Name: Herstellung und Charakterisierung von Photonic Crystal Langsam Lichtwellenleitern und Hohlräume (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2012-11-30T13:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 8 s
Description: Erfahren Sie die Herstellung und Charakterisierung von photonischen Kristall-Langsamlicht-Wellenleitern und Hohlräumen mittels Elektronenstrahllithografie und Plasmaätzen. Diese Methode ermöglicht präzise optische Geräte für die Photonikforschung.

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Die Autoren danken Dr. Matteo Galli, Dr. Simone L. Portalupi und Prof. Lucio C. Andreani von der Universität von Pavia für hilfreiche Diskussionen im Zusammenhang mit der RS ​​Technik und die Durchführung von Messungen.

Disclaimer: Das folgende Protokoll gibt einen allgemeinen Prozessablauf Abdecken der Herstellung und Charakterisierung Techniken zur photonischen Kristall-Wellenleiter und Hohlräume. Der Prozessablauf ist für die spezifische Ausrüstung in unserem Labor optimiert und Parameter können abweichen, wenn andere Reagenzien oder Geräten verwendet wird. Ein. Probenvorbereitung <ol><li> Probe Spalten, - auf die Silizium-auf-Isolator (SOI)-Wafer und Verwendung eines Diamant Schreiber um eine Linie etwa 1-2 mm lang von der Kante der Siliziumoberfläche kratzen, so dass der Kratzer über die Kante des Wafers erstreckt. Richten Sie die Kratzer auf einer geraden Kante (zB die eines Mikroskop-Objektträger) und gelten auch positive Druck auf beide Seiten des Kratzers: der Wafer spalten wird entlang der Kristallebene am Ritz Lage. Wiederholen Sie diesen Vorgang, um den gesamten Chip zu definieren. </li><li> Beispiel Reinigung - Legen Sie die Probe in die ACHTUNG Aceton mit einer Pinzette einnd in ein Ultraschallbad für 1-2 min reinigen. Entfernen Sie die Probe aus dem Aceton, spülen alle verbleibenden Aceton aus der Probe mit VORSICHT Isopropanol (30 sec) (beide Aceton und Isopropanol sind leicht entzündlich: Verwenden Sie eine gute Belüftung und vermeiden Sie alle Zündquellen). Trocknen Sie die Probe mit einem sauberen trockenem Stickstoff Pistole. </li><li> Spin widerstehen - legen Sie die Probe auf die Spin-Coater. Pipette Elektronen Resistmaterial ACHTUNG ZEP520A (ZEP520A ist entzündlich, gesundheitsschädlich beim Einatmen und Berührung mit der Haut und den Augen sollte vermieden werden) auf die Probe - nutzen Sie genug zu widerstehen, vollständig bedecken die Probe ohne Widerstand fließt über den Rand. Spin die Probe so als ca.. 350 nm dicken Films und Backen auf einer Heizplatte bei 180 ° C für 10 min. Wir fanden diese Dicke die optimale Dicke, die Auflösung und Ätzresistenz gleicht (siehe unten) sein. </li></ol> 2. Pattern Definition <ol><li> Design - mit der entsprechenden Software, simulieren die erforderliche photonischen Kristall Muster. A number nützliche Software-Pakete zur Verfügung stehen, einschließlich, aber nicht beschränkt auf: MIT Photonic Bands (MPB), Vollwellen (RSoft), MIT Elektromagnetische Equation Propagation (MEEP). </li><li> Pattern Generation - schaffen die Exposition Dateien (gds-Format im Allgemeinen) und die Nähe Fehlerkorrektur mittels geeigneter Software 30. </li><li> Pattern Exposure - laden Sie die Probe in der Kammer der Elektronenstrahl-Lithographie-System (LEO 1530 / Raith Elphy) und abpumpen. Sobald Vakuum erreicht worden ist, auf der EHT-Speisung einschalten und auf 30 kV. Verlassen das System in diesem Zustand für 1 Stunde, damit die Probe, Bühne und Kammer auf einen Gleichgewichts-Temperatur erreichen. Set-up die Exposition in der Benutzer-Handbuch Ihres speziellen Elektronenstrahl-Lithographie-System angezeigt. Setzen der Probe mit einem geeigneten basischen Schrittgröße (zB 2 nm) (wobei dies die minimale Pixelgröße dass das System freizulegen), eine Einschwingzeit von mindestens 1 ms (wobei dies die Zeit wartet das System zwischen Bewegen des Strahls und Freilegender jeweilige Abschnitt des Musters), und eine Fläche von 55 Dosis μAcm -2. </li><li> Probe Entwicklung - mit VORSICHT Xylol (Xylol ist sowohl brennbare und hochtoxische Arbeit in einem gut belüfteten Ort abseits von Zündquellen und vermeiden Sie den Kontakt mit Haut und Augen) bei einer Temperatur von 23 ° C entwickeln die Probe für 45 Sekunden. Spülen in Isopropanol. </li></ol> 3. Patten Übertragung <ol><li> RIE Chamber Reinigung - Stellen Sie die Flussraten von Argon und Wasserstoff auf 200 sccm. Drosseln die Pumpe über eine Drosselklappe, um Kammerdruck von 1 × 10 -1 mBar erreicht. Stellen Sie die HF-Leistung bis 100 W, entzünden das Plasma und führen für mindestens 10 min - eine DC-Vorspannung von etwa 700 V zu beachten. Nach dem Ausschalten der Ar / H 2-Plasma, ermöglichen die Kammer für etwa 1 min zu pumpen. Die Durchflussrate von Sauerstoff in die Kammer bis 200 sccm und erneut gedrosselt den Kammerdruck auf 1 × 10 -1 mBar. Ignite ein zweites Plasmavon Sauerstoff mit einer Leistung von 100 W und führen für 5 min. Nach diesen Verfahren wird die Kammer frei von Verunreinigungen, wie Polymerresten, von einer früheren Trockenätzung. Wir führen dieses Verfahren vor jeder Änderung Ätzrezept maximale Wiederholgenauigkeit. Diese Prozedur wird für unser System, das aus einem Parallelplatten-, Kathoden-beladenen, RIE besteht optimiert; mit einer Hauptkammer 12 Zoll im Durchmesser von 14 cm in der Höhe, einschließlich eines 12-Zoll-Anschluss sowohl mit Drosselventil und Turbomolekularpumpe befestigt. </li><li> Photonic Crystal Etching - laden Sie die Probe in die RIE Hauptkammer und pumpt das System auf einem Hintergrund Druck von &lt;3 × 10 -6 mbar, um sicherzustellen, ist die Kammer frei von Wasserdampf. Beginnen Sie mit dem etch durch Vorkonditionierung der Kammer mit dem Ätzen Gase (nämlich CHF 3 und SF 6): Stellen Sie den Durchfluss der beiden Gase bis 100 sccm (dh gesetzt ein Gas-Verhältnis von 1:1) und mit der Drosselklappe zu bringen die Kammer Druck auf 5 × 10 <sup&gt; -2 mbar; damit die Gase um mindestens 10 min fließen. Nach Vorkonditionierung, die RF-Leistung auf etwa 20 W und Zünden eines Plasmas; Ätzen der Probe für etwa 2 min (die Ätzrate von Silicium für diesen Ätzparameter beträgt ca. 150 nm / min), während sichergestellt wird, dass ein Kammerdruck von 5 × 10 -2 mbar gehalten wird. Ein DC-Bias zwischen 200-220 V sollte während der Ätzung Zeitraum erreicht werden. </li><li> Beispiel Reinigung zu entfernen verbleibenden Elektronen Resist - nach dem Trockenätzen, reinigen Sie die Probe durch Spülen in VORSICHT 1165 Remover (1165 ist brennbar und kann zu Reizungen von Augen, Nase und Atemwege) mit Ultraschallbewegung für 1-2 min, gefolgt von Aceton und Isopropanol wie oben dargelegt (Schritt 1.2). </li><li> Membrane Isolation - Spin-Beschichtung der Probe mit UV-empfindlichen Fotolack ACHTUNG Microposit S1818 G2 (S1818 G2 ist sowohl leicht entzündlich und verursacht Reizungen von Augen, Nase und Atemwege) (siehe Schritt 1,3). Verwendung eines MITTELANSAe Photomaske definieren Fenster innerhalb des über den photonischen Kristall-Muster mit dem UV Mask Aligner zu widerstehen. Setzen Sie die Probe für etwa 30-45 sek. Entwickeln des Resists in VORSICHT Microposit Entwickler MF-319 (MF-319 ist eine alkalische Flüssigkeit und kann zu Reizungen von Augen, Nase und Atemwege verursachen) für 30-45 sec, Spülen danach in entionisiertem Wasser. Bereiten Sie einen Kunststoffbecher mit einer Mischung aus Vorsicht 01.05 Flusssäure (1,1499 g / ml 48-51% HF) (HF ist stark ätzend und leicht zerstört Gewebe, beim Umgang mit voller persönlicher Schutzausrüstung für HF bewertet verwenden), um de-ionisiertem Wasser. Beachten Sie, dass aus Sicherheitsgründen nur Plastikbecher und Pinzette mit Flusssäure verwendet werden soll. Tauchen Sie die Probe in der Flusssäure Mischung für 15 min. Nach dem Ätzen, spülen Sie die Probe gründlich in entionisiertem Wasser. Entfernen der restliche Photolack unter Verwendung von Aceton und Isopropanol (siehe Schritt 1.2) - aus dieser Stufe und weiter Ultraschallbewegung nicht verwendet werden kann. Um die Probe zu gewährleistenist so sauber wie möglich, folgen Sie dem Aceton und Isopropanol waschen mit einem in VORSICHT Piranha-Lösung (Piranha-Lösung ist sehr energisch, explosionsfähige und greift organische Stoffe, beim Umgang mit vollen persönlichen Schutzausrüstung) (3:1 VORSICHT Schwefelsäure (Schwefelsäure spülen Säure ist ätzend und sehr giftig, beim Umgang mit persönlichen Schutzausrüstung und das Einatmen von Dämpfen oder Nebeln) zu Wasserstoffperoxid VORSICHT (Wasserstoffperoxid ist sehr gefährlich im Falle von Haut-und Augenkontakt, beim Umgang mit persönlichen Schutzausrüstung)) für 5 min , dann spülen Sie die Probe in entionisiertem Wasser, Aceton und Isopropanol. Beachten Sie, dass aus Sicherheitsgründen nur Bechergläser und Metall-Pinzette mit dem Piranha-Lösung verwendet werden. Als Piranha Lösung in Kontakt mit Aceton oder Isopropanol explodieren kann, sollte es sich von diesen Reagenzien behandelt werden. </li><li> Facet Spalten, - wenn die Vorbereitung eines photonischen Kristalls langsam Lichtwellenleiter erfordert die Probe Facette Spaltung. Cleave das sample durch Befolgen der gleichen Prozedur wie in Schritt 1.1 dargestellt, wobei jedoch so klein wie möglich zu einem Kratzer verwendet werden sollte. Ein SOI-Chip mit ~ 700 um dicken Substrat zuverlässig gespalten werden bis zu 4-5 mm lange Proben. </li></ol> 4. Photonic Crystal Slow-Lichtwellenleiter Charakterisierung <ol><li> Vorläufige Vorbereitung des Setup - Verbinden Sie den Ausgang eines VORSICHT Breitband verstärkten spontanen Emission (ASE) Lichtquelle (unsichtbare IR-Strahlung: unnötige hohe Leistungen decken Strahlengang wenn möglich) zu einem 3 dB Faser-Splitter und nutzen jede der Ausgänge Koppeln von Licht in die beiden Arme eines Freiraum-Mach-Zehnder interferometeter (MZI), wie in 9 gezeigt. Asphärische Linsen zu verwenden, um die Lichtabgabe von den Fasern zu kollimieren. In einer der Arme des Interferometers, verwenden zwei zusätzliche asphärische Linsen zur Kopplung des Lichtstrahls in die und aus der Probe-Chip. Legen Sie ein Polarisationsstrahlteiler (PBS) in der Probe Arm TE-polarisieren die light Eingabe der Probe. Verwenden asphärische Linsen zur Kopplung der kollimierten Strahlen von beiden Arme nach hinten in einen zweiten 3 dB Faser-Splitter, wo sie rekombinieren. Verbinden einer der Ausgänge auf einen Infrarot-Detektor und mit der Ablesung des Detektors um die Lichtkopplung in der Probe zu maximieren; das andere Ausgang an einen optischen Spektrumanalysator (OSA). Die beiden Arme des MZI sollte in etwa die gleiche optische Länge aufweist, wenn in Gegenwart von der Probe: sicherstellen, dass die Fasern in den beiden Armen des MZI die gleiche nominale Länge haben und umfassen einen abstimmbaren Verzögerungsstufe im Referenzarm zu erlauben zur Feineinstellung seiner Länge. In der Probe Arm, montieren Sie die asphärischen Linsen auf xyz Präzisionstische die beste Kupplung in der Probe zu erhalten. </li><li> Passen Referenzarmlänge - Kopplung des Lichtstrahls auf einen Rohling (dh ohne photonischen Kristall) Stegwellenleiter (von der gleichen Art wie der Zugangspunkt, dass Futter Wellenleiter Licht in den photonischen Kristallen) wiverdünnen den gleichen Chip in der Probe Arm. Führen Sie einen kontinuierlichen Scan auf der OSA und beobachten die gemessene Wellenlänge Spektren. Wenn die beiden Arme des MZI etwa die gleiche optische Länge, die Spektren zeigen Fransen aufgrund konstruktiver und destruktiver Interferenz, wobei diese Streifen wird nicht angezeigt, wenn die Arme des MZI sehr unterschiedlichen optischen Längen (&gt; ~ cm) haben. Die Streifenabstand ist umgekehrt proportional zu der Differenz der optischen Weglänge zwischen den beiden Teilen. Bewegen Sie den Verzögerungsstufe um die Referenzarm kürzer und beobachten die Fransen in der OSA: wenn sie dichter (spärlicher) zu werden, ist der Verweis Arm kürzer (länger) als die Probe Arm. Stellen Sie die Verzögerungsstufe um sicherzustellen, dass der Referenzarm kürzer als der Probenarm und Ergebnisse in einem Streifenabstand von etwa 5 bis 10 Fransen in einer 10 nm Wellenlängenbereich (siehe Abbildung 10a). Schließlich führen diese Optimierung auf dem Gerät, die die maximale Verzögerung sorgt und dann halten die Verzögerung während der Messung festder gesamten Probe. </li><li> Eichlauf - noch auf dem leeren Wellenleiter ausgerichtet sind, laufen drei Abtastungen des OSA: eine für die Interferenz-Spektrum und eine Abtastung für jedes der zwei Arme getrennt (erhalten durch Blockierung der andere Arm). Verwenden Sie eine Auflösung von 0,05-0,1 nm. Notieren Sie jedes gemessene Spektrum. </li><li> Langsames Licht Datenerfassung - ausführen und aufnehmen drei Spektren wie in Schritt 4.3 für jeden photonischen Kristall-Wellenleiter auf dem Chip. </li><li> Fourier Datenanalyse - das Störspektrum (Interferogramm) I (ω) wird mathematisch ausgedrückt durch: I (ω) = S (ω) + R (ω) + sqrt [S (ω) R (ω)] {exp [iΦ (ω) - iωτ] + cc} wobei S (ω) und R (ω) die Spektraldichte getrennt von der Proben-und Referenzarme gemessen. Die Verzögerung τ wird durch die Position der Verzögerungsstufe im Referenzarm eingestellt. Die auf der Dispersion des photonischen Kristall-Wellenleiters ist in der Phase enthaltenenBegriff, den wir aus den gemessenen Daten zu extrahieren müssen. Subtrahieren die nicht störenden Hintergrund S (ω) + R (ω) aus dem Interferogramm, nur den störenden Begriff isolieren. Berechnen der Fouriertransformierten des störenden Begriff: Der Begriff sqrt (SR) exp [i (Φ-ωτ)] und seine komplexe Konjugat an Peaks bei t = τ entsprechen zentriert und t =-τ sind. Filtern numerisch einem der beiden Begriffe und verwandeln zurück in den Frequenzbereich. Differenzieren der Phase Φ (ω) - ωτ der resultierenden Daten mit Bezug auf ω um Δτ g, der Unterschied in der Gruppenlaufzeit zwischen den beiden Teilen zu erzielen. Die Gruppe g Index n = c / v g, mit v g die Gruppengeschwindigkeit, ist gegeben durch: n g = (Δτ g PhC - Δτ g cal) c / L + n cal, wo Δτ g cal wird aus den Kalibrierdaten übernommen fr erhaltenom der Rohling Wellenleiter, L die Photonenkristall Wellenleiterlänge und n cal = 2.7 ist der effektive Index des Referenz Rippenwellenleiters. Der Beitrag zu der Verzögerung aus den einzelnen optischen Elementen der Einrichtung berücksichtigt wird in der Kalibrierlauf genommen, und wird daher in diesem Schritt subtrahiert. </li></ol><ol start="6"><li> Transmissionskurve - Berechnung der Transmissionskurve durch Normieren des Probenspektrums eines photonischen Kristall-Wellenleiter zu der des Rohlings Wellenleiters. </li></ol> 5. Photonic Crystal Cavity Charakterisierung <ol><li> Setup - die Vorbereitung des Setups (Abb. 14) für RS umfasst: Schalten der austauschbare Element der polarisierenden Strahlteiler; Einfügen eines Polarisators in das Eingabefeld Arm sowie ein Analysator in der Ausgabe Arm; drehen einen Spiegel in die Sonde arm um die Verwendung eines Nah-Infrarot-Quelle zu ermöglichen; erlauben die Beleuchtung der Probe. Montieren Sie die Probe vertikal mit einem 45 °-Orientierung zur Achseder Polarisator (Abbildung 18) auf ein Differential angetriebenen xyz Mikroorganismen blockieren und Einstellen der Mikro-Block, so daß die Probe im Fokus ist und einen Hohlraum kann mit der Kamera gesehen werden, wie in 15 (links). Verwendung einer verstärkten spontanen Emission (ASE)-Quelle, Ausrichten des Strahls mit der Mitte des Hohlraums 15 (rechts). Flip entfernt die Beleuchtung Spiegel und damit die Ausgabe Arm des Spektrometers (Monochromator mit angeschlossenem Array-Detektor) eingeben. Starten Sie eine breite Scan mit einem niedrigen bis mäßigen Auflösung, um die Kavität Gipfel zu identifizieren. Erhalten der groben Wellenlänge der Resonanz in der ASE-Scan (Abbildung 16a) mit einer Genauigkeit von 1 nm aufweist. Es ist auch möglich, das breite Scan mit VORSICHT abstimmbare Laserquelle (TLS) (Abbildung 16b) (unsichtbare IR-Strahlung: unnötige hohe Leistungen decken Strahlengang wenn möglich) zu erwerben. Man muss darauf achten, dass die Auflösung auf den höchsten Wert eingestellt ist, umprobieren Sie die Linienbreiten von jedem Gipfel. </li><li> Führen Sie hochauflösende Scans auf den identifizierten Peaks - verbinden Sie die TLS an den Eingang Arm und dämpfen den Strahl auf einen mW Ebene. Vorbereitung der Auflösungsscan indem der Ausgang Arm durch den Photodetektor erfasst werden und zur Schaffung eines kontinuierlichen Sweep-Scan mit einer Auflösung von 1 pm für ein 2 nm-Bereich bei der vorher gefundenen Resonanzwellenlänge zentriert. Die Bedeutung dieses Schrittes ist, um das Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) zu verbessern mit dem Ziel, eine Lorentz-Linie-shape resonance erhalten: Ändern der xyz-Position des Mikro-Block und erneut ausführen, bis die Abtastung der SNR wird maximiert und die Linie-Form ist nahe dem von einer Lorentz, wie in der repräsentativen Folge Schnitt dargestellt. </li></ol>

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<li>Vlasov, Y. A., O'Boyle, M., Hamann, H. F., McNab, S. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Active+control+of+slow+light+on+a+chip+with+photonic+crystal+waveguides%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Active control of slow light on a chip with photonic crystal waveguides.</a> Nature. 438, 65-69 (2005).</li>
<li>Gomez-Iglesias, A., O'Brien, D., O'Faolain, L., Miller, A., Krauss, T. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Direct+measurement+of+the+group+index+of+photonic+crystal+waveguide+via+Fourier+transform+spectral+interferometry%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+Lett%22%5BJournal%5D)">Direct measurement of the group index of photonic crystal waveguide via Fourier transform spectral interferometry.</a> Appl. Phys. Lett. 90 (26), 261107(2007).</li>
<li>Akahane, Y., Asano, T., Song, B. -S., Noda, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-Q+photonic+nanocavity+in+a+two-dimensional+photonic+crystal%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">High-Q photonic nanocavity in a two-dimensional photonic crystal.</a> Nature. 425, 944-947 (2003).</li>
<li>McCutcheon, M. W., Rieger, G. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Resonant+scattering+and+second-harmonic+spectroscopy+of+planar+photonic+crystal+microcavities%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+Lett%22%5BJournal%5D)">Resonant scattering and second-harmonic spectroscopy of planar photonic crystal microcavities.</a> Appl. Phys. Lett. 87 (22), 221110(2005).</li>
<li>Galli, M., Portalupi, S. L., Belotti, M., Andreani, L. C., O'Faolain, L., Krauss, T. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Light+scattering+and+Fano+resonances+in+high-Q+photonic+crystal+nanocavities%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+Lett%22%5BJournal%5D)">Light scattering and Fano resonances in high-Q photonic crystal nanocavities.</a> Appl. Phys. Lett. 94 (7), 71101(2009).</li>
<li>WÃest, R., Strasser, P., Jungo, M., Robin, F., Erni, D., Jückel, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+efficient+proximity-effect+correction+method+for+electron-beam+patterning+of+photonic-crystal+devices%5BTitle%5D)+AND+%22Microelectron+Eng%22%5BJournal%5D)">An efficient proximity-effect correction method for electron-beam patterning of photonic-crystal devices.</a> Microelectron Eng. 67-68, 182-188 (2003).</li>
<li>Tanaka, Y., Asano, T., Akahane, Y., Song, B. -S., Noda, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Theoretical+investigation+of+a+two-dimensional+photonic+crystal+slab+with+truncated+cone+air+holes%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+Lett%22%5BJournal%5D)">Theoretical investigation of a two-dimensional photonic crystal slab with truncated cone air holes.</a> Appl. Phys. Lett. 82 (11), 1661(2003).</li>
<li>Asano, T., Song, B. -S., Noda, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Analysis+of+the+experimental+Q+factors+%28%7E+1+million%29+of+photonic+crystal+nanocavities%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Express%22%5BJournal%5D)">Analysis of the experimental Q factors (~ 1 million) of photonic crystal nanocavities.</a> Opt. Express. 14 (5), 1996-2002 (2006).</li>
<li>O'Faolain, L., Schulz, S. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Loss+engineered+slow+light+waveguides%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Express%22%5BJournal%5D)">Loss engineered slow light waveguides.</a> Opt. Express. 18 (26), 27627-27638 (2010).</li>
<li>Joannopoulos, J. D., Johnson, S. G., Winn, J. N., Meade, R. D. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aJoannopoulos%2C+JD+%22Photonic+crystals%2C+molding+the+flow+of+light%22">Photonic crystals, molding the flow of light</a>. , 2nd ed, Princeton University Press. (2008).</li>
<li>Li, J., White, T. P., O'Faolain, L., Gomez-Iglesias, A., Krauss, T. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Systematic+design+of+flat+band+slow+light+in+photonic+crystal+waveguides%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Express%22%5BJournal%5D)">Systematic design of flat band slow light in photonic crystal waveguides.</a> Opt. Express. 16 (9), 6227-6232 (2008).</li>
<li>Takeda, M., Ina, H., Kobayashi, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fourier-transform+method+of+fringe-pattern+analysis+for+computer-based+topography+and+interferometry%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Opt.+Soc.+Am%22%5BJournal%5D)">Fourier-transform method of fringe-pattern analysis for computer-based topography and interferometry.</a> J. Opt. Soc. Am. 72 (1), 156-160 (1982).</li>
</ol>

Keine Interessenskonflikte erklärt.

Beispiel Herstellung Unsere Wahl der Elektronenstrahl-Resist (dh ZEP 520A) ist aufgrund seiner gleichzeitig hoher Auflösung und Ätzresistenz. Wir glauben, dass ZEP 520A durch die UV-Licht von oben Labor Lichter emittiert beeinträchtigt sein kann; als solches empfehlen wir Platzierung Spin-beschichteten Proben in UV undurchsichtigen Behältern beim Verschieben von einem Labor zum anderen. Bewegen auf Definieren des photonischen Kristalls Muster, vor Aussetzen...

<table><tbody><tr><td>Aceton</td><td>Fisher Scientific</td><td>A/0520/17</td><td>ACHTUNG: entzündlich, gute Belüftung verwenden und alle Zündquellen meiden.</td></tr><tr><td>Isopropanol</td><td>Fisher Scientific</td><td>P/7500/15</td><td>ACHTUNG: entzündlich, gute Belüftung verwenden und alle Zündquellen meiden.</td></tr><tr><td>Elektronenstrahlwiderstand</td><td>Marubeni Europe plc.</td><td>ZEP520A</td><td>VORSICHT: brennbar, gesundheitsschädlich durch Einatmen, Kontakt mit Haut und Augen vermeiden.</td></tr><tr><td>Xylole</td><td>Fisher Scientific</td><td>X/0100/17</td><td>ACHTUNG: brennbar und hochgiftig, gute Belüftung verwenden, alle Zündquellen meiden, Kontakt mit Haut und Augen vermeiden.</td></tr><tr><td>Microposit S1818 G2</td><td>Chestech Ltd.</td><td>10277866</td><td>VORSICHT: brennbar und verursacht Reizungen von Augen, Nase und Atemwegen.</td></tr><tr><td>Microposit Entwickler MF-319</td><td>Chestech Ltd.</td><td>10058721</td><td>VORSICHT: alkalische Flüssigkeit und kann Augen, Nase und Atemwege reizen.</td></tr><tr><td>Flusssäure</td><td>Fisher Scientific</td><td>22333-5000</td><td>ACHTUNG: extrem ätzend, zerstört leicht Gewebe; Handhabung mit vollständiger persönlicher Schutzausrüstung, die für HF.</td></tr><tr><td>Microposit 1165 Remover</td><td>Chestech Ltd.</td><td>10058734</td><td>VORSICHT: entzündlich und reizt Augen, Nase und Atemwege.</td></tr><tr><td>Schwefelsäure</td><td>Fisher Scientific</td><td>S/9120/PB17</td><td>ACHTUNG: ätzend und sehr giftig; mit persönlicher Schutzausrüstung hantieren und Einatmen von Dämpfen oder Nebeln vermeiden.</td></tr><tr><td>Wasserstoffperoxid</td><td>Fisher Scientific</td><td>BPE2633-500</td><td><stark>VORSICHT: sehr gefährlich bei Haut- und Augenkontakt; Griff mit persönlicher Schutzausrüstung.</td></tr><tr><td colspan="4">Equipment</td></tr><tr><td>Silicon-on-Insulator wafer</td><td>Soitec</td><td>G8P-110-01</td><td></td></tr><tr><td>Diamond Scribe</td><td>J M Diamond Tool Inc.</td><td>HS-415</td><td></td></tr><tr><td>Objektträger</td><td>Fisher Scientific</td><td>FB58622</td><td></td></tr><tr><td>Becher</td><td>Fisher Scientific</td><td>FB33109</td><td></td></tr><tr><td>Pinzetten</td><td>SPI Zubehör</td><td>PT006-AB</td><td></td></tr><tr><td>Ultraschallbad</td><td>Camlab</td><td>1161436</td><td></td></tr><tr><td>Spin-Coater</td><td>Electronic Micro Systems Ltd.</td><td>EMS 4000</td><td></td></tr><tr><td>Pipette</td><td>Fisher Scientific</td><td>FB55343</td><td></td></tr><tr><td>E-Beam-Lithographie-System</td><td>Raith Gmbh</td><td>Raith 150</td><td></td></tr><tr><td>Reaktives Ionenätzsystem</td><td>Proprietäres, intern entwickeltes</td> <td>UV-Masken-Aligner</td><td></td></tr> <tr><td></td><td>Karl Süss</td><td>MJB-3</td><td></td></tr><tr><td>ASE-Quelle</td><td>Amonics</td><td>ALS-CL-15-B-FA</td><<td>strong>VORSICHT: unsichtbare IR-Strahlung.</td></tr><tr><td>Singlemode-Fasern</td><td>Thorlabs</td><td>P1-SMF28E-FC-2</td><td></td></tr><tr><td>3 dB Faserteiler</td><td>Thorlabs</td><td>C-WD-AL-50-H-2210-35-FC/FC</td><td></td></tr><tr><td>Asphärische Linsen</td><td>Neue Focus</td><td>5720-C</td><td></td></tr><tr><td>XYZ-Tische</td><td>Melles Griot</td><td>17AMB003/MD</td><td></td></tr><tr><td>Polarisations-Strahlteiler</td><td>Würfel Thorlabs</td><td>PBS104</td><td></td></tr><tr><td>IR-Melder</td><td>New Focus</td><td>2033</td><td></td></tr><tr><td>100&#215; Objektiv</td><td>Nikon</td><td>BD Plan 100x</td><td></td></tr><tr><td>Oszilloskop</td><td>Tektronix</td><td>TDS1001B</td><td></td></tr><tr><td>Optischer Spektrumanalysator</td><td>Advantest</td><td>Q8384</td><td></td></tr><tr><td>IR-Sensorkarte</td><td>Newport</td><td>F-IRC2</td><td></td></tr><tr><td>TLS Quelle</td><td>Agilent</td><td>81940A</td><td>ACHTUNG: unsichtbare IR-Strahlung.</td></tr><tr><td>IR Kamera</td><td>Elektrophysik</td><td>7290A</td><td></td></tr><tr><td>IR-Detektor</td><td>Neuer Fokus</td><td>2153</td><td></td></tr><tr><td>Digitalmultimeter</td><td>Agilent</td><td>34401A</td><td></td></tr><tr><td>Beleuchtung</td><td>Stocker Yale</td><td>Lite Milbenmonochromator</td><td></td></tr><tr><td></td><td>Spektralprodukte</td><td>DK480</td><td></td></tr><tr><td>Array-Detektor</td><td>Andor</td><td>DU490A-1,7</td><td></td></tr><tr><td>GIF-Faser</td><td>Thorlabs</td><td>31L02</td><td></td></tr></tbody></table>

herstellung und charakterisierung von photonic crystal langsam lichtwellenleitern und hohlräume

Fabrication And Characterization Of Photonic Crystal Slow Light Waveguides And Cavities

Langsames Licht ist eines der heißen Themen in der Photonik-Gemeinde in den vergangenen zehn Jahren erzeugt großes Interesse sowohl aus fundamentaler Sicht und für sein hohes Potenzial für praktische Anwendungen. Langsames Licht photonischen Kristall-Wellenleiter, insbesondere, haben eine große Rolle gespielt und wurden erfolgreich für die Verzögerung optische Signale 1-4 beschäftigt und die Verbesserung der beiden linearen 5-7 und nichtlineare Geräte. 8-11 Photonischen Kristall Hohlräume zu erreichen ähnliche Effekte, dass von langsamen Lichtwellenleiter, sondern über einen reduzierten Bandbreite. Diese Hohlräume bieten hohe Q-factor/volume Verhältnis zur Realisierung optisch und elektrisch 12 13 gepumpt ultraniedrigem Schwellenwert Laser und die Verbesserung der nichtlineare Effekte. 14-16 Weiteren passive Filter 17 und Modulatoren 18 bis 19 Es wurde gezeigt, ausstellenden ultra-schmale Linienbreite, hohe freie spektrale rOrange und Rekordwerte des geringen Energieverbrauch. Um diese spannende Ergebnisse zu erreichen, muss ein robustes wiederholbare Herstellung Protokoll entwickelt werden. In diesem Papier nehmen wir eine gründliche Blick auf unsere Fertigung Protokoll, das Elektronenstrahl-Lithographie verwendet für die Definition von photonischen Kristall Muster und nutzt nassen und trockenen Ätzverfahren. Unsere optimierte Fertigung Rezept Ergebnisse in photonischen Kristallen, die nicht von der Vertikalen leiden Asymmetrie und weisen eine sehr gute Kanten-Wandrauhigkeit. Wir diskutieren die Ergebnisse der Variation der Ätzparameter und die schädlichen Wirkungen, die sie auf einer Vorrichtung haben kann, was zu einem diagnostischen Route, die ergriffen werden, um zu identifizieren und zu eliminieren ähnliche Probleme werden kann. Der Schlüssel zur Auswertung langsam Lichtwellenleiter ist die passive Charakterisierung der Übertragung und Warengruppenverzeichnisses Spektren. Verschiedene Verfahren sind berichtet worden, vor allem die Lösung der Fabry-Perot-Fransen des Transmissionsspektrums eine 20-21d interferometrischen Techniken. 22-25 Hier beschreiben wir einen direkten, Breitband-Messtechnik kombiniert spektrale Interferometrie mit Fourier-Transform-Analyse. 26 Unsere Methode zeichnet sich durch seine Einfachheit und Leistungsfähigkeit, wie wir einen nackten photonischen Kristalls mit Zugang Wellenleiter zu charakterisieren, ohne Notwendigkeit für On-Chip Interferenzkomponenten und des Setup nur aus einem Mach-Zehnder-Interferometer, ohne dass bewegliche Teile und Verzögerung Scans. Wenn kennzeichnenden Photonenkristall Hohlräumen, Verfahren, bei denen 21 oder internen Quellen externen Wellenleiter direkt an den Hohlraum 27 Einfluss auf die Leistungsfähigkeit des Hohlraums selbst gekoppelt ist, wodurch die Messung verfälschen. Hier beschreiben wir eine neue und nicht-intrusive Technik, die Verwendung einer kreuzpolarisierten Sondenstrahls macht und als Resonanzstreuung (RS), wobei die Sonde aus der Ebene heraus in den Hohlraum durch ein Objektiv gekoppelt ist bekannt. Die Technik wurde erstmals Demonstrationted durch McCutcheon et al. 28 und weiter durch Galli et al. 29

Hergestellte Proben
Abbildung 1 zeigt ein Rasterelektronenmikroskopbild (REM) eines belichteten und entwickelten Musters in einem Elektronenstrahlresist – an der „sauberen“ Kante zwischen Resist und Siliziumsubstrat ist ersichtlich, dass die vollständige Belichtung und Entwicklung erfolgreich abgeschlossen wurde. Die Belichtung von Dosis-Testmustern, bestehend aus einfachen, sich wiederholenden Formen (in unserem Fall 50 × 50 μm großen Quadraten), jeweils mit einer unterschiedli...

Verwendung von photonischen Kristall langsam Lichtwellenleiter und Hohlräume wurde weithin von der Photonik-Community in vielen unterschiedlichen Anwendungen eingesetzt. Deshalb Herstellung und Charakterisierung dieser Geräte sind von großem Interesse. Dieses Papier umreißt unsere Herstellungstechnik und zwei optische Charakterisierungsmethoden, nämlich: interferometrischen (Wellenleiter) und Resonanzstreuung (Hohlräume).

Herstellung und Charakterisierung von Photonic Crystal Langsam Lichtwellenleitern und Hohlräume

Slow light has been one of the hot topics in the photonics community in the past decade, generating great interest both from a fundamental point of view ...

Das übergeordnete Ziel dieses Verfahrens ist die Herstellung und Charakterisierung eines photonischen Kristalls, eines Wellenleiters oder Hohlraums mit langsamem Licht. Dies wird erreicht, indem zunächst der Silizium-auf-Isolator-Chip für die Elektronenstrahllithographie vorbereitet wird, indem der Chip gereinigt und mit ZEP five 20 a Resist geschleudert wird. Der zweite Schritt besteht darin, das photonische Kristallmuster mit Hilfe der Elektronenstrahllithographie zur Strukturdefinition und von Xylol für die Entwicklung freizulegen und zu entwickeln.Als nächstes übertragen Sie das photonische Kristallmuster in die oberste Siliziumschicht des Chips, indem Sie die Probe in den reaktiven Ionenätzer plasmaätzen. Der letzte Schritt besteht darin, die vergrabene Oxidschicht zu entfernen, indem die Kieselsäure in Flusssäure weggeätzt wird. Dadurch entstehen photonische Membrankristallbauelemente, d. h. Bauelemente mit Luft sowohl über als auch unter der photonischen Siliziumkristallschicht.Letztendlich wird das Gerät optisch charakterisiert, wenn die Probe photonische Kristallwellenleiter unter Interferometer-basierten Langsamlicht-Experimenten enthält, wenn die Probe aus photonischen K

fabrication-characterization-photonic-crystal-slow-light-waveguides

Research

Forschung

JoVE Journal

Engineering

Ingenieurwesen

Wir beschreiben die Verwendung von einem Kohlendioxid-Laser-Reflow-Verfahren zu Siliciumdioxid Resonanzhohlräume, einschließlich freistehenden Mikrokügelchen und On-Chip Mikrotoroide herzustellen. Der Reflow-Methode entfernt Unebenheiten, so dass lange Photonenlebensdauern innerhalb der beiden Geräte. Die daraus resultierenden Geräte verfügen über extrem hohe Güten und ermöglicht Anwendungen, die von der Telekommunikation bis Biodetektion.

Herstellung von Silica Ultra High Quality Factor Mikroresonatoren

Die angepasste Techniken in unserem Labor entwickelt, um Mikrowelle Photonik Systeme basierend auf Ultra-High Q Whispering Gallery Mode-Resonatoren bauen werden vorgestellt. Die Protokolle zu erhalten und zu charakterisieren diese Resonatoren sind detailliert, und eine Erklärung von einigen ihrer Anwendungen in Photonik Mikrowelle gegeben ist.

Mikrowelle Photonics Systems on Whispering-Gallery-Mode-Resonatoren Grundlage

Wir entwickeln und charakterisieren eine ungeordnete Polymer Optical Fiber, die quer Anderson-Lokalisierung verwendet als neuartige Wellenleiter-Mechanismus. Diese mikrostrukturierten Faser kann eine kleine lokalisierte Strahl mit einem Radius, der vergleichbar mit dem Strahlradius von herkömmlichen optischen Fasern transportieren.

Herstellung und Charakterisierung von Disordered Optische Polymerfasern für Quer Anderson Localization of Light

Parametrische optomechanische Anregungen wurden kürzlich in mikrofluidischen optomechanischen Resonatoren mittels optischem Strahlungsdruck und stimulierter Brillouin-Streuung experimentell nachgewiesen. In diesem Artikel wird die Herstellung dieser mikrofluidischen Resonatoren zusammen mit Methoden zur Erzeugung und Verifizierung optomechanischer Schwingungen beschrieben.

Herstellung und Prüfung von Mikrofluidik-Optomechanische Oszillatoren

Ungeordneten Strukturen bieten neue Mechanismen für die Bildung photonischen Bandlücken und eine beispiellose Freiheit in der funktionellen-Fehler-Designs. Um die Rechen Herausforderungen ungeordneter Systeme zu umgehen, konstruieren wir modulare makroskopische Proben von der neuen Klasse von Materialien und verwenden Sie PBG Mikrowellen, ihre skaleninvarianten photonischen Eigenschaften zu charakterisieren, in eine einfache und kostengünstige Art und Weise.

Mit Mikrowelle und makroskopischen Proben der Dielektrische Festkörper, um die photonischen Eigenschaften ungeordneter photonische Bandlückenmaterialien Studieren

Wir präsentieren ein Protokoll zur Herstellung von 1-D photonischer Kristall Hohlräume auf Sublambdabereich Durchmesser Quarzfasern (optische Nanofasern) unter Verwendung von Femtosekunden-Laser-induzierte Ablation.

Die Herstellung von 1-D Photonic Kristallhöhle auf einer Nanofaser Mit Femtosekunden-Laser-induzierte Ablation

Es werden Protokolle zur Synthese von Mikrokugeln aus Polymeren, die Manipulation von Mikrokügelchen und Mikro-Photolumineszenzmessungen vorgestellt.

Herstellung von Polymer-Mikrosphären für optische Resonator- und Laseranwendungen

Optische Gewebe Phantome sind unverzichtbare Werkzeuge für Kalibrierung und Charakterisierung von optischen bildgebenden Systemen und Validierung von theoretischen Modellen. Dieser Artikel beschreibt eine Methode für die phantom Fertigung, die Replikation von optischen Gewebeeigenschaften und dreidimensionale Gewebestruktur enthält.

Herstellung und Charakterisierung von optischen Gewebe Phantome, die Makrostruktur enthalten

Die photonische Bandstruktur ermöglicht es zu verstehen, wie sich eingegrenzte elektromagnetische Modi in einem photonischen Kristall ausbreiten. In photonischen Kristallen, die magnetische Elemente enthalten, werden solche eingeschränkten und resonanzförmigen optischen Modi von einer verbesserten und modifizierten magneto-optischen Aktivität begleitet. Wir beschreiben ein Messverfahren zur Extraktion der magneto-optischen Bandstruktur durch Fourier Raummikroskopie.

Spektrale und winkelaufgelöste magneto-optische Charakterisierung photoischer Nanostrukturen

Hier wird eine Nanosphärenlithographiemethode zur parallelen Herstellung von Nullmoduswellenleitern beschrieben, bei denen es sich um Arrays von Nanoaperturen in einem metallbeschichteten Glasmikroskopie-Coverlip für die Einzelmolekülbildgebung bei nano- bis mikromolaren Konzentrationen von Fluorophoren handelt. Die Methode nutzt die Kolloidalkristall-Selbstorganisation, um eine Hohlleiterschablone zu erstellen.

Herstellung von Zero Mode Waveguides für die hochkonzentrierte Einzelmolekülmikroskopie

Dieses Protokoll beschreibt den Aufbau eines kostengünstigen, diskreten, fasergekoppelten und luftberaumten Fabry-Perot-Etalons mit verschiedenen Anwendungen, wie z.B. in der Spurengasspektroskopie. Die Herstellung ist in jeder Einrichtung möglich, in der Standard-optische Laborgeräte zur Verfügung stehen.

Herstellung eines kostengünstigen, fasergekoppelten Fabry-Pérot-Etalons mit Luftspalt

Erfahren Sie die Herstellung und Charakterisierung von photonischen Kristall-Langsamlicht-Wellenleitern und Hohlräumen mittels Elektronenstrahllithografie und Plasmaätzen. Diese Methode ermöglicht präzise optische Geräte für die Photonikforschung.

Herstellung und Charakterisierung von Photonic Crystal Langsam Lichtwellenleitern und Hohlräume

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