Fabrication et caractérisation de guides d&#39;ondes à cristal photonique lumière lente et les cavités

Christopher Paul Reardon; Isabella H. Rey; Karl Welna; Liam O'Faolain; Thomas F. Krauss

doi:10.3791/50216

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Article de méthode

Fabrication et caractérisation de guides d'ondes à cristal photonique lumière lente et les cavités

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DOI :

10.3791/50216

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30 novembre 2012

Christopher Paul Reardon¹ , Isabella H. Rey¹ , Karl Welna¹ , Liam O'Faolain¹ , Thomas F. Krauss¹

¹School of Physics & Astronomy, University of St Andrews

Dans cet article

Résumé

Utilisation des guides d'ondes à cristal photonique de lumière lente et des cavités a été largement adopté par la communauté de la photonique dans de nombreuses applications différentes. Par conséquent fabrication et la caractérisation de ces dispositifs sont d'un grand intérêt. Le présent document décrit notre technique de fabrication et deux méthodes de caractérisation optiques, à savoir: diffusion interférométrique (guides) et de résonance (cavités).

Résumé

Lumière lente a été l'un des sujets chauds de la communauté de la photonique dans la dernière décennie, suscitent beaucoup d'intérêt tant d'un point de vue fondamental et pour son potentiel considérable pour des applications pratiques. Lents lumière guides d'ondes à cristaux photoniques, en particulier, ont joué un rôle majeur et ont été utilisés avec succès pour retarder les signaux optiques ^1-4 et la mise en valeur de ces deux dispositifs linéaires et non linéaires ^{5-7 8-11.}

Cavités à cristaux photoniques obtenir des effets similaires à ceux de guides d'ondes lumineuses lents, mais sur une réduction de la bande passante. Ces cavités offrent ratio élevé Q-factor/volume, pour la réalisation de ¹² et optiquement pompé électriquement ¹³ lasers seuils très faibles et l'amélioration des effets non linéaires. ^14-16 De plus, les filtres passifs ¹⁷ et ^18-19 modulateurs ont été démontrés, présentant ultra-étroite largeur de raie, grande spectrale libre rvaleurs ange et l'enregistrement de faible consommation d'énergie.

Pour atteindre ces résultats passionnants, un protocole de fabrication robuste reproductible doit être développée. Dans cet article, nous jeter un regard en profondeur sur notre protocole de fabrication qui emploie lithographie électronique pour la définition des modèles de cristaux photoniques et utilise des techniques de gravure sèche et humide. Nos résultats optimisés recette de fabrication de cristaux photoniques qui ne souffrent pas d'asymétrie verticale et présentent une très bonne rugosité des bords mur. Nous discutons les résultats de la variation des paramètres de gravure et les effets néfastes qu'ils peuvent avoir sur un dispositif, conduisant à une route de diagnostic qui peuvent être prises pour identifier et éliminer les problèmes similaires.

La clé de l'évaluation de guides de lumière lente est la caractérisation passive de transmission et les spectres d'index du groupe. Diverses méthodes ont été signalés, en particulier la résolution des franges de Fabry-Perot du spectre de transmission d'un ^20-21techniques d interférométriques. ^22-25 Nous décrivons ici un lien direct, technique de mesure à large bande combinant interférométrie spectrale à transformée de Fourier analyse. ²⁶ Notre méthode se distingue par sa simplicité et sa puissance, que nous pouvons caractériser un cristal photonique nue avec des guides d'ondes d'accès, sans besoin de pour des composantes d'interférence sur la puce, et l'installation ne se compose que d'un interféromètre de Mach-Zehnder, sans avoir besoin de pièces mobiles et les balayages de retard.

Lors de la caractérisation des cavités à cristaux photoniques, des techniques impliquant des sources internes ²¹ ou guides d'ondes externes directement couplé à la cavité ²⁷ impact sur la performance de la cavité elle-même, ce qui fausse la mesure. Ici, on décrit une technique nouvelle et non intrusif qui rend l'utilisation d'un faisceau sonde à polarisation croisée et que l'on appelle diffusion résonante (RS), où la sonde est couplée hors du plan dans la cavité à travers un objectif. La technique a été la première démonstrationted par McCutcheon et coll. ²⁸ et développé par Galli et al ^29.

Protocole

Avertissement: Le protocole suivant donne un flux de processus général couvrant les techniques de fabrication et de caractérisation des guides d'ondes à cristaux photoniques et des cavités. Le flux de processus est optimisé pour le matériel spécifique disponible dans notre laboratoire, et les paramètres peuvent être différents si les autres réactifs ou de l'équipement est utilisé.

1. Préparation des échantillons

Fendeuse de l'échantillon - prendre le silicium sur isolant (SOI) plaquette et utiliser un scribe de diamant pour rayer une ligne d'environ 1-2 mm de long à partir du bord de la surface ....