Introduction
Большинство голографические технологии отображения, такие как Pixelated световые клапаны, а также MEMS устройств и объемной волны акустооптических модуляторов, слишком сложны, чтобы обеспечить широкое участие в их развитии. Неровной модуляторы, особенно с фильтрующими слоями и активных задних плоскостей может потребоваться несколько десятков шагов кучность построить 5 и может быть ограничено разветвления 6. Чем больше число шагов кучность, чем выше сложность устройства, и тем плотнее протокол изготовление должен быть для достижения разумного выхода устройства 7. Bulk-волновые акустооптических модуляторов не поддаются полупроводниковой пластине процессов на основе 8,9. Анизотропные модуляторы негерметичных режим, однако, требуют только два формирования паттерна шаги для изготовления и использования относительно стандартных методов микротехнологий 10,11. Доступность этих процессов позволяют любое учреждение со скромными установками для изготовления участвовать в разработке чТехнология дисплея olographic видео 12.
Простота изготовления устройства может быть заманчиво, тем не менее, поскольку правильное функционирование устройств сильно зависит от волноводов, которые должны быть тщательно измеряется и регулируется для достижения желаемых характеристик устройства. Например, если волновод слишком глубоко, оперативной пропускной способности устройства будет сужен 13. Если волновод слишком мелкой, устройство не может работать на красной подсветкой. Если волновод отжигают слишком долго, форма глубины профиля волновода будет искажена, а красный, зеленый и синий переходы не могут сидеть смежными в частотной области 14. В данной работе авторы представляют инструменты и методы для выполнения этой характеристики.
Негерметичных режим модулятора состоит из протона обмениваются волновод indiffused на поверхности пьезоэлектрика, Х-среза ниобата лития субстрат 15,16. На одном концеволновода представляет собой встречно- штыревой преобразователь алюминия, рисунок 1. Свет вводится в волновод с помощью призмы ответвитель 17. Преобразователь затем запускает поверхностные акустические волны, которые взаимодействуют с contralinearly света в волноводе вдоль оси у. Это взаимодействие пары управляемые свет в дырявой режим , который просачивается из волновода в объеме и , наконец , выходит из подложки от края сталкиваются с 18,19. Это взаимодействие также поворачивает поляризацию от TE-поляризованного света направленной на ТМ поляризованный свет вытекающей режима. Узор на поверхностных акустических волнах является голограмма, и он способен сканировать и формировать выходной свет, чтобы сформировать голографическое изображение.
Волновод создается путем протонного обмена. Во-первых, алюминий осаждается на подложку. Затем алюминий структурируют фото-фотолитографии и травлению выставить регионы подложки, чтобы стать волноводных каналов. Оставшийся алюминий действует как жесткиймаска. Подложку погружают в расплав бензойной кислоты, которая приводит к изменению индекса поверхности в облученные области. Устройство удаляется, очищают и отжигают в муфельной печи. Конечная глубина волновода определяет количество вытекающей режима переходов. Глубина волновода также определяет частоту каждого направляемого к режиме переходов для каждого цвета 4.
Алюминиевые преобразователи образованы старту. После того, как образованы волноводы, Е-луч сопротивление формуют на подложку. Встречно-штыревой преобразователь структурируют с электронным пучком для формирования ЛЧМ-преобразователь, предназначенный для ответа на полосе 200 МГц отвечает за управление цветом в волноводных устройств. Период палец определяется Λƒ = V, где Λ, является периодом палец, V, является скорость звука в подложке и, ƒ, является радиочастотный (RF). Преобразователь будет иметь импеданс , который должен быть согласован с 75 Ом для эффективной работы 20.
<р класс = "jove_content"> Управляемая уплотнении взаимодействия мод происходит при различных частотах для разных длин света подсветки, и в результате красный, зеленый и синий свет можно управлять в частотной области. Поверхность модели акустическая волна генерируется РЧ-сигнала, посылаемого на межпальцевых преобразователя. Радиочастотный входного сигнала перевести на пространственных частот на структуру поверхностной акустической волны. Волновод может быть изготовлен так, что низкочастотные сигналы управления угловую развертки и амплитуды красного света, в то время как средние частоты контролировать зеленый свет и высокие частоты управления синим светом. Авторы определили набор параметров волновода, которые позволяют все три из этих взаимодействий, чтобы быть отдельными и смежными в частотной области, так что все три цвета можно управлять с помощью одного сигнала 200 МГц, который является максимальная пропускная способность единиц товарных графических процессоров ( Графические процессоры).Путем сопоставления пропускной способности канала GPUк тому, что из дырявой режима модулятора, система становится полностью параллельной и высокой степенью масштабируемости. При добавлении к пропускной способности соответствуют пары графических процессоров и негерметичных каналов в режиме модулятора, можно построить голографические дисплеи произвольного размера.
После того, как устройство будет создан, он тщательно характеризуется, чтобы убедиться, что частоты для управляемой к вытекающей режиме перехода подходят для регулирования частоты цвета. Во-первых, расположение волноводных мод определяются коммерческой призмы ответвитель, чтобы подтвердить, что волновод имеет соответствующую глубину и правильное число волноводных мод. Затем, после того, как эти устройства установлены и упакованы, они помещаются в пользовательской призмы ответвитель, преобразующий входные частоты сканированного выходного света. Полученные данные дает ответ входной частоты и угловой выходной отклик для красного, зеленого и синего света для устройства, подлежащего испытанию. Если устройство было изготовлено правильно, то ответ устройство ввода будет отделено вчастота и отклик на выходе будет перекрытие в угле. Когда это подтверждается, устройство готово к использованию в голографическом дисплее видео.
Первые измерения проводятся до того, как устройство было упаковано. Глубина волновод определяется коммерческой призм ответвитель. Это может быть достигнуто только с одной длиной волны освещения (как правило, 632 нм красный), но авторы изменили их коммерческой призмы ответвитель, чтобы позволить ему собрать информацию о режиме для красного, зеленого и синего света. После того, как упаковка, устройство проходит второе измерение в пользовательском призм ответвитель, который записывает преломленного выходного света в зависимости от входного сигнала RF. Подробное описание этих измерений следующим образом. также приведены шаги изготовления.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Начальная подготовка
Примечание: Начните с нового Х-среза ниобата лития пластины. Она должна быть оптического качества, толщиной 1 мм, чистый, ни с чем, нанесенной на поверхность, обе стороны отполирована, а верхняя сторона обозначена.
- Использование электронно-лучевой испаритель или эквивалентный аппарат при вакууме 50 μTorr, испаряются 200 нм алюминия на пластине при 5 А / сек. Для того, чтобы повторить представленные результаты, положение вафельного созвездия 65 см над алюминиевым тигле.
- Спин по 30 капель положительного фоторезиста, например, AZ3330, при 3000 оборотах в минуту в течение 60 сек. Softbake резиста при температуре 90 ° С в течение 60 сек. Примечание: Для получения подробного описания механики вращающихся полимерных пленок увидеть работу на CJ Лоуренс 21.
- Используя правильную маску, такие как файл "Маска 1. Протон обмена Mask.dxf" поставляется в приложении, разоблачить пластины с помощью маски Aligner с 350 Вт ртутной лампой или ее эквивалента в течение 10 секунд, как на машину specificatiдополнения. Убедитесь, что пластина выровнены таким образом, чтобы волноводы параллельны оси у.
- Разработка резиста в положительном разработчиком фоторезиста в течение 60 сек. Жесткий выпекать пластины в течение 60 сек при 110 ° С. Стравливают обнаженную алюминия полностью погружая его в течение 2 мин в 1 л раствора алюминия травлением, нагретого до 50 ° С.
ВНИМАНИЕ: Алюминий травление является токсичным, едкие и вредным. См паспорт безопасности для надлежащей обработки и хранения этого химического вещества. Используйте соответствующие средства индивидуальной защиты для кислоты при обработке этого химического вещества. - Снимите маску фоторезиста с полосканием ацетона с последующим изопропилового спирта (IPA).
- Использование 0,016 в. Толстый алмазный диск с глубиной экспозиции 0,165 в. На автоматический перетасовки увидел, разрезать пластину на 10 х 15 мм 2 устройства с длинной размерности параллельно оси у.
Примечание: Лезвие не будет сокращать весь путь через подложку. Чтобы отделить каждое устройство, просто подчеркнуть каждый срез сделанное пилы для резки на чипы. Каждый 10 х 15 мм 2 устройство будет индивидуально пройти через оставшиеся шаги протокола.
2. Протон Обмен
- Поместите отдельное устройство в пробирке с небольшим отверстием земли в нижней части, чтобы обеспечить взаимодействие между устройством и всех жидких ваннах.
- Протонной обменной устройство, погрузив его в 1 л расплава 99% чистой бензойной кислоты при температуре 240 ° С. Используйте время погружения 10 мин и 10 сек для достижения целевой глубины 0.4504 мкм.
Примечание: протонный замена время погружения продиктована коэффициента диффузии, D, который для расплава авторов в настоящее время D = 0,2993. Протонной время обмена погружения рассчитывается с помощью соотношения T = D 2 / (4 D). В этом уравнении T является замена время в часах, d глубина волновода в микронах, а D ì коэффициент диффузии. Для подробного описания механики протонного обмена увидеть работу по JL Jackel 15. - Удалите устройство и дайте ему остыть в течение 5 минут или до прохладный на ощупь. Счистите любой остаток бензойной кислоты с полосканием ацетона затем МПА.
3. Отжиг
- Поместите устройство в обычной пробирке и завернуть трубу в алюминиевую фольгу. Поместите пробирку в муфельной печи в течение 45 мин при 375 ° С. Удалите устройство и дайте ему остыть в течение 5 минут или до прохладный на ощупь.
4. Чистый
- Очистите маску алюминия из устройства с использованием алюминия травление для примерно 2 мин при 50 ° С. Очистка устройства в кислой пираньи травление, чтобы удалить любые органические остатки.
ВНИМАНИЕ: Кислотные пираньи травление является токсичным, коррозионные и вредным. См паспорт безопасности для надлежащей обработки и хранения этих химических веществ. Используйте соответствующие средства индивидуальной защиты для кислоты при обращении с этими химическими веществами. - Ополосните устройство в ацетоне, а затем IPA, и сухим сжатым азотом.
5. Измерения Волноводные
- Использование любого коммерческого измерения анализатора волновода характеристики протонообменной волновода.
Примечание: Хорошее устройство будет иметь 2 обзорных режимов с использованием 633 нм лазер. На рисунке 2 приведен пример желаемых результатов. Если устройство показывает более двух волноводных мод для красной подсветкой, то замена время на шаге 2.2 должна быть уменьшена. Точно так же, если устройство показывает меньше двух волноводных мод время обмен должен быть увеличен.
6. Добавьте Сопротивление
- Спин на 4 капель отрываться Сопротивление (LOR) при 3000 оборотах в минуту в течение 60 секунд, а затем выпекать при температуре 200 ° С в течение 1 ч. Удалить и разрешить устройству остыть в течение 5 минут или до прохладный на ощупь. Спин по 4 капли 3: раствор 1 полиметилметакрилата (ПММА) и анизола при 3000 оборотах в минуту в течение 60 с, а затем выпекать при температуре 150 ° С в течение 15 мин.
- Удалить и разрешить устройству остыть в течение 5 минут или до прохладный на ощупь. Спин по 2 капли проводящего полимера со скоростью 1000 оборотов в минуту в течение60 сек, а затем вращаются со скоростью 6000 оборотов в минуту в течение 4 секунд, чтобы удалить излишки.
7. План
- С помощью электронного микроскопа усиливается с пучком подавитель для того, чтобы писать или эквивалентную машину, чтобы подвергать устройство.
- Под вакуумом 50 μTorr, обнажить проводящий слой на электронный пучок с площадью дозой 30 мкКл / см 2 , который сканирует образец из штыревых преобразователей. Для того, чтобы воспроизвести результаты использовать измеренный ток пучка 410 мкА.
- Написать шаблон из .dxf или эквивалентного файла на электронном микроскопе согласно спецификациям машины.
Примечание: Для подробного описания электронного пучка процесса литографии увидеть работу , проделанную RE Фонтана 22.
8. Разработка
- Удалите проводящий слой, промыв устройство в виде непрерывного потока деионизированной воды для 5с. Удалите открытую ПММА путем погружения устройства в 1: 3 раствор метилового эфира isobutyл (МИБК) и МПА в течение 45 сек.
- Удалить из 1: раствор МИБК 3: ПНД и ополосните ПНД в течение 5 сек. Сушат устройство с сжатым азотом.
- Повторите шаги 8.1-8.1.1 по мере необходимости в полной мере развивать ПММА.
Примечание: Однако подвергать устройство к решению МИБК: МПА с шагом 5SEc только. Полное развитие должно выявить LOR под ПММА и могут быть идентифицированы с помощью равномерной окраской по всей развитой зоне, окруженной четкими краями и углами.
Примечание: За развитие ПММА приводит к малым выбросом признаков и может полностью стереть межпальцевые пальцы преобразователя оставляя один большой развитый блок. Точно так же на стадии разработки оставляет неравномерные остатки, которые будут снижать эффективность процесса Liftoff, который следует. - Удалить LOR в открытой области путем погружения устройства в 1: 1 раствор соответствующего проявителя и деионизированной воды в течение 25 сек. Удалить из 1: раствор 1 с appropriatе разработчик и деионизированная вода. Полоскание с ПНД в течение 5 сек.
- Высушите сжатым азотом. Повторите шаги 8.3 по мере необходимости, чтобы в полной мере развивать LOR.
Примечание: Однако подвергать устройство к решению соответствующего разработчика и деионизированной воды с шагом 2 сек только. Полная разработка должна раскрывать поверхность подложки на нижней стороне LOR. Он может быть идентифицирован с помощью равномерного белой окраски по всей развитой области, сохраняя при этом четкие края и углы. Неспособность разработать LOR должным образом и приводит к проблемам, обсуждаемых в 8.2.3.1. Смотрите рисунок 3 для процесса развития Пример LOR.
Примечание: Переход на более низком соотношении соответствующего проявителя к деионизированной воде, такие как 1: 2 или 1: 3 полезен, поскольку устройство приближается полное развитие, чтобы позволить тонкие особенности развиваться без выдува устройства. Тем не менее, это не выгодно, чтобы начать с этих дозах, как общее увеличение времени и превышает оптимальное время в DevelОпер.
- Высушите сжатым азотом. Повторите шаги 8.3 по мере необходимости, чтобы в полной мере развивать LOR.
9. Депозит Алюминий
- Использование электронно-лучевой испаритель или эквивалентный аппарат при вакууме 50 μTorr, испаряются 200 нм алюминия на пластине при 5 А / сек.
10. Liftoff Алюминий
- Заполните большую стеклянную посуду с 750 мл воды на горячей плите при температуре 90 ° C. Вставьте пластиковый буфер в емкость с водой. В отдельной небольшой стеклянный контейнер погружать устройство в 100 мл раствора N - метил-2-пирролидон (NMP).
- Поместите контейнер раствора NMP, содержащего устройство на пластмассовый буфер, обеспечивая, чтобы уровень воды не превышает высоту контейнера НМП. Накройте крышкой и дайте постоять 3 до 4 ч или до алюминия Liftoff завершена. Удалить устройство из NMP.
Примечание: Предпочтительно, чтобы счистить большие секции алюминия из устройства перед удалением его из ванны NMP. Сделайте это с помощью пипетки, заполненную NMP впрыскивать в устройствоd сбить оставшиеся большие куски нежелательного алюминия. - Ополосните устройство в ПНД и сухим сжатым азотом. Под микроскопом, убедитесь, что Liftoff завершена. Если нежелательный остаточный алюминий остается увлажнить устройство с ацетоном и очень осторожно щеткой с чистым помещением тампоном покрытием в ацетоне, чтобы удалить.
- Полоскание в ПНД, сухой со сжатым азотом, и перепроверить под микроскопом. Повторите 10.3 и 10.4 по мере необходимости.
11. Польский Конец
- Покрывают устройство в защитном чехле пленки, такой как слой позитивного фоторезиста. Закрепить устройство так, чтобы конец с преобразователями подвергается для полировки. С помощью соответствующих процедур полировки 23, медленно полировать конец устройства до шероховатости поверхности менее 100 нм, таким образом , что никакие дефекты поверхности не мешают свету , покидающего устройство.
- Извлеките устройство из зажима и счистить защитную пленку. Если фоторезист был использован в качестве защитной пленки, щедрымпромыть в ацетоне, а затем IPA удалит его. Сушат образец по мере необходимости с помощью сжатого азота.
12. Установите на плате Breakout
- Если какой-либо узел требуется для РФ прорыве совета, собрать прорыве плату в соответствии с его техническим характеристикам.
- Построить, из стеклянных пластинках, монтажную платформу, чтобы твердо держаться как RF прорыве платы и устройства. Примечание: Монтажная платформа построена в форме U из трех стеклянных пластинках: один 75 х 50 х 1 мм 3 и два 75 х 25 х 1 мм 3.
- Поместите щедрое шарик суперклея над крайней левой четверти большой слайд. Поместите один из небольших горок над капелька суперклея, так что крайний левый край и нижний край выровняйте с соответствующими краями на большой горкой.
- Применить твердую и равное давление на двух слайдах до суперклея наборов, около 15 сек. Повторите этот процесс для крайнего правого четверти большого слайда.
- Монтировать дevice к верхней части монтажной платформы с двухсторонней ленты. Убедитесь, что в конце свесами устройств конца монтажной платформы так, что монтажная платформа не мешает свет, выходящий конец устройства.
- Установите РФ прорыве плату к монтажной платформе таким образом, чтобы она не на пути луча света, выходящего из устройства. Простой способ сделать это, чтобы поднять прорыве доску с толстой лентой так, чтобы нижняя часть прорыве платы находится выше верхней части устройства.
- Провод связи колодки на устройстве для их соответствующих местах на борту прорыве РФ. Используйте нГн серии индуктор 27 с импедансом соответствия каждого датчика к входам прорыве борту.
13. Призма муфта
- Выберите рутил призмы пара света в устройство. Поляризация света (Поперечная Electric) должны быть параллельны оптической оси рутила оптической оси (Z-оси) Х-среза ниобата лития.
- Чистый тон контактных поверхностей обоих устройств и тщательно призме с МПА. Расположите призму таким образом, чтобы он находился по центру канала, подлежащего испытанию.
- Нажмите на нижнюю часть призмы плотно прилегает к верхней части устройства с зажимным механизмом. Примечание: Не затягивайте, как избыточное давление будет растрескиваться подложки и может повредить соединительную призму.
- В случае успеха, наблюдать за мокрое место появится.
Примечание: мокрое пятно представляет собой область нарушенного полного внутреннего отражения на границе раздела между призмой и образцом. Для примера правильного сочетания призмы смотри рисунок 4.
14. Установите в характеристике аппарата
- Установите устройство на вращающейся платформе с частотным разделением каналов цвета характеристика устройства для анизотропных негерметичных режима модуляторов света , обсуждавшихся А. Henrie 4.
Примечание: Схематическое характеризации Аппарат поставляется на рисунке 5.
- Включите лазер. Для того, чтобы воспроизвести результаты, представленные в настоящем документе использования 5 В для 638 нм, 5,5 В для 532 нм, и 6,5 В для 445 нм.
- Ослабление луча до интенсивности рассеянного света, не удобно для глаз. Проверка лазерной поляризации.
- Поместите поляризатор на пути прохождения луча после полуволнового пластины так, что он блокирует горизонтально поляризованного света. Поворотом полуволна пластины для достижения максимального ослабления лазерного излучения. Удалить поляризатор.
- Вручную поворачивать платформу, таким образом, чтобы угол между лазером и верхней поверхностью устройства установлен на нужный угол входа.
Примечание: Правильный угол можно найти в таблице 1 , в соответствии с требуемой длиной волны тестирования и режима. - Выравнивание призмы с использованием линейных этапов перевода, когда фокальная точка лазера проходит через угол призмы 90 °. Примечание: Увеличение лазера SCAtter вызванное углом призмы иногда можно увидеть.
- На данный момент, свет должен быть соединением в устройство , которое может быть проверено либо характерной полосой света , вызванное рассеянием в волноводе или характеристическими линиями мод , выходящие из конца устройства 24 (смотрите рисунок 6).
Примечание: При использовании режима линии для проверки сцепления, полезно удалить измеритель мощности от пути луча. Вместо того, чтобы вставить равномерно рассеивающий объект, такой как лист белой бумаги, на пути луча. - Если нет сцепления не обнаружено, медленно вращать устройство, сохраняя при этом соединительное ребро призмы в фокальной точке лазерного пучка. Если после поворота пять градусов в любом направлении не связи не могут быть обнаружены, удалите устройство с вращающейся платформе, удалите призмы и вернуться к шагу 13.
- На данный момент, свет должен быть соединением в устройство , которое может быть проверено либо характерной полосой света , вызванное рассеянием в волноводе или характеристическими линиями мод , выходящие из конца устройства 24 (смотрите рисунок 6).
- После того, как муфта обнаружена, точная настройка вращательные платформы и линейного перевода ступеней до максиMize муфту света.
16. Присоедините ВЧ вход и Заключите устройства
- Заменить измеритель мощности, который был удален во время выравнивания. Также удалите любые препятствия на пути луча, используемого для целей выравнивания.
- Подключите ВЧ вход к устройству прорыве плате и включите генератор РЧ сигнала. Убедитесь, что усилитель включен. Примечание: Для защиты устройства от выгорания, электрическая мощность сигнала достигает устройства не должна превышать 1 Вт
- Удалите затухание, используемый для обеспечения безопасности во время выравнивания. Лазер теперь на оптических уровней мощности, используемых для тестирования. Вложите всю систему в оптически изолирующей коробке.
17. Выполните тестирование программы при условии
- Получить менеджер лабораторного оборудования для запуска определения характеристик устройств, таких как LabView файла AutomatedDeviceCharacterization.vi, представленной в приложении.
- Вставьте все пользовательские параметры в тестировании Софtware на управляющем компьютере. Примечание: На рисунке 7 поставляется для тех , кто с помощью прилагаемого файла контрольного эксперимента. Это указывает на то с желтым поле поля, которые должны быть обновлены перед каждым автоматизированной тест проводится для того, чтобы предоставленная аналитическая программа для правильной работы на этапе 19.
- Для того, чтобы воспроизвести результаты, представленные в настоящем документе используются следующие параметры тестирования: начальная частота: 100 МГц, конечная частота: 800 МГц, частоты Шаг: 10, Грубый Исходное положение: 0, Грубая окончательная позиция: 25, и положение шага: 1. Марка убедитесь, что "Output Файл" кнопка нажата.
- Запустите программу тестирования.
Примечание: Представленная программа управляет измеритель мощности вдоль линейной дорожки с интервалами, определяемых пользователем. В каждом положении входной сигнал РЧ заметен через набор выбранных частот и измерений мощности сделаны. Измерение также производится с помощью ВЧ вход на его установке самой низкой частоты и низкой выходной мощности, которая была экспериментальнаяLY определяется как эквивалент без входного сигнала 4. Эти измерения затем рентгенографического в реальном времени в 3D-интерактивной графике.- Обратите внимание на четыре выходных файлов: * config.csv описывает эксперимент, * data.csv содержит значение мощности на каждой частоте, * no_stim.csv содержит фоновый шум чтения, и * graph.jpeg содержит копию графика на пользователя интерфейс программы, как это было, когда программа закончилась. На рисунке 8.
- Повторите разделы 15-17 для каждой длины волны и в режиме TE1 , описанной в таблице 1.
18. Анализ частотного и углового выходных профилей
- Получить статистическую программу анализа или загрузить CompareWDMmodes.m Matlab код, предоставленный в приложении.
- В папке (где находится программа), создать вложенную папку "Номер образца" введите "Номер образца" в программу тестирования. Номер образцаидентификационный номер устройства.
- В этой папке "Номер образца," создать три вложенные папки. Назовите каждую папку следующим образом : "Номер образца" _ "Цвет" _M1_ "Датчика". Имена в "жирным шрифтом и курсивом" представляют собой значения , введенные в программу тестирования пользователем. (Например , A16_BLUE_M1_T1, C5_RED_M1_T13 или D35_GREEN_M1_T18).
- В каждую вложенную папку, скопировать четыре файлы, созданные с помощью программного обеспечения тестирования, которые соответствуют с этой конкретной длины волны, режима и преобразователя.
- Откройте аналитическую программу и изменить пользовательские переменные в верхней части, чтобы отразить определенные пользователем входные значения в программное обеспечение тестирования.
Примечание: При использовании прилагаемого аналитической программы и определенных пользовательских значений в программе тестирования являются "Номер образца" = A16, "Guided Mode" = 1, "Преобразователь" = 1 аналитический код будет изменен на следующее:
; % Переменные, определяемые пользователем
серии = 'A';
образец = 16;
Режимы = [1];
Преобразователь = 'T1'; - Запуск аналитической программы.
Примечание: При использовании прилагаемого аналитического кода, помимо всего прочего, он создает фигуру, которая сравнивает нормированную частотную характеристику и угловой выход для красного, зеленого и синего света. Файл создается находится в "Sample Number" вложенной. Смотри рисунок 9 для примера вывода.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Принципиальные результаты протокола выше направляемая режим измерения от коммерческого ответвитель призмы , показанной на рисунке 2, на одной частоте, необработанные входные / выходные данные , полученные из индивидуальных призм ответвитель показано на рисунке 8 и многоцветных кривых показано на рисунке 9. В следующих параграфах мы обсудим полезную информацию о произведенных каждым из этих выходов.
Управляемая информация о режиме почерпнутые из коммерческого призмы ответвитель используется, главным образом, чтобы установить глубину волновода, но количество режимов и расстояние между ними содержат другую полезную информацию, имеющую отношение к негерметичной режиме работы. Для негерметичных режим устройства для работы в соответствии с проектом, он должен иметь переход направляемого к вытекающей режима для каждого цвета, и эксперименты показали, что это верно, когда существует, по крайней мере, два управляемых режимов для каждого Illuminaции длины волны. Это особенно актуально для красного цвета, как это имеет наименьшее количество модах трех цветов дисплея. Шаг протонного обмена 2 должен быть увеличен или уменьшен, чтобы убедиться, что есть два красных режима. В общем, имея два режима в красном указывает на то, что есть и по крайней мере, два режима зеленого и синего цветов. Устройства, оптимизированные для мультиплексирования с частотным разделением каналов цвета показали два режима красного цвета, три режима в зеленый и четыре режима в синий цвет. Меньшее режимы могут появляться зеленого и синего цветов, если время отжигать слишком долго. Если меньше, чем оптимальное количество режимов появляются для зеленого и синего света, то время отжигать на шаге 3, возможно, придется быть продлен. Длинные отжиги, однако, также снижают эффективный индекс волноводных мод.
Необработанные выход пользовательского призмы соединителя , как показано на рисунке 8 дает один хороший качественный смысл для целого ряда важных параметров устройств , таких как пропускная способность РФ, угловой развертки,линейность сканирования, размер пятна, стоящий период волны и приблизительная дифракционной эффективности. Проекция данных по оси Y дает частотную характеристику устройства, с которого мы можем прочитать центральную частоту и примерную полосу частот работы. Проекция данных по оси X дает диапазон дифрагированного светового потока. Эта информация о местоположении почти пропорциональна угловой размаху выходного устройства, так чтобы выступ на этой оси, является хорошим индикатором углового развертки устройства. Наклон данных на XY плоскости графика дает нам ощущение линейности сканирования, а также скорость сканирования с входной частотой. Если ось Х оцифровывается с достаточно высоким разрешением, то поперечное сечение вдоль оси Х даст профиль луча. Если ось Y оцифровывается с достаточно высоким разрешением, то поверхностные акустические модели стоячей волной может стать apparent-, если они являются видными, это может быть полезно добавить акустический поглотитель кУстройство для получения гладкой, даже сканировать. Абсолютная эффективность дифракции не измеряется, но при сравнении одного устройства к другому, отношение сигнал-шум служит хорошим индикатором относительной эффективности дифракции. Эти исходные данные обеспечивают значительное количество информации, но она имеет отношение только к одной длине волны освещения.
Для того, чтобы определить , является ли устройство способно регулирования частоты цвета, необработанные данные обрабатываются в течение нескольких экспериментов со всеми тремя длинами волн для формирования графиков , как на Рисунке 9. Проекции осей X и Y сначала собирают для te1 модах для всех три цвета. Затем эти проекции накладываются на угол и частоты осей соответственно для формирования частоты многоцветной и угловой отклик, как показано. Если ответ на каждый цвет соседствует по частоте и перекрывание в угол, то устройство подходит для регулирования частоты цвета.
Рисунок 1:. Протекает Mode Модулятор Как видно на левой стороне , свет проникает в устройство через рутил призмы , которая evanescently пары света в волновод indiffused на поверхности подложки. В направляемая свет распространяется по направлению к дальнему концу устройства он сталкивается поверхностных акустических волн, которые outcouple свет из волновода и вращают его поляризацию. Импульс диаграмма для этого взаимодействия дается справа. ge.jpg "целевых =" _blank "> Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.
Рисунок 2:. Пример волноводом данных Свет от лазера соединяется в призме. Затем он отражается от поверхности устройства и на датчик мощности. Когда волноводной моды присутствует, вместо того, чтобы отраженный от устройства свет направляется через подложку и наружу на конце устройства. Таким образом, он направляется в сторону от датчика мощности и резкий "провал" происходит в сюжете. Есть два режима, определенные в этом участке. Постепенно увеличивая значение мощности слева направо , можно объяснить постепенным увеличением эффективности передачи на воздухе до границы призмы. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.
Рис . 3: Пример LOR Процесс разработки Изображения того же участка устройства , как LOR развивается. Картина на крайнем левом был взят под микроскопом после того, как в начальный момент времени разработки 25 сек. Изображения, которые следуют выборки изменений посредством итерационного процесса. Заключительная картина крупным планом из особенностей более тонких на устройстве после разработки LOR , чтобы показать чистые края и экспозицию нижележащей подложки. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.
Рисунок 4: Prism связью Установленный на Breakout совета. Правильно соединенный, законченное устройство крепится к его БреаKout доска. Под правильным углом, так как в этой картине, мокрое пятно отражает радугу цвета. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.
Рисунок 5: Определение характеристик Аппарат Схематическое Базовая схема снятия характеристик аппарата.. Лазер направляется через ряд оптических компонентов, прежде, чем быть соединены в устройство через призму. Оказавшись внутри режима в волновод SAW волн, создаваемых штыревых преобразователей и РЧ-сигнал постучать свет в дырявых режимов, выход устройства на контролируемый угол частоты. Линейный привод приводит в действие измеритель мощности через целый ряд позиций в то время как генератор сигнала проходит через диапазон частот, создавая многомерные графики, описывающие управляемость и выходпоместить устройства. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.
Рис . 6: Идентификационные Методы правильного света Муфта Правильное соединение может быть идентифицирован либо наличием характерной полосы света , вызванное рассеянием в волновод, как показано на левой стороне , или с помощью характерных режима линий из конца устройство, как показано справа. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.
Рис . 7: Интерфейс пользователя для LabView Тестирование программного обеспечения Пользователь среди лицо, включая все пользовательские переменные. Предметы в штучной упаковке в желтый цвет должен быть обновлен перед каждым автоматизированный тест выполняется для того , чтобы аналитической программы для правильной работы. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.
Рис . 8: Частота выборки против Position График В то время как ВЧ вход и расположение измеритель мощности сканируются линейно, программное обеспечение эксперимента строит и отображает это интерактивный 3D - график собранных данных. После завершения текущего вида сохраняется для быстрой справки. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.
/53889fig9.jpg "/>
Рисунок 9: Пример режим сравнения данных частотной характеристики трех длин волн показано на рисунке слева.. Устройство имеет ширину полосы 200 МГц с индивидуальным управлением для каждой длины волны. Справа есть выходной отклик угол для каждого устройства. Существует хорошее угловое перекрытие на 5-7 °. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.
| длина волны | Режим | Угол |
| 638 нм | ТЕ0 | 23 ° |
| TE1 | 28 ° | |
| 532 нм | ТЕ0 | 26 ° |
| TE1 | 31 ° | |
| ТЭ2 | 32 ° | </ TR>|
| 445 нм | ТЕ0 | 31 ° |
| TE1 | 36 ° | |
| ТЭ2 | 38 ° | |
| TE3 | 39 ° |
Таблица 1:. Режим возбуждения Параметры угла и длины волны параметры для желательных возбуждений в качестве вида TE1 для устройств , рассматриваемых в данном документе.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Конструкция каждого устройства имеет два важных шагов, обмена протонов и развитие LOR. Из этих двух протонной обменной время определяет глубину волновода, который, в свою очередь, определяет количество направляется в негерметичных режиме переходов, ширина полосы частот контролируемой, и каждый ключевой параметр конструкции для каждого цвета света. Два волноводных мод в красном желательно. Если больше есть, то пропускная способность приносится в жертву. Если менее существует, то не направляется в негерметичных режим перехода не гарантируется. Следуйте примечание на шаге 2.2.1, чтобы исправить протонные раз обмена, чтобы достичь желаемого результата.
Развитие Правильное LOR требуется для правильного старта и тем самым надлежащее функционирование штыревых преобразователей. Это шаг лучше всего освоена через опыт. Не-разбавленный раствор проявителя будет задувать пальцы преобразователей в 7 секунд в то время как 50% -ный раствор будет делать то же самое примерно 35 сек. Точное время варьируется в зависимости от устройства к устройству, которое создает необходимостьразработать устройство в течение 25 сек в 50% растворе с последующими повторными быстрого воздействия на более разбавленных растворов. Если Выброс происходит уменьшение времени разработки или концентрации раствора для достижения желаемых результатов.
В процессе определения характеристик призмы связи и согласования являются критически важными шагами. Если устройство плохо призма в сочетании или плохо выровнена свет не будет входить в волновод, что делает его невозможно измерить результаты. Выравнивание лучше всего достигается с небольшими корректировками. Вариации рассеянного света можно указать подход к строке режима или показать близость межпальцевых преобразователя. Опыт лучший учитель.
Этот протокол предназначен для изготовления одного устройства. Поскольку такая масштабируемость ограничена и небольшие вариации будут присутствовать в количестве от одного устройства к другому. Тем не менее авторы активно занимаются разработкой вафельных приводом процесса производства, который будет преодолеть эту проблему. Другой limitatион эта характеристика протокола является зависимость от активного процесса тестирования. Гребенчатые преобразователи должны иметь большую пропускную способность для размещения изменения глубины волновода и моды переходов. После того, как частоты переходов определяются более узкой полосой пропускания преобразователя могут быть разработаны. Хорошая модель для процесса позволит устранить необходимость этого шага. Наконец, протокол тестирования не является полностью автоматическим, что требует корректировки человека между изменениями длины волны и устройств.
После того, как устройство показывает как хорошее угловое перекрытия и частоты контроля, то она может быть использована в таких приложениях , как 3D holovideo дисплей 1. Эти устройства требуют только 2-х этапов формирования паттерна для изготовления которых является большое улучшение по сравнению с общим дисплейных технологий сегодняшнего дня, таких как Pixelated легких клапанов, MEMS устройств и объемной волны акустооптических модуляторов. Это надежда авторов, что доступ к этому производству, измерения и чПротокол aracterization будет способствовать более широкому участию в исследованиях electroholographic дисплея.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Авторы не имеют ничего раскрывать.
Acknowledgments
Авторы выражают признательность за финансовую поддержку со стороны военно-воздушных сил Научно-исследовательской лаборатории контракта FA8650-14-C-6571 и от 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).
