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Methodenartikel

Charakterisierung von anisotroper Leaky-Modus Modulatoren für die Holovideo

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DOI:

10.3791/53889

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19. März 2016

 ,  ,  ,  ,  , 
1Electrical Engineering, Brigham Young University

In diesem Artikel

Zusammenfassung

Diese Arbeit beschreibt die Herstellung und Charakterisierung von anisotropen Leaky-Mode-Modulatoren für holographisches Video.

Zusammenfassung

Holovideo-Displays basieren auf lichtbeugenden räumlichen Lichtmodulatoren. Ein solcher räumlicher Lichtmodulator ist der anisotrope Leaky-Mode-Modulator. Dieser Modulator eignet sich besonders gut für holografische Videoexperimente, da er relativ einfach und kostengünstig herzustellen ist1-3. Zu den weiteren Vorteilen von Leaky-Mode-Bauelementen gehören: große aggregierte Bandbreite, Polarisationstrennung des Signallichts vom Rauschen, große Winkelablenkung und Frequenzsteuerung der Farbe1. Um diese Vorteile zu realisieren, ist es notwendig, diese Bauelemente adäquat charakterisieren zu können, da ihr Betrieb stark von den Wellenleiter- und Wandlerparameternabhängt 4. Um die Modulatoren zu charakterisieren, verwenden die Autoren einen kommerziellen Prismenkoppler sowie eine kundenspezifische Charakterisierungsvorrichtung, um geführte Moden zu identifizieren, die Wellenleiterdicke zu berechnen und schließlich die Frequenzeingabe und den Winkelausgang der Bauelemente von Leaky-Mode-Modulatoren abzubilden. Diese Arbeit gibt eine detaillierte Beschreibung der Messung und Charakterisierung von Leaky-Mode-Modulatoren, die für holographische Vollfarbvideos geeignet sind.

Einleitung

Die meisten holographische Display-Technologien, wie pixelig Lichtventile sowie MEMS-Bauelemente und Volumenwelle akustisch-optische Modulatoren, sind zu komplex für eine breite Beteiligung an ihrer Entwicklung zu ermöglichen. Pixelated Modulatoren, insbesondere solche mit Filterschichten und aktiven hinteren Ebenen können Dutzende von Strukturierungsschritte erfordern bis 5 bauen und kann durch Auffächerung 6 begrenzt werden. Je größer die Anzahl der Strukturierungsschritte , je höher die Komplexität der Vorrichtung, und desto enger muss der Herstellungsprotokoll angemessen sein Gerät Ausbeute zu erreichen 7. Bulk-Wellen - akustooptische Modulatoren eignen sich nicht basierte Prozesse 8,9 zu Wafer. Anisotropes leaky Modus Modulatoren erfordern jedoch nur zwei Strukturierungsschritte relativ Standardmikrofabrikationstechniken 10,11 herzustellen und zu nutzen. Die Zugänglichkeit dieser Prozesse machen es möglich, für jede Institution, mit bescheidenen Herstellungsanlagen in der Entwicklung von h teilnehmenolographic Video - Display - Technologie 12.

Die Einfachheit der Vorrichtungsherstellung kann betörende sein, aber, wie die ordnungsgemäße Funktion der Geräte stark von Wellenleitern, die sorgfältig gemessen werden muss, und die gewünschten Vorrichtungseigenschaften zu erreichen, eingestellt. Zum Beispiel, wenn der Wellenleiter zu tief ist, wird das Gerät die Betriebsbandbreite 13 verengt werden. Wenn die Wellenleiter zu flach ist, kann das Gerät nicht für rote Beleuchtung arbeiten. Wenn der Wellenleiter zu lange geglüht wird, wird die Form des Tiefenprofils des Wellenleiters verzerrt werden, und die roten, grünen und blauen Übergänge nicht in der Frequenzdomäne 14 in der Nähe sitzen. In dieser Arbeit stellen die Autoren die Werkzeuge und Techniken diese Charakterisierung durchzuführen.

Der Leckwellenmodulator besteht aus einem Protonenleiter auf der Oberfläche eines piezoelektrischen eindiffundiert tauschten X-Schnitt - Lithiumniobat-Substrat 15,16. Am einen Endedes Wellenleiters ein Aluminium - Interdigitalwandler ist, siehe 1. Das Licht wird in den Wellenleiter eingeführt 17 ein Prismenkoppler verwendet wird . Der Wandler startet dann akustische Oberflächenwellen, die contralinearly in dem Wellenleiter entlang der y-Achse mit Licht interagieren. Diese Wechselwirkung koppelt Licht in einen Streumodus geführt , die aus dem Wellenleiter in das Volumen austritt und schließlich verlässt das Substrat von der Randfläche 18,19. Diese Interaktion dreht sich auch die Polarisation von TE polarisiertem Licht geführt zu TM Leaky-Mode-Licht polarisiert. Die akustische Oberflächenwellenmuster ist das Hologramm, und es ist in der Lage Scannen und Formung des Ausgangslichts ein holographisches Bild zu bilden.

Der Wellenleiter wird durch Protonenaustausch hergestellt. Zuerst wird Aluminium auf dem Substrat abgeschieden. Dann wird das Aluminium gemustert photolithographisch und geätzten Bereiche des Substrats zu exponieren Wellenleiterkanäle zu werden. Das verbleibende Aluminium wirkt als harteMaske. Das Substrat wird in einer Schmelze von Benzoesäure eingetaucht, welche die Oberflächenindex in den belichteten Bereichen verändert. Die Vorrichtung wird entfernt, gereinigt und in einem Muffelofen getempert. Die Endtiefe des Wellenleiters bestimmt die Anzahl der Streumodus-Übergänge. Die Wellenleitertiefe bestimmt auch die Frequenz jeder geführt zu Zustandsübergänge für jede Farbe 4.

Die Aluminium-Wandler werden durch Abheben gebildet. Nach dem Wellenleiter gebildet werden, widerstehen ein E-Strahl wird auf das Substrat geschleudert. Ein Interdigitalwandler ist mit einem Elektronenstrahl strukturiert verantwortlich dem 200 MHz-Band zu reagieren entwickelt ein gechirptes Wandler zu bilden zum Steuern Farbe in Wellenleitervorrichtungen. Die Fingerperiode wird durch Λƒ = v bestimmt, wo, Λ ist die Fingerperiode, v, ist die Schallgeschwindigkeit in dem Substrat und, ƒ, ist die Hochfrequenz (RF). Der Wandler wird eine Impedanz haben , die auf 75 Ohm für einen effizienten Betrieb 20 abgestimmt sein muss.

Die geführte undichte Modus Wechselwirkung tritt bei verschiedenen Frequenzen für verschiedene Wellenlängen des Beleuchtungslichts und als Folge rot, grün und blaues Licht kann im Frequenzbereich gesteuert werden. Die akustische Oberflächenwellenmuster wird von einem HF-Signal an den Interdigitaltransducer gesendet erzeugt. Die RF des Eingangssignals, um Raumfrequenzen auf dem akustischen Oberflächenwellenmuster übersetzen. Der Wellenleiter kann so hergestellt werden, dass niederfrequente Signale, die Winkel Sweep und Amplitude des roten Lichtes zu steuern, während mittlere Frequenzen grünes Licht steuern und hohen Frequenzen zu steuern blaues Licht. Die Autoren haben eine Reihe von Wellenleiterparameter identifiziert, die alle drei dieser Wechselwirkungen erlauben getrennt und benachbart in der Frequenzdomäne zu sein, so dass alle drei Farben können mit einer einzigen 200-MHz-Signal, das das Maximum ist Gebrauchsgutgraphiken Verarbeitungsbandbreite der Einheiten gesteuert werden ( GPUs).

Durch die Bandbreite eines GPU-Kanal passendderjenigen eines Leckwellenmodulator wird das System vollständig parallel und hoch skalierbar. Durch die Zugabe von Bandbreite passende Paare von GPUs und undichte Modus Modulatorkanäle kann eine holographische Displays beliebiger Größe bauen.

Nachdem das Gerät angelegt wird, wird sie sorgfältig zu überprüfen, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenzen für geführte-to-leaky Modusübergang zur Frequenzsteuerung von Farb geeignet sind. Zunächst werden die Lage der geführten Moden von einem kommerziellen Prismenkoppler bestimmt, um zu bestätigen, dass der Wellenleiter die entsprechende Tiefe und die richtige Anzahl von geführten Moden aufweist. Dann, nachdem die Vorrichtungen befestigt sind und verpackt, sind sie in einem benutzerdefinierten Prismenkoppler angeordnet, die ordnet die Eingangsfrequenzen des Ausgangslichts abgetastet. Die resultierenden Daten gibt die Frequenzeingangsantwort und die Winkelausgangsantwort für Rot, Grün und Blau-Licht für das Gerät zu testen. Wenn das Gerät in die Vorrichtung Eingabeantwort wird korrekt getrennt hergestellt wurdeFrequenz und die Ausgangsantwort wird in Winkel überlappen. Wenn dies bestätigt wird, ist das Gerät bereit für den Einsatz in einem holographischen Videoanzeige.

Die ersten Messungen erfolgen, bevor das Gerät verpackt wurde. Die Wellenleitertiefe wird durch einen kommerziellen Prismenkoppler bestimmt. Dies kann mit nur einer Beleuchtungswellenlänge (typischerweise 632 nm rot) erreicht werden, sondern Autoren haben ihre kommerzielle Prismenkoppler modifiziert, damit sie Mode-Informationen für rot, grün und blaues Licht zu sammeln. Nach dem Verpacken durchläuft die Vorrichtung eine zweite Messung in einem benutzerdefinierten Prismenkoppler die als eine Funktion der Eingangs RF abgelenkten Ausgangslicht aufzeichnet. Eine detaillierte Beschreibung dieser Messungen folgt. Herstellungsschritte sind ebenfalls angegeben.

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Protokoll

1. Erste Vorbereitung

Hinweis: Beginnen Sie mit einer neuen X-Schnitt Lithiumniobat-Wafer. Es sollte auf der Oberfläche abgelagert mit nichts optischer Qualität, 1 mm dick, sauber sein, beidseitig poliert, und die Oberseite markiert.

  1. Verwendung eines Elektronenstrahlverdampfer oder äquivalente Maschine bei einem Vakuum von 50 μTorr, verdampfe 200 nm Aluminium auf dem Wafer bei 5 Å / sec. Um die vorgestellten Ergebnisse zu replizieren, positionieren Sie den Wafer Konstellation 65 cm über dem Aluminiumtiegel.
  2. Spin-on 30 Tropfen eines positiven Photoresists, wie beispielsweise AZ3330, bei 3000 Upm für 60 sec. Softbake die bei 90 ° C für 60 sec widerstehen. Hinweis: Eine ausführliche Beschreibung der Mechanik des Spinnens Polymerfilme , die Arbeit sehen von CJ Lawrence 21.
  3. Mit der richtigen Maske, wie die "Maske 1. Proton Exchange Mask.dxf" Datei im Anhang geliefert, setzen die Wafer mit einem Mask Aligner mit einer 350 W Quecksilberkugel oder dessen Äquivalent für 10 Sekunden unter Verwendung als pro Maschine specifications. Stellen Sie sicher, dass der Wafer ausgerichtet ist, so daß die Wellenleiter parallel zu der y-Achse sind.
  4. Entwickeln Sie die für 60 Sekunden in einem positiven Photoresist-Entwickler widerstehen. Hartbacken der Wafer für 60 Sekunden bei 110 ° C. Ätzen des freiliegenden Aluminium vollständig entfernt, indem sie es für 2 min in eine 1 l-Lösung Aluminium ätzen erwärmt auf 50 ° C eingetaucht.
    ACHTUNG: Aluminium ätzen ist giftig, ätzend und schädlich. Siehe Sicherheitsdatenblatt für die Handhabung und Lagerung dieser Chemikalie. Geeignete persönliche Schutzausrüstung für die Säure, wenn diese chemische Behandlung.
  5. Entfernen der Photoresistmaske mit einer Spülung von Aceton, gefolgt von Isopropylalkohol (IPA).
  6. Verwendung eines 0,016 in. Dicke Diamantklinge mit einer Belichtungstiefe von 0,165 in. Auf einer automatischen Trennsäge, schneiden den Wafer in 10 x 15 mm 2 Geräte mit der langen Abmessung parallel zur y-Achse.
    Hinweis: Die Klinge nicht den ganzen Weg durch das Substrat geschnitten wird. Um jedes Gerät trennen, betonen einfach jeden Schnitt durch die Trennsäge gemacht. Jede 10 x 15 mm 2 - Gerät wird einzeln durch die verbleibenden Schritte des Protokolls gehen.

2. Proton Exchange

  1. Legen Sie ein einzelnes Gerät in einem Reagenzglas mit einem kleinen Loch Boden in den unteren Wechselwirkung zwischen dem Gerät zu ermöglichen und alle Flüssigkeitsbädern.
  2. Protonenaustausch durch die Vorrichtung in einem 1 L Schmelze von 99% rein Benzoesäure bei 240 ° C eingetaucht wird. Verwenden Sie eine Eintauchzeit von 10 min und 10 sec, um die Zieltiefe von 0,4504 & mgr; m zu erreichen.
    Hinweis: Die Protonenaustauscheintauchzeit wird durch die Diffusionskoeffizienten bestimmt, D, die für die Schmelze der Autoren ist derzeit D = 0,2993. Unter Verwendung der Beziehung T = d 2 / (4 D) Die Protonenaustauschtauchzeit berechnet wird . In dieser Gleichung ist T die Austauschzeit in Stunden ist, d der Wellenleitertiefe in Mikron und D der Diffusionskoeffizient. Für eine detaillierte Beschreibung der Mechanik der Protonenaustausch die Arbeit von JL Jackel 15.
  3. Entfernen Sie das Gerät und lassen Sie für 5 Minuten oder bis kühl anfühlen zu kühlen. Wischen Sie eventuell Benzoesäure Rückstand mit einer Spülung von Aceton dann IPA.

3. Anneal

  1. Platzieren Sie Gerät in einem regelmäßigen Reagenzglas und wickeln Sie das Rohr in Aluminiumfolie. Das Röhrchen wird in einem Muffelofen für 45 Minuten bei 375 ° C. Entfernen Sie das Gerät und lassen Sie für 5 Minuten oder bis kühl anfühlen zu kühlen.

4. reinigen

  1. Reinigen der Aluminiummaske von der Vorrichtung unter Verwendung von Aluminium-Ätzung für etwa 2 min bei 50 ° C. Reinigen Sie das Gerät in sauren piranha ätzen alle organischen Rückstände zu entfernen.
    ACHTUNG: Saure piranha ätzen ist giftig, ätzend und schädlich. Siehe Sicherheitsdatenblatt für die Handhabung und Lagerung dieser Chemikalien. Geeignete persönliche Schutzausrüstung für die Säure, wenn diese beim Umgang mit Chemikalien.
  2. Spülen Sie das Gerät in Aceton, dann IPA und trocken mit komprimiertem Stickstoff.

5. Hohlleiter Messungen

  1. Mit jeder kommerziellen Wellenleiter-Analysator messen die Eigenschaften des Protons ausgetauscht Wellenleiter.
    Hinweis: Ein gutes Gerät 2 geführten Moden mit einem 633-nm-Laser haben wird. Abbildung 2 ein Beispiel für die gewünschten Ergebnisse. Wenn das Gerät mehr als zwei geführten Moden für rote Beleuchtung zeigt, dann wird die Wechselzeit in Schritt 2.2 sollte reduziert werden. Ebenso, wenn das Gerät zeigt weniger als zwei geführten Moden der Austauschzeit erhöht werden sollte.

6. Fügen Resist

  1. Spin auf 4 Tropfen einer Lift Off-Widerstand (LOR) bei 3.000 Umdrehungen pro Minute für 60 Sekunden und dann backen bei 200 ° C für 1 Stunde. Entfernen Sie und lassen Sie das Gerät für 5 Minuten oder bis kühl anfühlen zu kühlen. Spin on 4 Tropfen einer 3: 1-Lösung von Polymethylmethacrylat (PMMA) und Anisol bei 3000 Upm für 60 sec, und dann bei 150 ° C backen 15 min.
  2. Entfernen Sie und lassen Sie das Gerät für 5 Minuten oder bis kühl anfühlen zu kühlen. Spin-on 2 Tropfen eines leitfähigen Polymers bei 1000 Upm für60 sec, dann drehen sich mit 6.000 Umdrehungen pro Minute 4 Sekunden überschüssige zu entfernen.

7. Pattern

  1. Verwenden eines Elektronenmikroskops mit einem Strahlaustaster verbesserte Schreiben zu aktivieren oder ein gleichwertiges Gerät, das Gerät zu belichten.
    1. Unter einem Vakuum von 50 μTorr, belichten die leitfähige Schicht mit einem Elektronenstrahl mit einer Fläche Dosis von 30 & mgr; C / cm 2, die das Muster der Interdigitaltransducer abtastet. So replizieren die Ergebnisse einer gemessenen Strahlstrom von 410 pA verwenden.
    2. Schreiben Sie die Muster von einem .dxf oder der entsprechenden Datei auf dem Elektronenmikroskop gemäß Maschinenspezifikationen.
      Hinweis: Für eine detaillierte Beschreibung der E-Beam - Lithographie - Prozess die Arbeit von RE Fontana 22 zu sehen.

8. Entwickeln Sie

  1. Entfernen der leitfähigen Schicht durch die Vorrichtung in einem kontinuierlichen Strom von entionisiertem Wasser für 5 Sekunden gespült wird. Entfernen Sie die freiliegenden PMMA durch das Gerät in 1 Tauchen: 3 Lösung von Methyl-isobutyl (MIBK) und IPA für 45 Sekunden.
    1. Entfernen Sie aus dem 1: 3 Lösung von MIBK: IPA und Spülen mit IPA für 5 Sekunden. Trocknen Sie das Gerät mit komprimiertem Stickstoff.
  2. Wiederholen Sie die Schritte 8.1-8.1.1 als notwendig, um voll und ganz die PMMA entwickeln.
    Hinweis: Allerdings Setzen Sie das Gerät auf die Lösung von MIBK: IPA in 5 Sekunden-Schritten nur. Komplette Entwicklung sollte die LOR unter dem PMMA offenbaren und kann durch scharfe Kanten und Ecken umgeben durch einheitliche Färbung überall in der entwickelten Bereich identifiziert werden.
    Hinweis: Über die Entwicklung von PMMA führt zu kleinen Merkmal Blowout und kann der Interdigitaltransducer Finger vollständig löschen zu einem einzigen großen entwickelten Block zu verlassen. Ebenfalls in der Entwicklung lässt ungleichmäßige Reste, die die Wirksamkeit des Abhebeverfahren abnehmen wird, die folgt.
  3. Entfernen LOR in exponierten Bereich durch das Gerät in ein Eintauchen 1: 1-Lösung von einem geeigneten Entwickler und entsalztem Wasser für 25 Sekunden. Entfernen Sie aus dem 1: 1-Lösung eines appropriate Entwickler und entsalztem Wasser. Spülen mit IPA für 5 Sek.
    1. Trocken mit komprimiertem Stickstoff. Wiederholen Sie die Schritte 8.3 als notwendig, um voll und ganz die LOR entwickeln.
      Hinweis: Jedoch setzen die Vorrichtung zur Lösung eines geeigneten Entwickler und entionisiertem Wasser in 2 sec Schritten nur. Komplette Entwicklung sollte die Oberfläche des Substrats unterhalb des LOR offenbaren. Es kann durch einheitliche weiße Färbung überall in der entwickelten Bereich identifiziert werden, während scharfe Kanten und Ecken zu halten. Bei Nichtbeachtung der LOR richtig führt auch zu den Problemen in 8.2.3.1 diskutiert zu entwickeln. Siehe Abbildung 3 für ein Beispiel LOR Entwicklungsprozess.
      Hinweis: Der Wechsel zu einem niedrigeren Verhältnis eines geeigneten Entwickler entsalztes Wasser wie 1: 2 oder 1: 3 hilfreich ist, da das Gerät komplette Entwicklung naht die feinen Features zu ermöglichen, das Gerät zu entwickeln, ohne Ausblasen. Es ist jedoch nicht vorteilhaft mit diesen Dosen als Gesamtzeit erhöht sich auf Starten und überschreitet die optimale Zeit in der Entwickoper.

9. Kaution Aluminium

  1. Verwendung eines Elektronenstrahlverdampfer oder äquivalente Maschine bei einem Vakuum von 50 μTorr, verdampfe 200 nm Aluminium auf dem Wafer bei 5 Å / sec.

10. Liftoff Aluminium

  1. Füllen Sie einen großen Glasschale mit 750 ml Wasser auf einer heißen Platte bei 90 ° C. Legen Sie eine Kunststoff-Puffer in die Wasserschale. In einem separaten Behälter kleines Glas die Vorrichtung in einer 100 ml Lösung von N - Methyl-2-pyrrolidon (NMP) unterzutauchen.
  2. Stellen Sie den Behälter von NMP-Lösung, die Vorrichtung auf die Kunststoffpuffer, der sicherstellt, dass der Wasserpegel nicht übersteigt, die Höhe des Behälters von NMP. Decke und ließ sitzen 3 bis 4 Stunden oder bis Aluminium liftoff abgeschlossen ist. Entfernen Sie das Gerät aus NMP.
    Hinweis: Es ist vorteilhaft, große Teile von Aluminium aus dem Gerät zu reinigen, bevor es aus dem NMP Bad zu entfernen. Tun Sie dies, indem Sie eine Pipette gefüllt mit NMP mit dem Gerät ein zu spritzend alle verbleibenden großen Brocken von unerwünschten Aluminium abschlagen.
  3. Spülen Sie das Gerät in IPA und trocken mit komprimiertem Stickstoff. Unter dem Mikroskop überprüfen, ob liftoff abgeschlossen ist. Wenn unerwünschte Rest Aluminium bleibt, benetzt das Gerät mit Aceton und sehr vorsichtig mit einem Reinraum Tupfer in Aceton beschichtet Bürste zu entfernen.
  4. Spülen Sie in IPA, trocken mit komprimiertem Stickstoff, und überprüfen Sie noch einmal unter dem Mikroskop. Wiederholen 10.3 und 10.4 nach Bedarf.

11. Polnisch the End

  1. Coat das Gerät in einem Schutzfilm, wie eine Schicht aus positivem Photoresist. Klemmen Sie das Gerät so, dass das Ende mit den Wandlern ist zum Polieren ausgesetzt. Unter Verwendung geeigneter Polierverfahren 23, polieren langsam das Ende der Vorrichtung zu einer Oberflächenrauhigkeit von weniger als 100 nm, so daß keine Oberflächendefekte mit dem Licht stört das Gerät verlassen.
  2. Entfernen Sie das Gerät aus der Klemme und reinigen Sie die Schutzfolie ab. Wenn Photoresist wurde als Schutzfilm verwendet, ein großzügigesSpülen in Aceton und dann IPA entfernen. Trocknen Sie die Probe nach Bedarf mit komprimiertem Stickstoff.

12. Bringen Sie an einem Ausbruch-Brett

  1. Wenn eine Baugruppe für den HF-Breakout-Board erforderlich ist, montieren Sie die Breakout-Board nach seinen Vorgaben.
  2. Bauen, aus Glasträger, eine Montageplattform zu halten fest, sowohl die RF-Breakout-Board und das Gerät. Hinweis: Die Montageplattform ist eingebaut in eine U - Form aus drei Glasträger: ein 75 x 50 x 1 mm 3 und zwei 75 x 25 x 1 mm 3.
    1. Legen Sie eine großzügige Wulst von superglue über die am weitesten links stehende vierte der großen Rutsche. Platzieren einer der kleineren gleitet über den Wulst superglue so dass äußerste linke Kante und die untere Kante mit den entsprechenden Kanten auf der großen Folie ausrichten.
    2. Übernehmen fest und gleich Druck auf die beiden Folien, bis die superglue Sätze, ca. 15 sec. Wiederholen Sie den Vorgang für den äußersten rechten Viertel der großen Rutsche.
  3. Montieren Sie die device an der Oberseite der Montageplattform mit einem doppelseitigen Klebeband. Sicherstellen, dass das Ende der Vorrichtung Auskragungen das Ende der Befestigungsplattform, so dass die Montageplattform nicht stört Licht das Ende der Vorrichtung austritt.
  4. Montieren Sie den HF-Breakout-Board an der Montageplattform, so dass sie nicht in den Strahlengang des Lichts Austritt aus dem Gerät. Ein einfacher Weg, dies zu tun, ist die Breakout-Board mit dicken Band zu erhöhen, so dass der Boden der Breakout-Board über der Oberseite des Gerätes ist.
  5. Drahtbond die Pads auf dem Gerät an ihren jeweiligen Standorten auf dem RF-Breakout-Board. Verwenden Sie eine 27 nH Serieninduktivität passen jeden Wandler an die Breakout-Board-Eingänge zur Impedanz.

13. Prism Kupplung

  1. Wählen Sie ein Rutil-Prisma, um Licht in das Gerät. Die Polarisation des Lichts (transversal elektrisch) auf die optische Achse des Rutil die optische Achse (Z-Achse) des X-geschnittenen Lithium-Niobat-parallel sein.
  2. Sauber ter Kontaktflächen von dem Gerät und dem Prisma gründlich mit IPA. Positionieren des Prismas, so daß er auf dem Kanal zentriert ist, getestet werden.
  3. Drücken der Unterseite des Prismas fest gegen die Oberseite der Einrichtung mit einem Klemmmechanismus. Hinweis: Nicht zu fest anziehen als Überdruck wird das Substrat zu knacken und das Kopplungsprisma beschädigen.
  4. Wenn dies gelingt, beobachten ein nasser Fleck erscheint.
    Hinweis: Ein nassen Fleck an der Grenzfläche zwischen dem Prisma und der Probe einen Bereich frustrierter totaler interner Reflexion ist. Ein Beispiel für die richtige Prismenkopplung siehe Abbildung 4.

14. Berg in der Charakterisierung Vorrichtung

  1. Montieren Sie das Gerät auf der rotierenden Plattform der Frequenzteilung Farbcharakterisierungsvorrichtung für anisotrope Streumodus - Lichtmodulatoren diskutiert von A. Henrie 4.
    Hinweis: Eine schematische Darstellung der Vorrichtung ist Characterization in Figur 5 zugeführt.

15. Richten Sie in der Charakterisierung Vorrichtung

  1. Schalten Sie den Laser. in diesem Papier Verwendung 5 V für 638 nm vorgestellt, 5,5 V für 532 nm und 6,5 V für 445 nm, die Ergebnisse zu replizieren.
  2. Abzuschwächen, den Strahl, bis die Intensität des gestreuten Lichts auf das Auge angenehm ist. Überprüfen Sie die Laserpolarisation.
    1. Platzieren Sie einen Polarisator im Strahlengang nach der Halbwellenplatte, so dass sie Blöcke horizontal polarisiertes Licht. Drehen Sie die Halbwellenplatte maximale Dämpfung des Laserlichts zu erreichen. Entfernen Sie den Polarisator.
  3. Manuell drehen, um die Plattform, so dass der Winkel zwischen dem Laser und der oberen Oberfläche der Vorrichtung auf den richtigen Einfallswinkel eingestellt wird.
    Anmerkung: Die korrekte Winkel kann in Tabelle 1 entsprechend der gewünschten Wellenlänge und Testmodus gefunden werden.
  4. Richten Sie Prisma die linearen Translationsstufen zu verwenden, wenn der Brennpunkt des Lasers verläuft durch die 90 ° Ecke des Prismas. Hinweis: Erhöhte Laser scaterie durch die Ecke des Prismas verursacht wird, kann manchmal zu sehen.
    1. An diesem Punkt sollte, Licht in die Vorrichtung Kupplung, die entweder durch die charakteristische Lichtstreifen durch Streuung in den Wellenleiter oder durch die Kennlinien - Modus kommt aus dem Ende der Vorrichtung 24 (siehe Figur 6) , verursacht prüft werden kann.
      Hinweis: Wenn Modus Leitungen mit Kupplung, um zu überprüfen, ist es hilfreich, das Leistungsmesser aus dem Strahlengang zu entfernen. einfügen Anstatt eine gleichmäßig Streuobjekt, wie ein weißes Blatt Papier, in den Strahlengang.
    2. Wenn keine Kopplung erfaßt wird, dreht sich langsam, während das Gerät die Kupplungs Kante des Prismas in den Brennpunkt des Lasers aufrechterhalten wird. Wenn nach fünf Grad Drehung in jeder Richtung kann keine Kopplung nachgewiesen werden, entfernen Sie das Gerät von der rotierenden Plattform, das Prisma zu entfernen und zu Schritt 13 zurückzukehren.
  5. Sobald Kupplung festgestellt wird, eine Feinabstimmung der Drehplattform und lineare Translationsstufen bis Maximieren die Kopplung des Lichts.

16. Bringen Sie den RF-Eingang und Schließen Sie den Geräte

  1. Ersetzen Sie den Leistungsmesser, die während der Ausrichtung entfernt wurde. Entfernen Sie auch alle Hindernisse auf den Strahlengang für die Ausrichtung Zwecke verwendet.
  2. Bringen Sie den HF-Eingang an das Gerät Breakout-Board und schalten Sie den HF-Signalgenerator. Stellen Sie sicher, dass der Verstärker mit Strom versorgt wird. Hinweis: Um das Gerät vor Burnout zu schützen, die elektrische Leistung des Signals das Gerät erreicht, sollte nicht mehr als 1 W.
  3. Entfernen Sie alle Dämpfung für die Sicherheit während der Ausrichtung verwendet. Der Laser ist nun bei den optischen Leistungspegel zum Testen verwendet. Schließen Sie das gesamte System in einem optisch Freischaltbox.

17. Führen Sie das Geleistete Testprogramm

  1. Besorgen Sie sich einen Laborgeräte-Manager die Charakterisierungseinrichtung, wie zum Beispiel die LabView-Datei AutomatedDeviceCharacterization.vi vorgesehen im Anhang zu laufen.
  2. Legen Sie alle Benutzerparameter in den Test software auf dem Steuerrechner. Hinweis: Abbildung 7 ist für diejenigen unter Verwendung der bereitgestellten Experiment gelieferten Steuerdatei. Es gibt an, mit einem gelben Feld die Felder, die vor jedem automatisierten Test aktualisiert werden müssen, um ausgeführt wird für die zur Verfügung gestellten Analysenprogramm richtig 19 in Schritt auszuführen.
    1. So replizieren die in diesem Dokument dargestellten Ergebnisse verwenden Sie die folgenden Testparameter: Ausgangsfrequenz: 100 MHz, Finale Frequenz: 800 MHz, Frequenzschritt: 10, Rau Ausgangslage: 0, Rau Final Position: 25 und Position für Schritt: 1. Machen sicher, dass die "Ausgabe in Datei" Taste gedrückt wird.
  3. Führen Sie das Testprogramm.
    Anmerkung: Die bereitgestellten Programm treibt einen Leistungsmesser entlang einer linearen Spur in benutzerdefinierten Intervallen. An jeder Position wird das HF-Eingangssignal über einen Satz von gewählten Frequenzen und Leistungsmessungen gekehrt gemacht werden. Eine Messung ist auch mit dem HF-Eingang auf dem niedrigsten Frequenzeinstellung und die niedrigste Ausgangsleistung hergestellt, die experimentelle wurdely bestimmt als äquivalent zu keinem Eingangssignal 4. Diese Messungen werden dann in Echtzeit in einer interaktiven 3D-Diagramm grafisch dargestellt.
    1. Beachten Sie die vier Ausgabedateien: * config.csv beschreibt das Experiment durch, * data.csv enthält die Leistungsmesswert bei jeder Frequenz, * no_stim.csv enthält das Hintergrundrauschen Lesen und * graph.jpeg enthält eine Kopie des Diagramms auf dem Benutzer Oberfläche des Programms, wie es war, als das Programm beendet. Siehe Abbildung 8.
  4. Wiederholen Abschnitte 15-17 für jede Wellenlänge und der TE1 - Modus in Tabelle 1 beschrieben.

18. Analysieren Sie die Frequenz und Winkelausgabeprofile

  1. Besorgen Sie sich eine statistische Analyseprogramm oder laden Sie die CompareWDMmodes.m Matlab-Code im Anhang.
  2. Im Ordner (wo sich das Programm befindet), erstellen Sie einen Unterordner "Sample Number" geben Sie die "Sample Number" in das Testprogramm. Die Probennummer ist dieGeräte-Identifikationsnummer.
  3. In diesem Ordner "Sample Number" drei Unterordner erstellen. Benennen Sie jeden Ordner wie folgt : "Sample Number" _ "Farbe" _M1_ "Transducer". Die Namen in "fett und kursiv" sind Werte in das Testprogramm durch den Benutzer eingegeben. (ZB A16_BLUE_M1_T1, C5_RED_M1_T13 oder D35_GREEN_M1_T18).
  4. In jedem Unterordner, kopieren Sie die vier Dateien, die von der Testsoftware erstellt, die mit dieser bestimmten Wellenlänge, Modus und Wandler entsprechen.
  5. Öffnen Sie das analytische Programm und ändern Sie die benutzerdefinierten Variablen an der Spitze den Benutzer definierten Werte Eingang in die Prüfsoftware zu reflektieren.
    Hinweis: Wenn Sie das mitgelieferte Analyseprogramm verwenden und den Benutzer definierten Werte im Testprogramm sind "Sample Number" = A16 "Guided Mode" = 1, "Transducer" = 1 wird der analytische Code würde auf die folgende geändert werden:
    ; % Benutzerdefinierte Variablen
    Serie = 'A';
    Probe = 16;
    modes = [1];
    Wandler = 'T1';
  6. Führen Sie das analytische Programm.
    Hinweis: Wenn Sie die mitgelieferte Analyse-Code, unter anderem eine Figur erzeugt, die die normalisierte Frequenzgang und die Winkelausgang für rot, grün und blaues Licht vergleicht. Die Datei erstellt es in der "Sample Number" Unterordner. Siehe Abbildung 9 ein Beispiel für die Ausgabe.

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Ergebnisse

Die prinzipiellen Ergebnisse des Protokolls über der geführte Mode Messung vom kommerziellen Prismenkoppler in Abbildung 2, die einzelne Frequenz, raw Eingangs- / Ausgangsdaten gesammelt aus dem maßgeschneiderten Prismenkoppler in Figur gezeigt sind , 8 und die Mehrfarben Kurven in Abbildung 9 gezeigt. in den folgenden Abschnitten diskutieren wir die verwertbare Informationen von jedem dieser Ausgänge erzeugt.

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Diskussion

Das Design jedes Gerät verfügt über zwei wichtige Schritte, Protonenaustausch und die Entwicklung des LOR. Der beiden bestimmt Protonenaustauschzeit, die Tiefe des Wellenleiters, was wiederum die Anzahl der geführten leaky Zustandsübergänge bestimmt, die steuerbare Frequenzbandbreite, und jedes Schlüsselkonstruktionsparameter für jede Farbe des Lichts. Zwei geführte Moden in rot gewünscht wird. Wenn mehr existieren dann wird die Bandbreite geopfert. Wenn weniger exist dann geführt keine undichte Modus Übergang gewährlei...

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Offenlegungen

Die Autoren haben nichts zu offenbaren.

Danksagungen

Die Autoren danken finanzielle Unterstützung von Air Force Research Laboratory Vertrag FA8650-14-C-6571 und von DAQRI LLC.

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Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien
NameUnternehmenKatalognummerKommentare
X-Cut Lithium NiobateGooch und Housego99-00630-01Lithium Niobate 3″ Durchmesser X-CUT Wafer 1  mm Polish/
Polish Positive Photo Resist 1EMD Performance MaterialsAZ 3330 F PhotoresistWird bei der Erstellung der Protonenaustauschmaske
verwendet Photoresist EntwicklerEMD Performance MaterialsAZ MIF 300Entwickelt AZ3330 und LOR 3A
AluminiumInternational Advanced MaterialsAL1399,999 %
reines AluminiumÄtzenTyp A Aluminium Ätzmittel
BenzoesäureSigma Aldrich109479-500G99% reines
AcetonFisher ChemicalUN1009
IPAFisher ChemicalUN121999,5% reiner Isopropylalkohol
Saurer Piranha EtchCyantek CorperationNanostrip
Under Layer ResistMicro ChemLOR 3AUntere Schicht verwendet für Abheben
Positiver FotolackMicro Chem950 PMMA A9Deckschicht für den Abheben
AnisolMicro ChemEin dünneres
leitfähiges Polymer wässrige LösungMitsubishi Rayon CompanyAquaSAVE
MIBK (4-Methyl-2-pentanon)Sigma Aldrich360511entwickelt PMMA
NMP (1-Methyl-2-pyrrolidon)Sigma Aldrich328634Wird für
den E-Beam-Verdampfer zum Abheben verwendet Denton Vakuum Integrität 20Jede gleichwertige Ausrüstung wäre ausreichend.
DünnschichtspinnerLaurell Technologies CorporationWS-400A-6NPP-LITEJede gleichwertige Ausrüstung würde ausreichen.
Masken-Aligner Karl Süss Amerika Inc.MA 150 CCJede gleichwertige Ausstattung würde ausreichen.
Automatische Würfelsäge Disco CorperationDisco Dad 320Jede gleichwertige Ausrüstung würde ausreichen.
MuffelofenThermo ScientificFB1415MJede gleichwertige Ausrüstung würde ausreichen.
ElektronenmikroskopFEIXL30 ESEMJede gleichwertige Ausrüstung würde ausreichen.
DörrschrankLab-Line Instruments Ultra-Clean 100  Elektronikartikel (3497M-3)Jede gleichwertige Ausrüstung würde ausreichen.
HeizplatteThermo ScientificSP131325Jede gleichwertige Ausrüstung wäre ausreichend.
PoliermaschineUltra Tec Mfg., Inc.Ultrapol Ende & KantenpoliererJede gleichwertige Ausrüstung würde ausreichen.
Klasse IIIb 12  V RBG Laser: Wellenlängen (nm): 638, 532 und 445Gebraucht gekauft. Wahrscheinlich von einem Laserprojektor gezogen. Jede gleichwertige Ausrüstung würde ausreichen.
SignalgeneratorAgilent8648DJetzt bei Keysight zu finden. Obsolet. Jede gleichwertige Ausrüstung würde ausreichen. Benötigter Frequenz-Sweep 9 kHz-1.000 MHz.
SignalverstärkerMini-SchaltungenTB-17Nur notwendig, um die Einschränkungen des Signalgenerators zu überwinden.
Leistungsmesser ControllerThorLabsPM100DMit Leistungsmesser Modell S130C. Jede gleichwertige Ausrüstung würde ausreichen. Erforderliche Empfindlichkeit 500  Kriegsgefangener.
LinearantriebssteuerungNewportESP7000Mit Linearantrieb Modell MFN25PP. Jede gleichwertige Ausrüstung würde ausreichen. Benötigt 0,1  mm Genauigkeit.
AutomatisierteDeviceCharacterization.vi LabViewExperimental Control Software von BYUZu finden im Anhang
CompareWDMmodes.mMATLabAnalytical Software von BYUZu finden im Anhang

Referenzen

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