Name: Caracterización de anisotrópico de modo que gotean moduladores para holovídeo (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-03-19T15:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 36 s
Description: Aprenda a caracterizar moduladores de luz espacial para electroholografía mediante acoplamiento de prismas y análisis de modos guiados. Este método permite obtener datos repetibles sobre respuesta de frecuencia y salida angular.

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Los autores agradecen el apoyo financiero del Air Force Research Laboratory contrato FA8650-14-C-6571 y desde DAQRI LLC.

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</ol>

Los autores no tienen nada que revelar.

El diseño de cada dispositivo tiene dos pasos críticos, intercambio de protones y de desarrollo de la LOR. De los dos, el tiempo de intercambio de protones determina la profundidad de la guía de ondas, que a su vez determina el número de transiciones guiada a fugas modo, el ancho de banda de frecuencia controlable, y todos los parámetros clave de diseño para cada color de la luz. se desean dos modos guiados en rojo. Si más existe, entonces se sacrifica ancho de banda. Si existen menos entonces no guiado a modo de transi...

La mayoría de las tecnologías de pantallas holográficas, tales como válvulas de luz pixelada así como los dispositivos MEMS y moduladores acústico-ópticos de onda mayor, son demasiado complejos para permitir una amplia participación en su desarrollo. Moduladores pixelados, especialmente aquellos con capas de filtro y planos traseros activas pueden requerir docenas de pasos de modelado para construir 5 y puede ser limitado por fan-out 6. Cuanto mayor es el número de patrones pasos cuanto mayor es la complejidad del dispositivo, y cuanto más apretado el protocolo de fabricación debe ser lograr un rendimiento razonable dispositivo 7. Moduladores acústico-ópticos de onda mayor no se prestan a la oblea procesos basados ​​8,9. Anisotrópicas modo que gotea moduladores, sin embargo, requieren sólo dos pasos de modelado para fabricar y utilizar técnicas de microfabricación relativamente estándar 10,11. La accesibilidad de estos procesos hacen posible que cualquier institución a instalaciones de fabricación modestos para participar en el desarrollo de hLa tecnología de visualización de vídeo ológrafo 12. La simplicidad de la fabricación del dispositivo puede ser seductora, sin embargo, como el correcto funcionamiento de los dispositivos es fuertemente dependiente de las guías de ondas que deben ser cuidadosamente medido y ajustado para conseguir las características deseadas del dispositivo. Por ejemplo, si la guía de onda es demasiado profundo, ancho de banda operativo del dispositivo se reducirá 13. Si la guía de onda es demasiado bajo, el dispositivo no puede trabajar para iluminación roja. Si la guía de ondas es recocido demasiado largo, la forma del perfil de profundidad de la guía de ondas será distorsionada, y las transiciones de color rojo, verde y azul no puede sentarse adyacente en el dominio de la frecuencia 14. En este trabajo los autores presentan las herramientas y técnicas para realizar esta caracterización. El modulador de modo que gotea se compone de un protón intercambió guía de ondas indiffused en la superficie de un piezoeléctrico, X-Cut sustrato de niobato de litio 15,16. En un extremode la guía de ondas es un transductor interdigital de aluminio, véase la figura 1. La luz se introduce en la guía de ondas usando un acoplador de prisma 17. El transductor entonces lanza ondas acústicas que interactúan contralinearly con la luz en la guía de ondas a lo largo del eje y la superficie. Esta interacción parejas guiadas luz en un modo de fugas que se escapa de la guía de ondas en la masa y, finalmente, sale del sustrato desde el borde de la cara 18,19. Esta interacción también gira la polarización de la luz guiada TE polarizado de luz polarizada TM modo de fugas. El patrón de ondas acústicas de superficie es el holograma, y ​​es capaz de escanear y la configuración de la luz de salida para formar una imagen holográfica. La guía de onda es creada por intercambio de protones. En primer lugar, el aluminio se deposita sobre el sustrato. A continuación, el aluminio es el modelo foto-litografía y grabado para exponer regiones del sustrato a ser canales de guía de ondas. El aluminio restante actúa como un discomáscara. El sustrato se sumerge en una masa fundida de ácido benzoico que altera el índice de superficie en las regiones expuestas. El dispositivo se retira, se limpia y recocida en un horno de mufla. La profundidad final de la guía de onda determina el número de transiciones de modo que gotean. La profundidad de la guía de ondas también determina la frecuencia de cada transiciones guiadas a modo para cada color 4. Los transductores de aluminio se forman por el despegue. Después se forman las guías de ondas, un E-beam resistir se hila sobre el sustrato. Un transductor interdigital se modela con un haz de electrones para formar un transductor modulada pulsada diseñado para responder a la banda de 200 MHz responsable de controlar el color en los dispositivos de guía de ondas. El período de dedo se determina por Λƒ = v donde, Λ, es el período de dedo, v, es la velocidad del sonido en el sustrato y, ƒ, es la frecuencia de radio (RF). El transductor tendrá una impedancia que debe ser igualada a 75 ohmios para un funcionamiento eficiente 20. &lt;clase p = &quot;jove_content&quot;&gt; El guiado a la interacción con fugas modo se produce a diferentes frecuencias para diferentes longitudes de onda de luz de iluminación y como resultado la luz roja, verde y azul puede ser controlado en el dominio de la frecuencia. El patrón de onda acústica de superficie es generada por una señal de RF enviado al transductor interdigital. La RF de la señal de entrada se traducen en frecuencias espaciales en el patrón de onda acústica de superficie. La guía de ondas puede ser fabricado de manera que las señales de baja frecuencia de control del barrido angular y la amplitud de la luz roja, mientras que las frecuencias medias de control de luz verde y altas frecuencias de control de luz azul. Los autores han identificado un conjunto de parámetros de guía de ondas que permiten a los tres de estas interacciones deberán estar separados y adyacentes en el dominio de la frecuencia para que los tres colores se pueden controlar con una sola señal de 200 MHz, que es el ancho de banda máximo de unidades de procesamiento gráfico de los productos básicos ( GPU). Haciendo coincidir el ancho de banda de un canal de GPUa la de un modulador de modo que gotea, el sistema se vuelve completamente paralelo y altamente escalable. Mediante la adición de pares emparejados de ancho de banda de las GPU y los canales de modo modulador con fugas, se puede construir pantallas holográficas de tamaño arbitrario. Después de crear el dispositivo, se caracteriza cuidadosamente para verificar que las frecuencias para transición de modo guiado a fugas son apropiados para el control de frecuencia de color. En primer lugar, la ubicación de los modos guiados están determinados por un acoplador de prisma comercial para confirmar que la guía de ondas tiene la profundidad apropiada y el número correcto de modos guiados. Entonces, después de que los dispositivos están montados y empaquetados, se colocan en un acoplador de prisma costumbre que los mapas de las frecuencias de entrada de la luz de salida escaneada. Los datos resultantes da la respuesta de frecuencia de entrada y salida de la respuesta angular para la luz roja, verde y azul para el dispositivo que desea probar. Si el dispositivo ha sido fabricado correctamente, la respuesta del dispositivo de entrada se separa enla frecuencia y la respuesta de salida serán solapamiento en ángulo. Cuando esto se confirma, el dispositivo está listo para su uso en una pantalla de vídeo holográfico. Las primeras mediciones se llevan a cabo antes de que el dispositivo ha sido empaquetado. La profundidad de la guía de onda está determinada por un acoplador de prisma comercial. Esto se puede lograr con una sola longitud de onda de iluminación (típicamente 632 nm rojo) pero los autores han modificado su acoplador de prisma comercial para permitir que reúnen información del modo para la luz roja, verde y azul. Después de envasado, el dispositivo se somete a una segunda medición en un acoplador de prisma de encargo que registra la luz de salida desviada como una función de RF de entrada. Una descripción detallada de estas mediciones sigue. también se dan pasos de fabricación.

<table><tbody><tr><td>X-Cut Niobato de Litio</td><td>Gooch y Housego</td><td>99-00630-01</td><td>Niobato de Litio 3&Prime; Diámetro de la oblea X-CUT 1&nbsp; mm Pulido/</td></tr><tr><td>Pulido Positivo Photo Resist 1</td><td>EMD Performance Materials</td><td>AZ 3330 F Photoresist</td><td>Utilizado en la creación de la máscara de intercambio de protones</td></tr><tr><td>Photoresist Developer</td><td>EMD Performance Materials</td><td>AZ MIF 300</td><td>Desarrolla AZ3330 y LOR</td></tr><tr><td>3A Aluminium</td><td>International Advanced Materials</td><td>AL13</td><td>99.999%</td></tr><tr><td>puro Aluminio Grabado</td><td>Transene</td><td>Tipo A Aluminio Grabador</td><td></td></tr><tr><td>Ácido benzoico</td><td>Sigma Aldrich</td><td>109479-500G</td><td>Acetona pura al 99%</td></tr><tr><td></td><td>Fisher Chemical</td><td>UN1009</td><td></td></tr><tr><td>IPA</td><td>Fisher Chemical</td><td>UN1219</td><td>Alcohol isopropílico puro al 99,5%</td></tr><tr><td>Piraña ácida Grabado</td><td>Cyantek Corperation</td><td>Nanostrip</td><td></td></tr><tr><td>Under Layer Resist</td><td>Micro Chem</td><td>LOR 3A</td><td>Capa inferior utilizada para despegue</td></tr><tr><td>Positive Photo Resist</td><td>Micro Chem</td><td>950 PMMA A9</td><td>Capa superior utilizada para el despegue</td></tr><tr><td>Anisole</td><td>Micro Chem</td><td>A Thinless</td><td></td></tr><tr><td>Solución acuosa de polímero conductor</td><td>Mitsubishi Rayon Company</td><td>AquaSAVE</td><td></td></tr><tr><td>MIBK (4-metil-2-pentanona)</td><td>Sigma Aldrich</td><td>360511</td><td>desarrolla</td></tr><tr><td>PMMA NMP (1-metil-2-pirrolidona)</td><td>Sigma Aldrich</td><td>328634</td><td>utilizado para el despegue</td></tr><tr><td>del evaporador de haz de E&nbsp;</td><td>Aspiradora Denton&nbsp;</td><td>Integridad 20</td><td>Cualquier equipo equivalente sería suficiente.</td></tr><tr><td>Hilandera de película delgada</td><td>Laurell Technologies Corporation</td><td>WS-400A-6NPP-LITE</td><td>Cualquier equipo equivalente sería suficiente.</td></tr><tr><td>Alineador de mascarillas&nbsp;</td><td>Karl Suss América Inc.</td><td>MA 150 CC</td><td>Cualquier equipo equivalente sería suficiente.</td></tr><tr><td>sierra automática para cortar en cubitos&nbsp;</td><td>Disco Corperation</td><td>Disco Dad 320</td><td>Cualquier equipo equivalente sería suficiente.</td></tr><tr><td>Horno de mufla</td><td>Thermo Scientific</td><td>FB1415M</td><td>Cualquier equipo equivalente sería suficiente.</td></tr><tr><td>Microscopio electrónico</td><td>FEI</td><td>XL30 ESEM</td><td>Cualquier equipo equivalente sería suficiente.</td></tr><tr><td>Horno de deshidratación</td><td>Lab-Line Instruments&nbsp;</td><td>Ultra-Limpio 100&nbsp; (3497M-3)</td><td>Cualquier equipo equivalente sería suficiente.</td></tr><tr><td>Placa calefactora</td><td>Thermo Scientific</td><td>SP131325</td><td>Cualquier equipo equivalente sería suficiente.</td></tr><tr><td>Pulidora</td><td>Ultra Tec Mfg., Inc.</td><td>Ultrapol Fin & Pulidor de bordes</td><td>Cualquier equipo equivalente sería suficiente.</td></tr><tr><td>Clase IIIb 12&nbsp; V Láseres RBG: Longitudes de onda (nm): 638, 532 y 445</td><td></td><td></td><td>Comprado de segunda mano. Probablemente extraído de un proyector láser. Cualquier equipo equivalente sería suficiente.</td></tr><tr><td>Generador de señal</td><td>Agilent</td><td>8648D</td><td>Ahora se encuentra en Keysight. Obsoleto. Cualquier equipo equivalente sería suficiente. Barrido de frecuencia necesario: 9 kHz-1.000 MHz.</td></tr><tr><td>Mini-Circuitos Amplificadores</td><td>de Señal</td><td>TB-17</td><td>Necesarios solo para superar las limitaciones del generador de señales.</td></tr><tr><td>Controlador de medidor</td><td>de potencia ThorLabs</td><td>PM100D</td><td>Con medidor de potencia modelo S130C. Cualquier equipo equivalente sería suficiente. Sensibilidad necesaria 500&nbsp; prisionero de guerra.</td></tr><tr><td>Controlador de actuador lineal</td><td>Newport</td><td>ESP7000</td><td>Con actuador lineal modelo MFN25PP. Cualquier equipo equivalente sería suficiente. Necesidades 0.1&nbsp; precisión en mm.</td></tr><tr><td>CaracterizaciónAutomatizada de Dispositivos.vi&nbsp;</td><td></td><td>Software de control experimental LabView de BYU</td><td>que se encuentra en el apéndice</td></tr><tr><td>CompareWDMmodes.m</td><td>MATLab</td><td>Analytical Software de BYU</td><td>que se encuentra en el apéndice</td></tr></tbody></table>

caracterización de anisotrópico de modo que gotean moduladores para holovídeo

Characterization of Anisotropic Leaky Mode Modulators for Holovideo

Las pantallas de Holovideo se basan en moduladores de luz espacial que doblan la luz. Uno de estos moduladores de luz espacial es el modulador de modo anisotrópico con fugas. Este modulador es particularmente adecuado para la experimentación de video holográfico, ya que es relativamente simple y económico de fabricar1-3. Algunas ventajas adicionales de los dispositivos de modo con fugas incluyen: gran ancho de banda agregado, separación de polarización de la luz de señal del ruido, gran deflexión angular y control de frecuencia de color1. Para obtener estas ventajas, es necesario poder caracterizar adecuadamente estos dispositivos, ya que su funcionamiento depende en gran medida de los parámetros de la guía de ondas y del transductor4. Para caracterizar los moduladores, los autores utilizan un acoplador de prisma comercial, así como un aparato de caracterización personalizado para identificar los modos guiados, calcular el grosor de la guía de ondas y, finalmente, mapear la entrada de frecuencia del dispositivo y la salida angular de los moduladores de modo con fugas. Este trabajo proporciona una descripción detallada de la medición y caracterización de moduladores de modo con fugas adecuados para vídeo holográfico a todo color.

Los resultados principales del protocolo anterior son la medición modo guiado del acoplador de prisma comercial muestra en la Figura 2, la frecuencia única, los datos de entrada sin procesar / salida recogidos del acoplador de prisma personalizado muestran en la Figura 8 y las curvas multicolores muestran en la Figura 9. en los siguientes párrafos se discute la información para la acción producida por cada una de estas salidas. <p cl...

Este trabajo describe la fabricación y caracterización de moduladores anisotrópicos de modo con fugas para vídeo holográfico.

Caracterización de anisotrópico de modo que gotean moduladores para holovídeo

Holovideo displays are based on light-bending spatial light modulators.  One such spatial light modulator is the anisotropic leaky mode modulator.  This ...

El objetivo general de este procedimiento es caracterizar de manera reproducible los moduladores espaciales de luz mediante la cartografía de su respuesta en frecuencia frente a la salida angular. Este método ayuda a proporcionar datos esenciales necesarios para responder preguntas clave en el campo de la electroholografía, como la identificación de transiciones de modos guiados con pérdidas y los requisitos de optimización. La principal ventaja de esta técnica es que separa claramente las transiciones de modos con pérdidas y nos permite obtener rápidamente información repetible sobre su linealidad, intensidad relativa, dispersión angular y frecuencia de operación.Una demostración visual de este proceso es fundamental, ya que tanto el alineamiento como el acoplamiento del prisma dependen de indicaciones visuales que son difíciles de explicar. Para caracterizar el dispositivo, primero prepárese para montarlo en una placa de conexión de radiofrecuencia. Tenga listo un dispositivo, una placa de conexión de RF y tres portaobjetos de vidrio para construir una plataforma de montaje.Un portaobjetos es más grande que los otros dos. Formará la base de la plataforma con forma de U. Comience a trabajar con el portaobjetos más grande.Coloque una generosa gota de pegamento instantáneo sobre el cuarto izquierdo de la dimensión más larga de un portaobjetos. A continuación, oriente un portaobjetos más pequeño de manera que su dimensión más larga sea perpendicular a la del primer portaobjetos. Alinee los bordes izquierdos de los dos portaobjetos para que sus esquinas inferiores izquierdas se superpongan.Póngalos en contacto y aplique presión firme e igual sobre las laminillas hasta que la cola se fije. Repita los pasos análogos para el lado derecho. Esto dará como resultado una estructura en forma de U.Para montar el dispositivo, aplique cinta de doble cara sobre la plataforma en el centro de la U. Ahora, trabaje con el modulador de modo con pérdidas que se va a caracterizar. Verifique que el dispositivo tenga extremos pulidos y esté listo para su uso. A continuación, coloque el dispositivo encima de la cinta que ya está en la plataforma.Colóquelo de forma que el extremo del dispositivo sobresalga del extremo de la plataforma de montaje para evitar interferencias con la trayectoria del haz de luz. En este momento, monte la placa de distribución de RF. Monte la placa de distribución de manera que no se encuentre en la trayectoria del haz de luz que sale del dispositivo.El siguiente paso es la conexión mediante alambres. Este es el dispositivo y la placa de conexión después de haber sido conectados mediante alambres. Ahora, seleccione un prisma adecuado para acoplar la luz al dispositivo y utilice alcohol isopropílico para limpiar la superficie que estará en contacto con el dispositivo.Además, limpie la superficie de contacto del dispositivo. A continuación, coloque el prisma sobre el dispositivo de manera que quede centrado en el canal del dispositivo que se va a probar. Continúe utilizando un mecanismo de sujeción para presionar firmemente la base del prisma contra la parte superior del dispositivo, acoplando así los elementos.El mecanismo de sujeción debe presionar firmemente la base del prisma contra la parte superior del dispositivo, y un acoplamiento exitoso producirá una mancha húmeda en la interfaz. Cuando se observa desde el ángulo adecuado, la mancha húmeda reflejará un arcoíris de colores. El siguiente paso consiste en utilizar el aparato de caracterización.El aparato tiene tres fuentes láser, roja, verde y azul, en un extremo. La luz de los láseres primero pasa a través de un atenuador variable, luego por una placa de media onda, seguida de una abertura variable y, finalmente, por una lente de enfoque. La luz enfocada incide sobre el prisma de la muestra, que se montará sobre esta plataforma de rotación.Este esquema proporciona una visión general de los elementos ópticos, la etapa de rotación y la electrónica. Una vez que la luz ha entrado en el dispositivo, la entrada de una señal de radiofrecuencia genera ondas acústicas superficiales. Estas provocan que la luz salga en un ángulo de frecuencia controlable y caiga sobre un medidor de potencia.Configure los instrumentos para recopilar datos en un rango de frecuencias y posiciones. Monte el dispositivo con el prisma y el soporte sobre la plataforma de rotación. Coloque el conjunto de manera que la luz proveniente de la lente de enfoque incida primero sobre el prisma.Para alinear el dispositivo, primero encienda el láser y ajuste el atenuador hasta que la intensidad de la luz dispersada sea cómoda para el ojo. A continuación, coloque un polarizador en la trayectoria del haz después de la placa de media onda. Oriéntelo de manera que bloquee la luz polarizada horizontalmente.Gire la placa de media onda para lograr la atenuación máxima de la luz láser. Una vez logrado esto, retire el polarizador. Ahora, regrese a la plataforma de rotación para girarla manualmente.Ajuste el ángulo de entrada del haz láser con respecto a la superficie superior del dispositivo. Alinee el prisma utilizando la etapa de traslación lineal colocada encima de la etapa de rotación. Ajuste la alineación hasta que el punto focal del haz láser pase a través de la esquina de 90 grados del prisma.En este momento, realice ajustes finos en la etapa de rotación para lograr el acoplamiento. Supervise el dispositivo. A medida que la guía de ondas comienza a acoplarse, aparece una raya característica de luz en la guía de ondas debido a la dispersión.Otra forma de verificar el acoplamiento consiste en hacer que la luz que sale del dispositivo incida sobre un plano posterior. En el plano posterior, confirme la presencia de líneas de modo características de la luz. Estos son varios modos eléctricos transversales.Una vez detectado el acoplamiento, ajuste finamente las etapas de rotación y traslación para aumentar el acoplamiento evanescente. A continuación, prepare el cable que conecta la placa de distribución con el amplificador y el generador de señales. Realice la conexión a la entrada de señal de la placa de distribución.Continúe encendiendo tanto el generador de señales de radiofrecuencia como el amplificador. Aquí es útil realizar una prueba preliminar del dispositivo. Barrer la frecuencia desde 400 megahercios hasta 600 megahercios y verificar la presencia de luz desviada.Antes de continuar, despeje la trayectoria del haz y asegúrese de que el medidor de potencia esté en su lugar. Luego, regrese al atenuador en la trayectoria óptica. Allí, deshaga cualquier atenuación que se haya implementado por seguridad durante la alineación.Finalmente, utilice una caja de aislamiento óptico para cubrir todo el aparato de caracterización durante la duración del experimento. Utilice un software de control de instrumentos para operar el aparato de caracterización. Este experimento utiliza LabVIEW, ejecutando un programa de pruebas personalizado.Después de ingresar los parámetros de prueba, ejecute el programa. El script debería tardar menos de cinco minutos en ejecutarse. Durante la prueba, generará un gráfico que se puede manipular.Se guardarán tanto el gráfico como los datos. Estos datos, recopilados antes de que el dispositivo fuera empaquetado, corresponden a un analizador comercial de películas delgadas. El eje vertical representa la intensidad del láser.El eje horizontal es una medida de la rotación del dispositivo. Los dos descensos corresponden a ángulos en los que un modo guiado permite que la luz entre en la guía de ondas y salga por el extremo del dispositivo, evitando así la reflexión hacia el medidor de potencia. Estos datos de potencia óptica, recopilados tras el encapsulado, provienen del aparato de caracterización.El gráfico es el resultado de escanear la entrada de frecuencia de radio en megahercios y la posición del medidor de potencia en milímetros. La proyección de los datos sobre el eje Y proporciona la respuesta en frecuencia del dispositivo. La proyección sobre el eje X da el intervalo de la salida de luz difractada.La pendiente de los datos en el plano XY proporciona una indicación de la linealidad del escaneo. Este gráfico combina datos brutos de varios experimentos en las tres longitudes de onda para los modos guiados TE 1. Si la respuesta para cada color es adyacente en frecuencia y se superpone en ángulo, el dispositivo es adecuado para el control de frecuencia del color.Una vez dominada, una caracterización completa en luz roja, verde y azul para un solo canal lleva 30 minutos. Por supuesto, las imágenes de alta resolución requieren más tiempo. Después de su desarrollo, esta técnica allanó el camino para que los investigadores en el campo de la electroholografía exploraran la multiplexación por división de frecuencia en moduladores espaciales de luz con guía de onda.Después de ver este video, debería tener una buena comprensión de cómo caracterizar moduladores espaciales de manera repetible. Esto incluye acoplamiento adecuado con prisma, alineación y procedimientos de prueba.

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