska program för att köras i steg 19.
- Att replikera de resultat som presenteras i detta dokument använda följande testparametrar: Initial Frekvens: 100 MHz, Final Frekvens: 800 MHz, frekvens steg: 10, Rough utgångsläge: 0, Rough slutliga position: 25, och position Steg: 1. Gör Se till att "Output till fil" knappen trycks in.
- Kör testprogram.
Obs: Den angivna programmet driver en effektmätare längs en linjär bana vid användardefinierade intervall. Vid varje position RF-insignalen sveps genom en uppsättning av valda frekvenser och effektmätningar görs. En mätning görs också med RF-ingången på dess inställning lägsta frekvens och lägsta uteffekt som har varit experimentellly bestämmas som motsvarar någon insignal 4. Dessa mätningar sedan grafiskt i realtid i en 3D interaktiva diagram.- Observera fyra utgångsfiler: * config.csv beskriver experimentet * data.csv innehåller strömavläsningen vid varje frekvens, * no_stim.csv innehåller bakgrundsbrus läsning, och * graph.jpeg innehåller en kopia av grafen på användarens gränssnittet i programmet som det var när programmet avslutades. Se figur 8.
- Upprepade sektioner 15-17 för varje våglängd och TE1 moden som beskrivs i Tabell 1.
18. Analysera frekvens och Vinkel utdataprofiler
- Skaffa en statistisk analys program eller hämta CompareWDMmodes.m Matlab-kod anges i bilaga.
- I mappen (där programmet är belägen), skapa en undermapp, "Sample Number" in i "Sample Number" i testprogrammet. Provet siffran äranordningsidentifieringsnummer.
- I den här mappen "Sample Number" skapa tre undermappar. Namnge varje mapp enligt följande, "Sample Number" _ "Färg" _M1_ "Transducer". Namnen på "fet och kursiv" är värden ingått testprogrammet av användaren. (T.ex. A16_BLUE_M1_T1, C5_RED_M1_T13 eller D35_GREEN_M1_T18).
- I varje undermapp, kopiera fyra filer som skapats av mjukvarutestning som motsvarar just den våglängd, läge och givare.
- Öppna den analytiska programmet och ändra användardefinierade variabler vid toppen för att återspegla den användardefinierade värden matas in i testning av programvara.
Obs: Om du använder den medföljande analytiska programmet och användardefinierade värden i testprogrammet är "Sample Number" = A16, "Guided Mode" = 1, skulle "Transducer" = ett analys koden ändras till följande:
; % Användardefinierade variabler
serien = 'A';
prov = 16;
lägen = [1];
givare = 'T1'; - Köra den analytiska programmet.
Obs: Om du använder den medföljande analys kod, bland annat det skapar en siffra som jämför den normaliserade frekvensgång och vinkel utgång för rött, grönt och blått ljus. Filen skapar ligger i "Sample Number" mapp. Se Figur 9 för ett exempel på utsignalen.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
De principiella resultaten av protokollet ovan är de styrd mod mätningen från kommersiella prismakopplare som visas i figur 2, den enda frekvens, rå in- / utgångsdata som samlats in från den anpassade prismakopplare som visas i figur 8 och de multicolor kurvorna visas i figur 9. i de följande styckena diskuterar vi värdefull information som produceras av var och en av dessa utgångar.
Den styrd mod uppgifter som samlats in från den kommersiella prismakopplare används främst för att fastställa vågledare djup, men antalet lägen och deras inbördes avstånd innehålla annan nyttig information som är relevant för läckande läge. För läckande läge telefonen att fungera som avsett, måste den ha en guidad till läckande läge övergång för varje färg, och experiment har visat att detta är sant när det finns åtminstone två styrda moder för varje Illumination våglängd. Detta är särskilt relevant för rött eftersom det har minst antal bundna moder av de tre visningsfärger. Protonväxlingssteg 2 bör ökas eller minskas för att se till att det finns två röda lägen. I allmänhet, som har två lägen i rött indikerar att det också finns åtminstone två lägen i grönt och blått. Enheter som är optimerade för Frequency Division Multiplexing av färg har visat två lägen i rött, tre lägen i grönt och fyra lägen i blått. Färre lägen kan visas för grönt och blått om härdningstiden är för lång. Om färre än det optimala antalet lägen visas för grönt och blått ljus, då härdningstiden i steg 3 kan behöva förlängas. Långa glödgningar emellertid kommer också att minska det effektiva index för de styrda moder.
Den råa utmatningen från den anpassade prismakopplare såsom visas i figur 8 ger en god kvalitativ mening för ett antal viktiga enhetsparametrar, såsom RF-bandbredd, vinkelsvep,scan linjäritet, punktstorlek, stående våg period och ungefärlig diffraktion effektivitet. Projektionen av data på Y-axeln ger frekvenssvaret för den enhet som kan vi läsa mittfrekvensen och den ungefärliga bandbredd drift. Projektionen av data på X-axeln ger spännvidd avböjda ljusflöde. Denna positionsinformation är nästan proportionell mot vinkel svep av utdataenheten så att projektionen på denna axel är en bra indikator av vinkelsvep av anordningen. Lutningen av data på XY-planet av grafen ger oss en känsla av linjäriteten av skanningen samt hastigheten för skanningen med ingångsfrekvensen. Om X-axeln samplas med tillräckligt hög upplösning, då ett tvärsnitt längs X-axeln kommer att ge strålprofilen. Om Y-axeln samplas med tillräckligt hög upplösning, sedan ytakustiska stående vågmönster kan bli apparent- om de är framstående, kan det vara fördelaktigt att lägga till en akustisk absorbator tillanordningen för att producera en jämn, även skanna. Absolut diffraktionseffektiviteten mäts inte men när man jämför en enhet till en annan, den signal-brusförhållandet fungerar som en god indikator på relativ diffraktionseffektiviteten. Denna rådata ger en betydande mängd information, men det är relevant för endast en belysningsvåglängd.
För att bestämma om enheten är i stånd att frekvensstyrning av färg, är rådata behandlas för flera experiment med alla tre våglängder för att bilda kurvor som den i figur 9. X och Y-axeln prognoser först samlas för TE1 styrda moder för alla tre färger. Då dessa prognoser överlagras på vinkeln och frekvensen axlar respektive för att bilda en flerfärgsfrekvens och vinkel svar som den som visas. Om svaret för varje färg ligger intill i frekvens och överlappande i vinkel, då anordningen är lämplig för frekvensstyrning av färg.
Figur 1:. Leaky Läge Modulator Som sett på vänster, går lätt enheten genom en rutil prisma som övergående par ljus i en vågledare indiffused på substratets yta. Som det styrda ljuset utbreder mot den bortre änden av anordningen den stöter akustiska ytvågor som outcouple ljuset från vågledaren och rotera dess polarisation. Drivkraften schema för denna interaktion ges till höger. ge.jpg "target =" _ blank "> Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 2:. Prov Waveguide Data Ljus från lasern kopplas in i prismat. Det återspeglar sedan bort från ytan av anordningen och på en kraftsensor. När en styrd mod är närvarande, i stället för att reflekteras från anordningen ljuset leds genom substratet och ut genom änden av anordningen. Sålunda är det styrs bort från strömsensor och en skarp "dip" förekommer i ytan. Det finns två lägen som anges i denna kurva. Den gradvis ökande makt läsning från vänster till höger kan förklaras av den gradvis ökande överföringseffektiviteten vid luft till prismat gräns. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 3:. Prov LOR utvecklingsprocess Bilder från samma område av en anordning som LOR utvecklas. Bilden längst till vänster togs under ett mikroskop efter den inledande 25 sek utvecklingstid. Bilderna som följer är ett urval av de förändringar genom iterativ process. Den slutliga bilden är en närbild av de finare funktioner på enheten efter LOR utveckling för att visa de rena kanter och exponering av det underliggande substratet. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 4: En Prism Coupled Device Monterad till en Breakout Board. En korrekt kopplad, avslutade enhet monterad på sin breaKout ombord. I rätt vinkel, som i den här bilden speglar våt fläck en regnbåge av färg. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 5: Karaktärisering Apparater Schema Grundläggande diagram över karakterisering apparaten.. Lasern sänds genom en serie av optiska komponenter innan de kopplas in i anordningen genom ett prisma. Väl inne ett läge i vågledare SAW vågor som inter omvandlare och en RF-signal slå ljuset i läckande lägen som lämnar anordningen vid en frekvens styrbar vinkel. Ett linjärt ställdon driver kraftmätare genom en rad positioner medan signalgeneratorn går genom ett frekvensområde som skapar multivariabla grafer som beskriver styrbarhet och utsätta på enheten. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 6:. Identification Techniques of Proper Ljus Koppling Korrekt koppling kan identifieras genom antingen närvaron av den karakteristiska strimma av ljus som orsakas av spridning i vågledaren, såsom visas till vänster, eller av de karakteristiska läges rader ur i slutet av enhet, som visar till höger. klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 7:. Användargränssnitt för LabView Test Software Användaren inter ansikte inklusive alla användardefinierade variabler. Poster boxed i gult måste uppdateras före varje automatiserat test körs för att den analytiska programmet ska fungera korrekt. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 8:. Prov Frekvens vs Position Graph Även RF-ingången och effektmätare plats skannas linjärt, bygger experimentet programvara och visar denna interaktiva 3D-graf av de insamlade uppgifterna. Efter avslutad den aktuella vyn sparas för snabb referens. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
/53889fig9.jpg "/>
Figur 9: Exempel på Läge Jämförelse Data frekvensåtergivning av de tre våglängderna visas till vänster.. Anordningen har en bandbredd på 200 MHz med individuell styrning för varje våglängd. Till höger är den utgående vinkelsvaret för varje enhet. Det är bra vinkel överlappning för 5-7 °. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
| Våglängd | Läge | Vinkel |
| 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:. Läge excitationsparametrarna Angle och våglängds parametrar för önskade den TE1 läge excite för de enheter som diskuteras i detta dokument.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Utformningen av varje enhet har två viktiga steg, proton utbyte och utveckling av LOR. Av de två, bestämmer protonutbytestiden djupet av vågledare, som i sin tur bestämmer antalet styrs till läckande läge övergångar, den styrbara frekvens bandbredd, och varje nyckel design parameter för varje färg av ljus. Två bundna moder i rött önskas. Om fler finns sedan bandbredd offras. Om mindre existerar då ingen guidad till läckande läge övergång garanteras. Följ anteckningen i steg 2.2.1 för att korrigera protonutbytes gånger för att uppnå det önskade resultatet.
Korrekt utveckling LOR krävs för korrekt liftoff och därmed korrekt funktion av de inter givare. Det är ett steg bäst behärskar genom erfarenhet. En icke-utspädd lösning av utvecklaren kommer att blåsa ut fingrarna av omvandlarna i 7 sek under det att en 50% -ig lösning kommer att göra detsamma i ca 35 sek. Den exakta tidpunkten varierar från enhet till enhet som skapar behovetatt utveckla anordningen för 25 sek i en 50% -ig lösning, följt av upprepade snabba exponeringar till mer utspädda lösningar. Om utblås sker minskning utvecklingstid eller lösningskoncentration för att uppnå önskat resultat.
I den analys prismakoppling och justering är kritiska steg. Om enheten är dåligt prisma kopplade eller dåligt inriktade inget ljus kommer in i vågledare gör det omöjligt att mäta resultat. Anpassningen uppnås bäst med små justeringar. Variationer i det spridda ljuset kan indikera inställning till en mod linje eller visa närheten av den interdigitala transduktorn. Erfarenheten är den bästa läraren.
Detta protokoll är utformad för tillverkning av en enda enhet. Som sådan skalbarhet är begränsad och små variationer kommer att vara närvarande från enhet till enhet. Men författarna aktivt utvecklingen av en skiva som drivs tillverkning process som kommer att övervinna denna utmaning. annan limitation av denna karakterisering protokoll är beroendet av en aktiv testprocessen. De interdigitala transduktorer måste ha en stor bandbredd för att rymma de förändringar i de vågledare djup och lägesövergångar. När övergångsfrekvenser bestäms en smalare bandbredd transduktor kan konstrueras. En bra modell för processen skulle eliminera behovet av detta steg. Slutligen är testprotokollet inte är helt automatisk och kräver mänskliga justeringar mellan förändringar i våglängd och enheter.
När en enhet visar både bra vinkel överlappning och frekvensreglering, då är det möjligt att användas i sådana tillämpningar som 3D holovideo display 1. Dessa enheter kräver bara 2 mönster steg för att tillverka vilket är en stor förbättring jämfört med de gemensamma displaytekniker i dag, såsom pixelated ljusventiler, MEMS-enheter, och bulk våg akustooptiska modulatorer. Det är författarnas förhoppning om att ha tillgång till denna tillverkning, mätning och characterization protokoll kommer att uppmuntra ett bredare deltagande i electroholographic display forskning.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Författarna har ingenting att lämna ut.
Acknowledgments
Författarna erkänner tacksamt ekonomiskt stöd från Air Force Research Laboratory kontrakt FA8650-14-C-6571 och från 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).
