Fabricación y caracterización de guías de onda de cristal fotónico luz lenta y cavidades

Resumen

El uso de guías de ondas de luz de cristal fotónico lentos y cavidades ha sido ampliamente adoptado por la comunidad fotónica en muchas aplicaciones diferentes. Por lo tanto la fabricación y caracterización de estos dispositivos son de gran interés. En este trabajo se describe nuestra técnica de fabricación y dos métodos de caracterización óptica, a saber: la dispersión interferométrica (guías de onda) y resonancia (cavidades).

Resumen

Slow luz ha sido uno de los temas candentes en la comunidad fotónica en la última década, generando un gran interés tanto desde el punto de vista fundamental y por su considerable potencial para aplicaciones prácticas. Slow guías de ondas de luz de cristal fotónico, en particular, han jugado un papel importante y se han empleado con éxito para retrasar las señales ópticas ^1-4 y ^8-11 la mejora de ambos dispositivos lineales y no lineales ^5.7.

Cavidades de cristal fotónico lograr efectos similares a los de guías de ondas de luz lenta, pero en un menor ancho de banda. Estas cavidades ofrecen un alto ratio de Q-factor/volume, para la realización de óptica ¹² y ¹³ eléctricamente bombeado láser ultra-bajos de umbral y la mejora de los efectos no lineales. ^14-16 Además, los filtros pasivos ¹⁷ y moduladores ^18-19 se ha demostrado, exhibiendo ultra-estrecho ancho de línea de alta free-espectral range y registrar los valores de consumo de energía baja.

Para lograr estos resultados emocionantes, un protocolo robusto fabricación repetitiva debe ser desarrollado. En este artículo, echamos un vistazo en profundidad a nuestro protocolo de fabricación que utiliza la litografía por haz de electrones para la definición de los patrones de cristal fotónico y utiliza técnicas de grabado húmedo y seco. Nuestros resultados optimizados receta de fabricación de cristales fotónicos que no sufren de asimetría vertical y exhiben muy buena borde de pared rugosidad. Se discuten los resultados de la variación de los parámetros de grabado y los efectos perjudiciales que pueden tener en un dispositivo, que conduce a una ruta de diagnóstico que se pueden tomar para identificar y eliminar problemas similares.

La clave para la evaluación de guías de ondas lentas de luz es la caracterización pasiva de transmisión y los espectros de índice de grupo. Varios métodos han sido reportados, lo más notablemente la resolución de las franjas de Fabry-Perot del espectro de transmisión de un ^20-21técnicas de interferometría. ^22-25 d A continuación, describimos una técnica directa, la medición de banda ancha combinando la interferometría espectral con el análisis de Fourier transform. ²⁶ Nuestro método destaca por su sencillez y potencia, como se puede caracterizar un cristal fotónico desnudo con guías de ondas de acceso, sin necesidad para los componentes de interferencia en el chip, y la configuración de la única consiste en un interferómetro de Mach-Zehnder, sin necesidad de partes móviles y escáneres de retardo.

En la caracterización de las cavidades de cristal fotónico, las técnicas que implican fuentes internas ²¹ o guías de onda externos acoplados directamente a la cavidad ²⁷ impacto en el rendimiento de la propia cavidad, distorsionando así la medición. Aquí se describe una técnica novedosa y no intrusivo que hace uso de un haz de sonda de polarización cruzada y se conoce como dispersión resonante (RS), donde la sonda se acopla fuera del plano en la cavidad a través de un objetivo. La técnica fue la primera demostracióndo por McCutcheon et al. ²⁸ y desarrollado por Galli et al ^29.

Protocolo

Descargo de responsabilidad: La siguiente protocolo proporciona un flujo de proceso general que abarca las técnicas de fabricación y caracterización de guías de onda cristalina fotónica y cavidades. El flujo de proceso está optimizado para el equipo específico disponible en nuestro laboratorio, y los parámetros pueden ser diferentes si otros reactivos o equipo se utiliza.

1. Preparación de la muestra

1. La escisión de la muestra - la toma de silicio sobre aislante (SOI) de la oblea y utilice una punta trazadora de diamante para rayar una línea de aproximadamente 1-2 mm de largo desde el borde de la superficie de s....

Resultados

Muestras fabricadas

Figura 1 muestra una imagen de microscopía electrónica de barrido (SEM) de un patrón expuesto y revelado en una resistencia para haz de electrones; es evidente, por el borde «limpio» entre la resistencia y el sustrato de silicio, que se ha logrado una exposición y revelado completos. La exposición de patrones de prueba de dosis, compuestos por formas simples repetidas (en nuestro caso, cuadrados de 50 × 50 μm), cada uno con una dosis base diferente, se utiliz.......

Discusión

Ejemplo de fabricación

Nuestra elección de haz de electrones resistir (es decir ZEP 520A) se debe a su alta resolución simultáneamente y resistencia a la corrosión. Creemos que 520A ZEP puede verse afectada por la luz UV emitida por las luces de laboratorio generales; como tal se recomienda colocar recubiertos spin-muestras en recipientes opacos UV mientras que se muevan de un laboratorio a otro.

Pasando a definir el patrón de cristal fotónico, antes de exp.......

Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo

Nombre	Empresa	Número de catálogo	Comentarios
Acetona	Fisher Scientific	A/0520/17	PRECAUCIÓN: inflamable, use buena ventilación y evite todas las fuentes de ignición.
Isopropanol	Fisher Scientific	P/7500/15	PRECAUCIÓN: inflamable, use buena ventilación y evite todas las fuentes de ignición.
Electron Beam resiste	Marubeni Europe plc.	ZEP520A	PRECAUCIÓN: inflamable, dañino por inhalación, evite el contacto con la piel y los ojos.
Xileno	Fisher Scientific	X/0100/17	PRECAUCIÓN: inflamable y altamente tóxico, use buena ventilación, evite todas las fuentes de ignición, evite el contacto con la piel y los ojos.
Microposit S1818 G2	Chestech Ltd.	10277866	PRECAUCIÓN: inflamable y causa irritación en los ojos, la nariz y las vías respiratorias.
Microposit Developer MF-319	Chestech Ltd.	10058721	PRECAUCIÓN: líquido alcalino y puede causar irritación en los ojos, la nariz y las vías respiratorias.
Ácido fluorhídrico	Fisher Scientific	22333-5000	PRECAUCIÓN: extremadamente corrosivo, destruye fácilmente los tejidos; manéjelo con equipo de protección personal completo clasificado para HF.
Microposit 1165 Remover	Chestech Ltd.	10058734	PRECAUCIÓN: inflamable y causa irritación en los ojos, la nariz y las vías respiratorias.
Ácido sulfúrico	Fisher	Scientific S/9120/PB17	PRECAUCIÓN: corrosivo y muy tóxico; manéjelo con equipo de protección personal y evite la inhalación de vapores o nieblas.
Peróxido de hidrógeno	Fisher Scientific BPE2633-500		PRECAUCIÓN: muy peligroso en caso de contacto con la piel y los ojos; mango con equipo de protección personal.
Equipment
Silicon-on-Insulator oblea	Soitec	G8P-110-01
Diamond Scribe	J M Diamond Tool Inc.	HS-415
Portaobjetos de microscopio	Fisher Scientific	FB58622
Vasos de precipitados	Pinzas	FB33109
	SPI Supplies	PT006-AB
Baño ultrasónico	Camlab	1161436
Spin-Coater	Electronic Micro Systems Ltd.	EMS 4000
Pipeta	Fisher Scientific	FB55343
Sistema de litografía de haz E	Raith Gmbh	Raith 150
Sistema de grabado de iones reactivos	Diseñado internamente por patente	:
máscara UV	Karl Suss	MJB-3
Fuente ASE	Amonics	ALS-CL-15-B-FA	fuerte>PRECAUCIÓN: radiación IR invisible.
Fibras monomodo	Thorlabs	P1-SMF28E-FC-2
Divisores de fibra de 3 dB	Thorlabs	C-WD-AL-50-H-2210-35-FC/FC
Lentes asféricas	New Focus	5720-C
Etapas XYZ	Melles Griot	17AMB003/MD
Cubo divisor de haz polarizado	Thorlabs	PBS104
Detector de infrarrojos	New Focus	2033
100× Objetivo	Nikon	BD Plan 100x
Osciloscopio	Tektronix	TDS1001B
Analizador de Espectro Óptico	Advantest	Q8384
Tarjeta de sensor IR	Newport	F-IRC2
Fuente TLS	Agilent	81940A	ATENCIÓN: radiación IR invisible.
>IR fuerte	Electrofísica	7290A Detector IR
	Nuevo Enfoque	2153
Multímetro Digital	Agilent	34401A
Stock de Iluminación	Yale	Lite Mite
Monocromador	Productos Espectrales	DK480
Detector de Matriz	Andor	DU490A-1.7
GIF Fibra	Thorlabs	31L02

>fuerte >fuerte de Fisher Scientific alineador de <