1-D光子晶体空穴对纳米纤维使用飞秒激光诱导消融制造

我们提出了关于使用飞秒激光诱导亚波长消融直径石英光纤（光学纳米）制造1-D光子晶体腔的协议。

该程序的总体目标是展示在具有亚波长直径浪费的锥形光纤上一维光子晶体腔的光学制造。我们方法的关键点是制造数千个经验纳米创造者或纳米纤维，但我认为它只是一个激光部件，创建的纳米结构最终充当一维光子晶体腔，这可能为纳米光子学和量子信息科学开辟新的可能性。这项工作的一个重要方面是纳米纤维本身充当柱面透镜，并将激光束聚焦在其侧面。

此外，区分制造使其不受任何机械不稳定或任何其他制造缺陷的影响。语音朗读是我实验室的研究生 Jameesh Keloth 的一个程序。用于制造的纳米纤维将使用商业设备生产。

纤维用来自该喷嘴的氧氢火焰加热。纤维由电动平台拉制以产生锥形截面。计算机使用探针激光器和光电二极管的输入来监控通过光纤的传输。

纳米纤维将由一段长约 210 毫米的单模最佳光纤制成。生产纳米纤维需要其他设备。首先，使用纤维涂层剥离剂、甲醇源和洁净室湿巾。

此外，还有一个丙酮储液器，可以将单模光纤浸入其中。为防止灰尘聚集在纳米纤维上，请准备好快速隔离它。在本实验中，纳米纤维将使用 UV 固化环氧树脂安装在该纳米纤维支架中。

可以使用玻璃镀层顶盖关闭支架。从单模光纤的长度开始，使用光纤涂层剥离器从每端去除 5 毫米的聚合物护套。将洁净室抹布浸入甲醇中，然后用它来清洁末端。

接下来，将两端之间的纤维浸入丙酮储液器中。将其放置 10 到 15 分钟，直到纤维护套脱落。当纤维护套脱落时，从丙酮中取出纤维，然后用蘸有甲醇的洁净室抹布清洁整个纤维。

对于下一步，将纤维带到商用纳米纤维设备。该光纤安装在电动驱动器上，并准备好开始制造。关闭设备并启动探测激光器以监控传输。

使用软件点燃火焰，加载参数，然后开始制造。制造完成后，将带有环氧树脂的纳米纤维支架带到设备上。使用 UV 固化环氧树脂将纤维固定在锥度的任一侧。

纤维就位后，用顶盖盖住纳米纤维支架。将样品放入干净的盒子中，以将其转移到实验设置中。这是飞秒激光制造的设置。

它位于一个带有 hepa 过滤器的洁净室内。激光束从柱面透镜上方进入。纳米纤维支架将位于一个载物台的顶部，用于 X、Y、Z 平移和一个用于旋转。

此示意图提供了更清晰的设备概念。激光穿过柱面透镜。然后它到达间距为 700 纳米的相位模板。

相位模板将光束分成零阶和正负一阶。零阶被阻止，但加减一阶从折叠镜中反射出来。对称放置的镜子导致在其支架中的纳米纤维处产生干涉图案。

光电二极管可以监控光纤中的光。CCD 相机用于监控纳米纤维的位置。激光制造设置必须对齐。

这需要使用可由激光烧蚀的玻璃板。将玻璃板放在制造台上。使用平移台，将工作台的高度调整到 15 毫米，然后使用激光以 1 毫的脉冲能量照射玻璃 5 秒钟。

使用 CCD 相机观察板并识别激光诱导消融。在具有烧蚀模式的玻璃上可以看到一条损坏的线条。将玻璃的水平位置改变一毫米，以允许新的烧蚀。

之后，改变玻璃表面的高度，以便在新位置测试烧蚀的强度。以 1 毫焦耳的脉冲能量再次辐射玻璃板 5 秒钟。然后，评估玻璃板的损坏情况。

与该玻璃板发生的情况一样，调整玻璃高度并消融新区域，直到确定最强的消融线。将载物台置于与最强消融线相关的高度，微调镜子的角度并进一步最大化消融。优化完成后，转到 CCD 相机的软件。

使用软件标记消融线在视野中的位置。取下玻璃板以测试消融的周期性结构。要对图案进行成像，请使用扫描电子显微镜。

该图案应显示周期为 350 纳米的周期性结构。如果没有，请重复对齐步骤。从对齐的预制工作台开始。

在其支架中准备好一根正确制造的锥形纤维。安装光纤支架并将光纤耦合到探针激光器。为了正确对齐，纤维应大致平行于 CCD 软件中标记的消融线。

然后通过锥形光纤发送探针激光器并使用 CCD 相机观察散射。使用平移台沿其长度移动纤维，并将其在烧蚀线上居中。现在，使用脉冲能量最小的飞秒激光器。

在水平面上平移光纤以与飞秒激光束重叠。然后在垂直平面中平移纤维，使其位置与烧蚀线重叠。同样，在水平面上平移以最大化与飞秒激光的重叠。

在来回平移载物台时，观察光纤支架顶盖上的玻璃，了解光纤的前两个阶反射。如果亮点沿线移动，则纳米纤维不平行于烧蚀线，必须旋转载物台。如果斑点出现，则表明纳米纤维平行于烧蚀线，旋转阶段不需要调整。

当纳米纤维平行于烧蚀线时，关闭探针激光器并用光电二极管测量通过光纤的功率。使用平移台调整水平面上的纤维。调整的目标是最大化飞秒激光器散射的测量功率。

完成后，使用旋转台将纤维旋转到旋转角度。接下来，拿起功率计，用它来阻挡飞秒激光束。调整脉冲能量，使仪表读数为零点 2 7 毫焦耳。

在从激光路径中移除仪表之前，将飞秒激光设置更改为单次。通过发射单个飞秒激光脉冲完成制造。从对齐的设置开始制造。

此外，在柱面透镜上方安排一根支撑线。这根零点 5 毫米铜线由柱子支撑。该柱安装在平移台上，以便将导线定位在激光束中。

确保将玻璃板的高度设置为找到最强烧蚀线的位置。然后将导线插入激光束中心并垂直于烧蚀线。观察导线的阴影，并尝试将其放置在消融模式的中心。

接下来，使用飞秒激光脉冲在玻璃板上产生烧蚀图案。检查玻璃板上的烧蚀模式，看看金属丝是否在其中心产生间隙。如果没有，请将铜线移动到中心并烧蚀玻璃板的新部分。

重复直到间隙位于消融模式的中心。在继续之前，通过锁定其平移阶段将导线固定到位。然后从制造平台上取下玻璃板。

获取带有已安装光纤的光纤支架，并将其安装在制造设置中。在这里，支架就位，光纤耦合到探针激光器。通过光纤发送探测激光脉冲。

它应大致平行于 CCD 软件中记录的消融线。在关闭探针之前，沿纤维长度平移载物台，使 nanfiber 在消融线上居中。打开飞秒脉冲，在垂直于其长度的水平面上平移光纤，目的是最大限度地提高光纤与飞秒激光脉冲的重叠。

通过使用光电二极管测量散射光的功率来检查。最大化重叠后，设置制造角度。现在，使用功率计阻挡飞秒激光器。

然后调整脉冲能量，使其为零点 2 7 毫焦耳，并将飞秒激光设置更改为单发。从激光路径上拆下功率计并发射单个飞秒激光脉冲以完成制造。该扫描电子显微镜图像是制造的纳米纤维样品的典型片段。

纳米陨石坑形成于纤维的阴影侧。纳米陨石坑几乎是圆形的，直径约为 210 纳米。在这个样品中，周期性为 350 纳米。

来自切趾质子晶体腔的透射光谱适用于垂直于纳米陨石坑表面的光偏振。光谱显示大约 794 到 799 纳米的阻带区域，其中透射率仅为百分之几。将此与平行于纳米陨石坑表面的光偏振的透射光谱进行比较。

它也有阻带，但波长更长，约为 796 至 803 纳米。两个光谱都有对应于腔模式的峰。缺陷诱导的光子晶体腔中来自相同偏振模式的透射光谱显示出类似的行为。

在这些情况下，腔体模式位于阻带的任一侧。请注意，较短波长的腔体模式间距比较长的腔体模式间距大得多。这种单发光学制造方法不受机械不稳定性的影响，确保了该类别的高度，并且这种制造技术可用于从纳米纤维制造各种纳米光子器件，并且可以适应其他纳米制造工艺。