Introduction
De meeste holografisch display technologieën, zoals korrelig licht kleppen evenals MEMS en bulk wave akoestisch-optische modulators, zijn te complex om te zorgen voor brede deelname aan de ontwikkeling ervan. Korrelig modulators, vooral die met filter lagen en actieve back vliegtuigen kunnen tientallen patronen stappen te bouwen 5 vereist en kan worden beperkt door de fan-out 6. Hoe groter het aantal patroonvormende stappen hoe hoger het apparaat complexiteit en de strakker de fabricage protocol moet een redelijke opbrengst inrichting 7 te bereiken. Bulk-wave akoestisch-optische modulators zich niet lenen voor processen 8,9 wafer. Anisotropische lekkende mode modulators, vereisen echter slechts twee patronen stappen te fabriceren en te gebruiken relatief standaard microfabricage technieken 10,11. De toegankelijkheid van deze processen maakt het mogelijk een instelling met een bescheiden assembleert deelnemen aan de ontwikkeling van holographic video display technologie 12.
De eenvoud van fabricage inrichting kan verleidelijk zijn, echter, zoals de goede werking van de apparaten is sterk afhankelijk van golfgeleiders die zorgvuldig moet worden gemeten en ingesteld op de gewenste eigenschappen inrichting te verkrijgen. Bijvoorbeeld, als de golfgeleider te diep, operationele bandbreedte van het apparaat worden verkleind 13. Als de golfgeleider te ondiep is, kan het apparaat niet werken voor rode verlichting. Wanneer de golfgeleider te lang gegloeid, zal de vorm van de golfgeleider diepteprofiel vervormd, en de rode, groene en blauwe overgangen mogelijk niet zitten naast in het frequentiedomein 14. In dit werk presenteren de auteurs de tools en technieken om deze karakterisering uit te voeren.
Leaky modus modulator bestaat uit een proton uitgewisseld golfgeleider indiffused op het oppervlak van een piëzo x-cut lithiumniobaat substraat 15,16. Aan een eindevan de golfgeleider is een aluminium interdigitale omvormer, zie figuur 1. Licht wordt in de golfgeleider via een prisma 17 koppelaar. De transducer wordt dan geopend oppervlakte akoestische golven die contralinearly wisselwerking met licht in de golfgeleider langs de y-as. Deze interactie paren geleid licht in een lekkende mode die lekt uit de golfgeleider in de bulk en uiteindelijk verlaat de ondergrond van de rand staan 18,19. Deze interactie roteert ook de polarisatie van TE-gepolariseerd licht geleid tot TM gepolariseerd lekkende mode licht. Het oppervlak akoestische golf patroon is het hologram, en kan scannen en vormen de uitgang licht om een holografisch beeld te vormen.
De golfgeleider is gemaakt door proton-uitwisseling. Eerst wordt aluminium afgezet op het substraat. Dan het aluminium patroon foto-lithografisch geëtst en om gebieden van het substraat bloot te golfgeleiderkanalen worden. De overige aluminium werkt als een hardemasker. Het substraat wordt ondergedompeld in een smelt van benzoëzuur waarvan het oppervlak index in de belichte gebieden verandert. Het apparaat wordt verwijderd, gereinigd en uitgegloeid in een moffeloven. De uiteindelijke diepte van de golfgeleider bepaalt het aantal lekkende functiewissels. De golfgeleider diepte bepaalt ook de frequentie van elk geleid naar functiewissels 4 voor elke kleur.
De aluminium transducers worden gevormd door lancering. Na golfgeleiders zijn gevormd, een elektronenbundel resist gesponnen op het substraat. Een interdigitale omvormer een patroon met een elektronenbundel een getsjirpte transducer ontworpen dat zij aan de 200 MHz-band die met de controle kleur golfgeleider inrichtingen vormen. De vinger wordt bepaald door Λƒ = v waar Λ, is de vinger periode, v is de snelheid van geluid in het substraat, ƒ, is de radiofrequentie (RF). De transducer wordt een impedantie die moet worden afgestemd op 75 ohm voor een efficiënte werking 20 hebben.
<p class = "jove_content"> De geleide goed afsluitende wijze interactie plaatsvindt op verschillende frequenties voor verschillende golflengten van belichtingslicht en daardoor rood, groen en blauw licht kan worden geregeld in het frequentiedomein. Het oppervlak akoestische golf patroon wordt geproduceerd door een RF signaal naar de interdigitale omvormer. De RF van het ingangssignaal vertalen naar ruimtelijke frequenties op het oppervlak akoestische golf patroon. De golfgeleider kan worden vervaardigd, zodat laagfrequente signalen controle van de hoekige sweep en amplitude van rood licht, terwijl middenfrequenties controle groen licht en hoge frequenties te controleren blauw licht. De auteurs hebben een aantal golfgeleider parameters waarmee alle drie deze interacties afzonderlijke en aangrenzende in het frequentiedomein worden geïdentificeerd zodat alle drie kleuren kan worden bediend met een enkele 200 MHz signaal dat de maximale bandbreedte van grondstoffen graphics processing units ( GPU's).Door het afstemmen van de bandbreedte van een GPU-kanaalmet die van een lekkende mode modulator, wordt het systeem volledig parallel en schaalbaar. Door het toevoegen van bandbreedte gelijke paren van GPU's en lekkende mode modulator kanalen, kan men holografische displays van willekeurige grootte te bouwen.
Nadat het apparaat is gemaakt, wordt het zorgvuldig kenmerk te controleren of de frequenties voor geleide naar lekkende modus overgang zijn geschikt voor frequentieregeling kleur. Ten eerste, de locatie van de geleide modi worden bepaald door een commerciële prisma koppeling te bevestigen dat de golfgeleider de juiste hoogte en het juiste aantal geleide modi. Dan, na de apparaten zijn gemonteerd en verpakt, worden ze geplaatst in een aangepaste prisma koppeling die de input frequenties van het gescande licht kaarten. De resulterende gegevens geeft de frequentie-ingang response en de hoekige uitgang respons voor rood, groen en blauw licht voor het apparaat te testen. Als het apparaat correct is gemaakt, zal de inrichting ingangsresponsie worden gescheidenfrequentie en de output reactie zal overlapping in de hoek zijn. Wanneer dit wordt bevestigd, het apparaat klaar voor gebruik in een holografisch beeldscherm.
De eerste metingen plaatsvinden voordat het apparaat is verpakt. De golfgeleider diepte wordt bepaald door een commerciële prisma koppeling. Dit kan worden bereikt met slechts één golflengte verlichting (gewoonlijk 632 nm rood), maar auteurs hebben hun commerciële prisma koppeling gemodificeerd om deze te modusinformatie voor rood, groen en blauw licht te verzamelen. Na de verpakking de inrichting ondergaat een tweede meting in een aangepast prisma gekoppeld kan afgebogen uitgangslicht registreert als een functie van ingevoerde RF. Een gedetailleerde beschrijving van deze metingen volgt. Fabricagestappen worden ook gegeven.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Eerste Voorbereiding
Let op: Begin met een nieuwe X-cut lithiumniobaat wafer. Moet optische kwaliteit, 1 mm dik, schoon, met niets afgezet op het oppervlak, aan beide zijden gepolijst en de bovenzijde aangebracht.
- Met behulp van een elektronenbundel verdamper of vergelijkbare machine een vacuüm van 50 μTorr, verdampen 200 nm aluminium op de wafer 5 A / sec. Om de gepresenteerde resultaten te repliceren, de positie van de wafer constellatie 65 cm boven de aluminium smeltkroes.
- Opschroefbaar 30 druppels van een positieve fotolak, zoals AZ3330, bij 3000 tpm gedurende 60 sec. Softbake de resist bij 90 ° C gedurende 60 sec. Opmerking: Voor een gedetailleerde beschrijving van de mechanica van het spinnen van polymeer films te zien van het werk van CJ Lawrence 21.
- De correcte masker, zoals het bestand "masker 1. Proton Exchange Mask.dxf 'in het aanhangsel geleverde blootstellen wafer een masker aligner met een 350 W kwikbolletje of het equivalent daarvan voor 10 sec per machine specifications. Waarborgen dat de wafel wordt uitgelijnd dat de golfgeleiders parallel aan de y-as.
- Ontwikkelen van de resist in een positieve fotoresist ontwikkelaar voor 60 sec. Hard bak de wafer gedurende 60 seconden bij 110 ° C. Wegetsen de blootgestelde aluminium volledig door onderdompeling gedurende 2 minuten in een 1 L oplossing aluminium etsen verwarmd tot 50 ° C.
LET OP: Aluminium ets is giftig, bijtend en schadelijk. Zie MSDS voor de juiste behandeling en opslag van deze chemische stof. Gebruik persoonlijk beschermende uitrusting voor zuur bij het hanteren van deze chemische stof. - Verwijder het fotoresist masker met een spoeling aceton gevolgd door isopropylalcohol (IPA).
- Met een 0,016 in. Dikke diamantblad met een belichtingstijd diepte van 0,165 in. Op een automatische dicing zaag om de wafel in 10 x 15 mm 2 toestellen met de lengterichting evenwijdig aan de y-as.
Opmerking: Het blad zal helemaal niet snijden door het substraat. Aan elk apparaat te scheiden, gewoon benadrukken elke snede gemaakt door de zaag in blokjes snijden. Elke 10 x 15 mm 2 apparaat zal individueel gaan door de resterende stappen van het protocol.
2. Proton Exchange
- Plaats afzonderlijk apparaat in een reageerbuis met een klein gat in de grond beneden om interactie tussen de inrichting en alle vloeibare baden mogelijk.
- Proton uitwisseling het apparaat door onderdompeling in een 1 L smelt van 99% zuiver benzoëzuur bij 240 ° C. Gebruik een dompeltijd van 10 minuten en 10 seconden om de gewenste diepte van 0,4504 uM.
Opmerking: de Proton Exchange onderdompeling tijd wordt bepaald door de diffusiecoëfficiënt, D, die voor het smelten van de auteurs is momenteel D = 0,2993. Het proton uitwisseling onderdompeling tijd wordt berekend op basis van de relatie T = d 2 / (4 D). In deze vergelijking is t de uitwisseling in uren, d de golfgeleider diepte micron en D de diffusiecoëfficiënt. Voor een gedetailleerde beschrijving van de mechanica van proton-uitwisseling te zien van het werk door JL Jackel 15. - Verwijder het apparaat en laat afkoelen 5 minuten of totdat koel aanvoelt. Veeg eventueel benzoëzuur residu met een spoeling van aceton dan IPA.
3. Onthard
- Plaats het apparaat in een gewone reageerbuis en wikkel de buis in aluminiumfolie. Plaats de buis in een moffeloven gedurende 45 minuten bij 375 ° C. Verwijder het apparaat en laat afkoelen 5 minuten of totdat koel aanvoelt.
4. Reinig
- Reinig de aluminium masker van het apparaat gebruik van aluminium etsen gedurende ongeveer 2 minuten bij 50 ° C. Reinig het apparaat in zure piranha etsen om eventuele organische resten te verwijderen.
LET OP: Zuur piranha ets is giftig, bijtend en schadelijk. Zie MSDS voor de juiste behandeling en opslag van deze chemische stoffen. Gebruik persoonlijk beschermende uitrusting voor zuur bij het hanteren van deze chemicaliën. - Spoel het apparaat in aceton, dan IPA en droog met samengeperste stikstof.
5. Waveguide Metingen
- Het gebruik van commercieel golfgeleider analyzer meten van de eigenschappen van het proton uitgewisseld golfgeleider.
Opmerking: Een goed apparaat zal 2 geleide modi met behulp van een 633 nm laser hebben. Zie Figuur 2 voor een voorbeeld van gewenste resultaten. Als het apparaat toont meer dan twee geleide modi voor rode verlichting dan moet de uitwisseling tijd in stap 2.2 worden verminderd. Ook als het apparaat toont minder dan twee geleide modi de uitwisseling tijd zou moeten worden verhoogd.
6. Voeg Resist
- Rotatie op 4 druppels met afneembare Resist (LOR) bij 3000 tpm gedurende 60 sec en vervolgens bakken bij 200 ° C gedurende 1 uur. Verwijderen en laat het apparaat afkoelen 5 minuten of totdat koel aanvoelt. Rotatie op 4 druppels van een 3: 1 oplossing van polymethylmethacrylaat (PMMA) en Anisool bij 3000 rpm gedurende 60 seconden en vervolgens bakken bij 150 ° C gedurende 15 minuten.
- Verwijderen en laat het apparaat afkoelen 5 minuten of totdat koel aanvoelt. Opschroefbaar 2 druppels van een geleidend polymeer bij 1000 rpm60 sec, dan draaien op 6000 rpm gedurende 4 sec overtollige te verwijderen.
7. Pattern
- Met een elektronenmicroscoop uitgebreid met een straal uitschakel te schrijven of een gelijkwaardig apparaat in staat om het apparaat bloot te leggen.
- Onder een vacuüm van 50 μTorr blootstellen de geleidende laag om een elektronenbundel met een oppervlakte dosis van 30 uC / cm 2 dat het patroon van de interdigitale transducenten scant. Om een kopie van de resultaten te gebruiken een gemeten bundelstroom van 410 pA.
- Schrijf het patroon van een .dxf of gelijkwaardig bestand op de elektronenmicroscoop als per machine specificaties.
Opmerking: Voor een gedetailleerde beschrijving van de E-lithografie-proces te zien van het werk gedaan door RE Fontana 22.
8. Ontwikkelen
- Verwijder de geleidende laag door het spoelen van de inrichting in een continue stroom gedeïoniseerd water gedurende 5 sec. Verwijder de blootgestelde PMMA door dompelen in de inrichting 1: 3 oplossing van methyl-isobutyl (MIBK) en IPA gedurende 45 sec.
- Haal ze uit de 1: 3 oplossing van MIBK: IPA en spoel af met IPA gedurende 5 sec. Droog het apparaat met samengeperste stikstof.
- Herhaal stap 8.1-8.1.1 als nodig is om volledig te ontwikkelen van de PMMA.
Let op: het apparaat echter bloot aan de oplossing van MIBK: IPA alleen in stappen van 5 seconden. Volledige ontwikkeling moet de LOR onder de PMMA openbaren en kunnen worden geïdentificeerd door een uniforme kleur in de hele ontwikkelde omgeving, omringd door scherpe randen en hoeken.
Let op: Over de ontwikkeling van PMMA leidt tot kleine feature klapband en kan volledig de interdigitale omvormer vingers het verlaten van een enkele grote ontwikkelde blok te wissen. Ook in ontwikkeling laat ongelijkmatige residuen die de doeltreffendheid van de lancering proces dat hieronder zal afnemen. - Verwijderen LOR in blootgestelde gebied door het dompelen van het apparaat in een 1: 1 oplossing van een geschikte ontwikkelaar en gedeïoniseerd water gedurende 25 sec. Haal ze uit de 1: 1 oplossing van een appropriate ontwikkelaar en gedemineraliseerd water. Spoelen met IPA gedurende 5 sec.
- Droog met samengeperste stikstof. Herhaal stap 8.3 als nodig om de LOR volledig te ontwikkelen.
Let op: het apparaat echter bloot aan de oplossing van een geschikte ontwikkelaar en gedemineraliseerd water in 2 sec stappen alleen. Volledige ontwikkeling moet het oppervlak van het substraat onder de LOR onthullen. Het kan worden geïdentificeerd door een uniforme witte kleur in het hele ontwikkeld gebied met behoud van scherpe randen en hoeken. Als u de LOR behoren ook de ontwikkeling leidt tot de problemen besproken in 8.2.3.1. Zie Figuur 3 voor een voorbeeld LOR ontwikkelingsproces.
Opmerking: Het schakelen naar een lagere verhouding van een geschikte ontwikkelaar om gedemineraliseerd water, zoals 1: 2 of 1: 3 is nuttig als het apparaat nadert volledige ontwikkeling om de mooie functies te ontwikkelen zonder het uitblazen van het apparaat. Het is echter niet gunstig om te beginnen met deze doses totale toeneemt en dan het optimale tijdstip in de ontoper.
- Droog met samengeperste stikstof. Herhaal stap 8.3 als nodig om de LOR volledig te ontwikkelen.
9. Borg Aluminum
- Met behulp van een elektronenbundel verdamper of vergelijkbare machine een vacuüm van 50 μTorr, verdampen 200 nm aluminium op de wafer 5 A / sec.
10. Lancering van het aluminium
- Vul een grote glazen schaal met 750 ml water op een hete plaat bij 90 ° C. Plaats een plastic buffer in het water schotel. In een afzonderlijke kleine glazen container Dompel de inrichting in een 100 ml oplossing van N-methyl-2-pyrrolidon (NMP).
- Plaats de houder NMP oplossing die het apparaat op het plastic buffer zorgen dat het waterniveau de hoogte van de houder van NMP niet overschrijdt. Dek af en laat zitten 3 tot 4 uur of tot aluminium lancering is voltooid. Verwijder het apparaat uit NMP.
Opmerking: Het is voordelig om grote delen van aluminium uit het toestel schoon te maken voordat u deze uit de NMP bad. Doe dit met behulp van een pipet gevuld met NMP tot het apparaat een spuitd knock off alle resterende grote brokken van ongewenste aluminium. - Spoel het apparaat in IPA en droog met samengeperste stikstof. Onder een microscoop, controleert u of lancering is voltooid. Als ongewenste resterende aluminium blijft, nat van het apparaat met aceton en heel voorzichtig poetsen met een cleanroom wattenstaafje gecoat in aceton te verwijderen.
- Spoel in IPA, droog met samengeperste stikstof en controleer onder de microscoop. Herhaal 10,3 en 10,4 indien nodig.
11. Poolse the End
- Coat het apparaat in een beschermende laag zoals een laag van positieve fotoresist. Klem het apparaat zodat het uiteinde van de omzetters wordt blootgesteld voor het polijsten. Met de juiste polijsten procedures 23 langzaam polijsten het einde van de inrichting tot een oppervlakteruwheid van minder dan 100 nm, zodat geen oppervlaktedefecten interfereren met licht dat het apparaat.
- Verwijder het apparaat uit de klem en schoon uit de beschermende folie. Als fotoresist werd gebruikt als een beschermende laag, een royalespoelen in aceton en dan zal het IPA te verwijderen. Droog het monster nodig met samengeperste stikstof.
12. Mount op een Breakout Board
- Als een assembly is vereist voor de RF breakout board, vergadert de breakout board volgens de specificaties.
- Build, uit glas dia's, een montage platform stevig zowel de RF breakout board en het apparaat vast te houden. Opmerking: De montage platform is gebouwd in een U-vorm van de drie glaasjes: een 75 x 50 x 1 mm 3 en twee 75 x 25 x 1 mm 3.
- Plaats een royale kraal van superlijm over de meest linkse vierde van de grote glijbaan. Plaats een van de kleinere glijdt over de kraal superlijm zodat meest linkse rand en onderrand aangepast aan de overeenkomstige randen aan de grote glijbaan.
- Toepassen stevig en gelijke druk aan de beide schuiven totdat de superlijm sets, ongeveer 15 sec. Herhaal de werkwijze voor de meest rechtse kwart van de grote glijbaan.
- Monteer de device boven de montageplaat met dubbelzijdig plakband. Zorg dat het uiteinde van de inrichting hangt over het einde van de montageplaat, zodat de montageplaat niet interfereert met licht dat het einde van de inrichting.
- Monteer de RF breakout bord om de montageplaat, zodat het niet in de stralengang van het licht dat het apparaat. Een eenvoudige manier om dit te doen is het verhogen breakout bord met dikke plakband zodat de bodem van de breakout board is boven de top van de inrichting.
- Draad bond de pads op het apparaat om hun respectievelijke locaties op het RF breakout board. Gebruik een 27 nH serie spoel om impedantie elke transducer naar de breakout board ingangen.
13. Prism Coupling
- Selecteer een rutiel prisma te koppelen licht in het apparaat. De polarisatie van het licht (Transverse Electric) parallel met de optische as van het rutiel de optische as (Z-as) van de X-cut lithiumniobaat worden.
- clean thij contactvlakken van het apparaat en het prisma grondig met IPA. Plaats het prisma zodat deze gecentreerd op het kanaal te testen.
- Op de bodem van het prisma stevig tegen de bovenkant van het apparaat met een klemmechanisme. Let op: Niet te strak als buitensporig druk zal de ondergrond barsten en schade aan de koppeling prisma.
- Als dat lukt, nemen een natte plek zal verschijnen.
Opmerking: Een natte plek is een gebied van gefrustreerde totale interne reflectie op het grensvlak tussen de prisma en het monster. Voor een voorbeeld van goede prismakoppelmethode zie figuur 4.
14. Mount in de karakterisering Apparatus
- Monteer het apparaat op de draaiende platform van de Frequency divisie kleur karakterisering apparaat voor anisotrope lekkende mode licht modulators besproken door A. Henrie 4.
Opmerking: Een schema van de karakterisering Inrichting wordt in figuur 5.
- Zet de laser. Om de resultaten in dit document gebruik 5 V voor 638 nm, 5,5 V voor 532 nm te repliceren, en 6,5 V voor 445 nm.
- Verzwakken de straal tot de intensiteit van het verstrooide licht aangenaam voor het oog. Controleer de laser polarisatie.
- Plaats een polarisator in de bundel pad na de halve golf plaat, zodat het blokkeert horizontaal gepolariseerd licht. Draai de halve golf plaat om een maximale demping van het laserlicht te bereiken. Verwijder de polarisator.
- Hand rond het platform zodat de hoek tussen de laser en het bovenoppervlak van de inrichting is ingesteld op de juiste invalshoek.
Opmerking: De juiste hoek kan worden gevonden in tabel 1 volgens de gewenste golflengte en functie testen. - Lijn prisma met de lineaire translatie stadia, het brandpunt van de laser gaat door de 90 ° hoek van het prisma. Opmerking: Verhoogde laser scatter door de hoek van de prisma soms zichtbaar.
- Op dit punt moet licht te koppelen in het apparaat die ofwel kan worden gecontroleerd door de karakteristieke lichtstreep veroorzaakt door verstrooiing in de golfgeleider of de eigenmode lijnen die uit het einde van de inrichting 24 (zie figuur 6).
Opmerking: Als u de modus lijnen om koppeling te controleren, is het nuttig om de power meter uit de bundel pad te verwijderen. In plaats daarvan plaatst u een uniform verstrooiing voorwerp, zoals een vel wit papier, in de straal pad. - Als er geen koppeling is gedetecteerd, langzaam draait het apparaat terwijl de koppelrand van het prisma in het brandpunt van de laser. Indien na vijf graden rotatie in beide richtingen geen koppeling kan worden gedetecteerd, verwijdert u het apparaat uit het draaiplateau, verwijder het prisma en terug te keren naar stap 13.
- Op dit punt moet licht te koppelen in het apparaat die ofwel kan worden gecontroleerd door de karakteristieke lichtstreep veroorzaakt door verstrooiing in de golfgeleider of de eigenmode lijnen die uit het einde van de inrichting 24 (zie figuur 6).
- Zodra de koppeling wordt gedetecteerd, fine-tunen van de rotatie-platform en lineaire vertaling fasen maximaliseren de koppeling van het licht.
16. Bevestig de RF Input en Sluit de Device
- Vervang de power meter, dat tijdens de aanpassing werd verwijderd. Verwijder ook eventuele obstakels op de balk pad dat wordt gebruikt voor het uitlijnen doeleinden.
- Bevestig de RF-ingang op het apparaat breakout bord en zet de RF-signaal generator. Zorg ervoor dat de versterker is ingeschakeld. Opmerking: Als u het apparaat van een burn-out te beschermen, moet het elektrisch vermogen van het signaal dat het bereiken van het apparaat niet meer dan 1 W.
- Verwijder eventuele verzwakking gebruikt voor de veiligheid tijdens de uitlijning. De laser is nu het optische vermogen gebruikt voor het testen. Omsluiten het hele systeem in een optisch isoleren doos.
17. Run De bijgeleverde Testing Program
- Het verkrijgen van een laboratorium apparatuur manager om de karakterisering apparaat, lopen zoals de LabView bestand AutomatedDeviceCharacterization.vi voorzien in de bijlage.
- Breng alle gebruiker parameters in de testkamer software op het bedieningspaneel computer. Opmerking: Figuur 7 wordt geleverd voor degenen die met behulp van de meegeleverde experiment control file. Duidt met een geel velden die moeten worden bijgewerkt voordat elke geautomatiseerde test wordt uitgevoerd om het ontvangen analyseprogramma behoorlijk met stap 19.
- Om de resultaten in dit document te herhalen Gebruik de volgende test parameters: Initial Frequentie: 100 MHz, Final Frequentie: 800 MHz, Frequency Step: 10, Rough Uitgangspositie: 0, Rough eindpositie: 25, en positie Stap: 1. Maak ervoor dat de "Uitvoer naar bestand" knop wordt ingedrukt.
- Voer het testprogramma.
Opmerking: De verstrekte programma drijft een power meter langs een lineaire baan op door de gebruiker gedefinieerde intervallen. Op elke positie van de RF-ingang signaal wordt geveegd door een reeks gekozen frequenties en macht metingen worden gedaan. Een meting wordt ook gemaakt met de RF-ingang op de laagste frequentie-instelling en de laagste uitgangsvermogen die experimenteel is geweestly bepaald als gelijkwaardig aan geen ingangssignaal 4. Deze metingen worden vervolgens grafisch weergegeven in real-time in een 3D interactieve grafiek.- Neem de vier outputdossiers: * config.csv beschrijft experiment * data.csv bevat de krachtmeting bij elke frequentie, * no_stim.csv bevat de achtergrondruis lezen en * graph.jpeg bevat een kopie van de grafiek van de gebruiker interface van het programma zoals het was toen het programma beëindigd. Zie figuur 8.
- Herhaal gedeelten 15-17 voor elke golflengte en TE1 modus Tabel 1 beschreven.
18. Analyseer de Frequentie en Angular Output Profielen
- Het verkrijgen van een statistische analyse programma of download de CompareWDMmodes.m MATLAB-code die in de appendix.
- In de map (waar het programma zich bevindt), maakt u een submap, "Sample Number", voer het "Sample Number" in het testprogramma. Het monster nummer is deapparaat identificatienummer.
- In deze map "Sample Number," create drie submappen. Noem elke map als volgt, "Sample Number" _ "Kleur" _M1_ "Transducer". De namen in "vet en cursief" zijn waarden in het testprogramma ingevoerd door de gebruiker. (Bv A16_BLUE_M1_T1, C5_RED_M1_T13 of D35_GREEN_M1_T18).
- In elk submap, kopieert u de vier bestanden die door het testen van software die overeenkomen met die specifieke golflengte, mode en transducer.
- Open het analyseprogramma en de gebruiker gedefinieerde variabelen wijzigen boven aan de gebruiker gedefinieerde waarden ingevoerd in het testen van software weerspiegelen.
Opmerking: Bij gebruik van de meegeleverde analytische programma en de door de gebruiker gedefinieerde waarden in het testprogramma zijn "Sample Number" = A16, "Guided Mode" = 1, zou "Transducer" = 1 de analytische code worden aangepast aan de volgende:
; % De gebruiker gedefinieerde variabelen
serie = 'A';
monster = 16;
modes = [1];
transducer = 'T1'; - Voer het analytische programma.
Opmerking: Bij gebruik van de meegeleverde analytische code, onder andere het creëert een cijfer dat de genormaliseerde frequentie response en de hoekige uitgang voor rood, groen en blauw licht vergelijkt. Het bestand creëert is gelegen in het "Sample Number" submap. Zie figuur 9 een voorbeeld van de uitvoer.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Het principe resultaten van de bovenstaande protocol zijn de geleide modus gemeten van commerciële prisma koppelaar getoond in figuur 2, de enkele frequentie, rauwe invoer / uitvoer gegevens uit de aangepaste prisma koppelaar getoond in figuur 8 en de veelkleurige curven in figuur 9. in de volgende paragrafen bespreken we de bruikbare informatie die door elk van deze uitgangen.
De geleide modus informatie uit de commerciële prisma coupler primair met de golfgeleider diepte vast, maar het aantal toestanden en de afstand tussen bevatten andere goed afsluitende werkingsstand relevante nuttige informatie. Voor het lekkende apparaatmodus werken volgens ontwerp moet een geleide naar lekkende modus overgang voor elke kleur, en experimenten is gebleken dat dit waar is indien er ten minste twee geleide modi per Illumina bestaattie golflengte. Dit is met name relevant voor rood omdat het de minste geleide modi van de drie kleuren weergeven. Het proton uitwisseling stap 2 moet worden verhoogd of verlaagd om ervoor te zorgen dat er twee rode modi. In het algemeen hebben beide modi rood betekent dat er ook ten minste twee standen in groen en blauw. Apparaten geoptimaliseerd voor frequency division multiplexing van kleur zijn twee modi in het rood, drie modi in het groen en vier modi in het blauw weergegeven. Minder modi kan verschijnen voor groen en blauw als het gloeien is te lang. Indien minder dan het optimale aantal toestanden weergegeven voor groen en blauw licht, dan is de tijd gloeien bij stap 3 moet worden uitgebreid. Lange gloeit echter zal ook de effectieve index van de geleide modi.
De ruwe uitvoer van de aangepaste prisma koppeling zoals getoond in Figuur 8 geeft een goede kwalitatieve zin een aantal belangrijke parameters inrichting zoals RF bandbreedte, hoekige sweep,scan lineariteit, spot grootte, staande golf periode en de geschatte diffractie efficiëntie. De projectie van de gegevens op de Y-as geeft de frequentie respons van het apparaat waarvan we de middenfrequentie en bandbreedte bij benadering werking kan lezen. De projectie van de gegevens over de X-as geeft overspanning van de afgebogen lichtopbrengst. Deze positie-informatie is nagenoeg evenredig met de hoekige oprit van het uitvoerapparaat zodat het uitsteeksel op deze as is een goede indicator van de hoekige oprit van het apparaat. De helling van de gegevens op het XY-vlak van de grafiek geeft ons een gevoel van de lineariteit van de scan en de snelheid van scannen met ingangsfrequentie. Als de X-as wordt bemonsterd met een voldoende hoge resolutie vervolgens een dwarsdoorsnede langs de X-as wordt de lichtbundel te profileren. Als de Y-as wordt bemonsterd met een voldoende hoge resolutie, dan surface acoustic staande golfpatronen kan schijn- worden als ze prominent, kan het handig zijn een akoestische absorber toevoegen wordeninrichting een glad produceren, zelfs scannen. Absolute diffractierendement is niet gemeten, maar bij het vergelijken apparaat naar apparaat, de signaal-ruisverhouding dient als een goede indicator van relatieve diffractierendement. Deze ruwe gegevens een aanzienlijke hoeveelheid informatie, maar het is slechts één golflengte verlichting relevant.
Om te bepalen of het apparaat kan frequentieregeling kleur wordt ruwe data verwerkt voor verschillende experimenten met drie golflengten grafiek zoals in Figuur 9 te vormen. De X- en Y-as projecties worden eerst verzameld voor de TE1 geleide modi voor drie kleuren. Vervolgens worden deze projecties zijn gesuperponeerd op de hoek- en frequentie-as respectievelijk een meerkleurig frequentie en hoekig response als getoond vormen. Als de reactie voor elke kleur grenst frequentie en overlappingen in de hoek, dan is het apparaat geschikt voor frequentieregeling kleur.
Figuur 1:. Leaky Mode Modulator Zoals te zien is aan de linkerkant, licht in het apparaat via een rutiel prisma die evanescently paren licht in een golfgeleider indiffused op het oppervlak van het substraat. Aangezien de begeleide licht plant zich voort in de richting van het uiteinde van het apparaat die zij tegenkomt oppervlakte akoestische golven die het licht outcouple van de golfgeleider en draai de polarisatie. De impuls diagram voor deze interactie wordt gegeven aan de rechterkant. ge.jpg "target =" _ blank "> Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 2:. Voorbeeld Waveguide Gegevens licht van de laser wordt gekoppeld in het prisma. Het geeft vervolgens het oppervlak van het apparaat en op een krachtsensor. Wanneer een geleide modus aanwezig is, in plaats van weerkaatst de inrichting het licht wordt geleid door het substraat en uit het einde van de inrichting. Aldus wordt weggeleid van de krachtsensor en een scherpe "dip" optreedt in de plot. Er zijn twee modi die in deze plot. Het geleidelijk toenemende stroom lezen van links naar rechts kan worden verklaard door het geleidelijk verhogen van de transmissie-efficiëntie op de lucht om prisma grens. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 3:. Sample LOR Development Process Beelden van hetzelfde gebied van een apparaat als de LOR wordt ontwikkeld. De afbeelding op de uiterst links werd genomen onder een microscoop na de eerste 25 seconden ontwikkelingstijd. De foto's die volgen zijn een steekproef van de wijzigingen door het iteratief proces. De laatste foto is een close-up van de fijnere functies op het apparaat na LOR ontwikkeling om het schone randen en de blootstelling van het onderliggende substraat te laten zien. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 4: een prisma Coupled Device gemonteerd op een Breakout Board. Een correct gekoppeld, aangevuld apparaat gemonteerd op de breakout board. Op de juiste hoek, zoals op deze foto, de natte plek weerspiegelt een regenboog van kleuren. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 5: Karakterisering Inrichting Schematische Basisschema de karakterisering inrichting.. De laser wordt gestuurd door een reeks van optische componenten voordat ze in de inrichting is gekoppeld via een prisma. Eenmaal binnen een modus in de golfgeleider SAW golven geproduceerd door interdigitale transducers en een RF-signaal klop het licht in lekkende modes waarin exit het apparaat bij een frequentie regelbare hoek. Een lineaire actuator drijft de energiemeter via een waaier van posities, terwijl het signaal generator loopt via een waaier van frequenties te creëren multivariabele grafieken die de beheersbaarheid en uit te beschrijvenzetten van het apparaat. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 6:. Identificatietechnieken van Proper lichtkoppeling juiste koppeling kan worden geïdentificeerd door ofwel de aanwezigheid van de karakteristieke lichtstreep veroorzaakt door verstrooiing in de golfgeleider, zoals links getoond, of door de eigenmode lijnen uit het uiteinde van de apparaat, zoals getoond aan de rechterkant. klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 7:. User Interface voor LabView testen van software De gebruiker inter gezicht met inbegrip van alle door de gebruiker gedefinieerde variabelen. Items boxed in geel moeten worden bijgewerkt voordat elke geautomatiseerde test wordt uitgevoerd, zodat de analytische programma om goed te werken. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 8:. Sample Frequency vs Position Graph Terwijl de RF-ingang en vermogensmeter locatie lineair worden gescand, het experiment software bouwt en geeft deze interactieve 3D-grafiek van de verzamelde gegevens. Na voltooiing van de huidige weergave wordt opgeslagen voor een snelle verwijzing. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
/53889fig9.jpg "/>
Figuur 9: Voorbeeld Mode Vergelijking Gegevens De frequentierespons van de drie golflengten wordt getoond aan de linkerkant.. Het toestel heeft een bandbreedte van 200 MHz met individuele bediening van elke golflengte. Aan de rechterkant is de output hoek respons voor elk apparaat. Er is een goede hoekig overlap 5-7 °. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
| Golflengte | mode | Hoek |
| 638 nm | TE0 | 23 ° |
| TE1 | 28 ° | |
| 532 nm | TE0 | 26 ° |
| TE1 | 31 ° | |
| TE2 | 32 ° | </ Tr>|
| 445 nm | TE0 | 31 ° |
| TE1 | 36 ° | |
| TE2 | 38 ° | |
| TE3 | 39 ° |
Tabel 1:. Modus Excitatie Parameters hoek en golflengte parameters voor de gewenste functie TE1 excitaties voor de apparaten die in dit document.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Het ontwerp van elk apparaat heeft twee kritische stappen, proton uitwisseling en ontwikkeling van de LOR. Van de twee protonen uitwisselingstijd bepaalt de diepte van de golfgeleider, waardoor het aantal geleid lekkende functiewissels, de regelbare frequentiebandbreedte, en elke belangrijke ontwerpparameter voor elke kleur licht bepaald. Twee geleide modi in rood gewenst. Als er meer bestaat dan bandbreedte wordt opgeofferd. Als er minder bestaan dan niet begeleid naar lekkende mode overgang wordt gewaarborgd. Volg de noot in stap 2.2.1 om Proton Exchange keer corrigeren om het gewenste resultaat te bereiken.
LOR juiste ontwikkeling is vereist voor een goede lancering en daardoor een goede werking van de interdigitale transducenten. Het is een stap beste beheerst door ervaring. Een niet-verdunde oplossing van ontwikkelaar zal blazen de vingers van de transducers in 7 sec, terwijl een 50% oplossing hetzelfde zal doen in ongeveer 35 sec. De precieze tijd varieert van apparaat naar apparaat dat de behoefte ontstaathet apparaat voor 25 sec ontwikkelen in een 50% oplossing gevolgd door herhaalde korte blootstelling aan meer verdunde oplossingen. Als blowout treedt afname ontwikkeltijd of oplossingsconcentratie om de gewenste resultaten te bereiken.
In de karakterisering die prisma koppeling en uitlijning zijn de kritische stappen. Als het apparaat is slecht prisma gekoppeld of slecht uitgelijnd zal geen licht de golfgeleider in te voeren waardoor het onmogelijk is om de resultaten te meten. Alignment wordt het beste bereikt met kleine aanpassingen. Variaties in het verstrooide licht kan de aanpak van een modus regel geven of tonen de nabijheid van de interdigitale transducer. Ervaring is de beste leermeester.
Dit protocol is ontworpen voor de vervaardiging van een enkel apparaat. Als zodanig schaalbaarheid is beperkt en zal kleine variaties aanwezig zijn van apparaat naar apparaat. Maar de auteurs zijn actief nastreven van de ontwikkeling van een wafer gedreven productie proces dat deze uitdaging zal overwinnen. Een ander 'BEPERKINGENion van deze karakterisering protocol is de afhankelijkheid van een actief testproces. De interdigitale omvormers moet een grote bandbreedte om de veranderingen in de golfgeleider diepte en mode overgangen tegemoet te komen. Zodra de overgang frequenties bepaald een smallere bandbreedte transducer kan worden ontworpen. Een goed model voor de werkwijze zou de noodzaak van deze stap te elimineren. Tenslotte het testprotocol niet volledig automatisch, waarbij menselijke aanpassingen tussen veranderingen in golflengte en apparaten.
Zodra een inrichting toont beide goede hoekige overlap en frequentieregeling, dan kan zij worden gebruikt in toepassingen zoals 3D weergave holovideo 1. Deze apparaten vereisen slechts 2 patronen stappen te fabriceren die een grote verbetering ten opzichte van de gemeenschappelijke scherm technologieën van vandaag, zoals korrelig licht kleppen, MEMS, en bulk wave akoestisch-optische modulators. Het is de hoop van de auteurs dat het hebben van toegang tot deze productie, meting, en characterization protocol zal een bredere deelname aan electroholographic scherm onderzoek aan te moedigen.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
De auteurs hebben niets te onthullen.
Acknowledgments
De auteurs zeer erkentelijk voor de financiële ondersteuning van Air Force Research Laboratory contract FA8650-14-C-6571 en van DAQRI LLC.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| X-Cut Lithium Niobate | Gooch and Housego | 99-00630-01 | Lithium Niobate 3″ Diameter X-CUT Wafer 1 mm Polish/Polish |
| Positive Photo Resist 1 | EMD Performance Materials | AZ 3330 F Photoresist | Used in the creation of the proton exchange mask |
| Photoresist Developer | EMD Performance Materials | AZ MIF 300 | Develops AZ3330 and LOR 3A |
| Aluminium | International Advanced Materials | AL13 | 99.999% pure |
| Aluminium Etch | Transene | Type A Aluminum Etchant | |
| Benzoic Acid | Sigma Aldrich | 109479-500G | 99% pure |
| Acetone | Fisher Chemical | UN1009 | |
| IPA | Fisher Chemical | UN1219 | 99.5% pure isopropyl alcohol |
| Acidic Piranha etch | Cyantek Corperation | Nanostrip | |
| Under Layer Resist | Micro Chem | LOR 3A | Bottom layer used for liftoff |
| Positive Photo Resist | Micro Chem | 950 PMMA A9 | Top layer used for liftoff |
| Anisole | Micro Chem | A Thinner | |
| Conductive polymer aqueous solution | Mitsubishi Rayon Company | AquaSAVE | |
| MIBK (4-methyl-2-pentanone) | Sigma Aldrich | 360511 | Develops PMMA |
| NMP (1-methyl-2-pyrrolidone) | Sigma Aldrich | 328634 | Used for liftoff |
| E-beam Evaporator | Denton Vacuum | Integrity 20 | Any equivalent equipment would suffice. |
| Thin Film Spinner | Laurell Technologies Corporation | WS-400A-6NPP-LITE | Any equivalent equipment would suffice. |
| Mask Aligner | Karl Suss America Inc. | MA 150 CC | Any equivalent equipment would suffice. |
| Automatic Dicing Saw | Disco Corperation | Disco Dad 320 | Any equivalent equipment would suffice. |
| Muffle Furnace | Thermo Scientific | FB1415M | Any equivalent equipment would suffice. |
| Electron Microscope | FEI | XL30 ESEM | Any equivalent equipment would suffice. |
| Dehydration Oven | Lab-Line Instruments | Ultra-Clean 100 (3497M-3) | Any equivalent equipment would suffice. |
| Hot Plate | Thermo Scientific | SP131325 | Any equivalent equipment would suffice. |
| Polisher | Ultra Tec Mfg., Inc. | Ultrapol End & Edge Polisher | Any equivalent equipment would suffice. |
| Class IIIb 12 V RBG Lasers: Wavelengths (nm): 638, 532, and 445 | Bought second-hand. Probably pulled from a laser projector. Any equivalent equipment would suffice. | ||
| Signal Generator | Agilent | 8648D | Now found at Keysight. Obsolete. Any equivalent equipment would suffice. Needed Frequency sweep 9 kHz-1,000 MHz. |
| Signal Amplifier | Mini-Circuits | TB-17 | Necessary only to overcome the limitations of the signal generator. |
| Power Meter Controller | ThorLabs | PM100D | With power meter model S130C. Any equivalent equipment would suffice. Needed sensitivity 500 pW. |
| Linear Actuator Controller | Newport | ESP7000 | With linear actuator model MFN25PP. Any equivalent equipment would suffice. Needs 0.1 mm accuracy. |
| AutomatedDeviceCharacterization.vi | LabView | Experimental Control Software by BYU | Found in the appendix |
| CompareWDMmodes.m | MATLab | Analytical Software by BYU | Found in the appendix |
References
- Smalley, D., Smithwick, Q., Bove, V., Barabas, J., Jolly, S. Anisotropic leaky-mode modulator for holographic video displays. Nature. 498 (7454), 313-317 (2013).
- Smalley, D., Smithwick, Q., Bove, V. Holographic video display based on guided-wave acousto-optic devices. Proc. SPIE. 6488, 64880L-64880L-7 (2007).
- Smalley, D. Holovideo on a stick: integrated optics for holographic video displays. , MIT. MASS. (2013).
- Henrie, A., Haymore, B., Smalley, D. Frequency division color characterization apparatus for anisotropic leaky mode light modulators. Rev Sci Instrum. 86 (2), (2015).
- Lawes, R. MEMS Cost Analysis: Basic Fabrication Processes. , Pan Stanford. Boca Raton. (2014).
- Pearson, E. Mems spatial light modulator for holographic displays. , (2001).
- Tabata, M. Risk and Mobility: A Case Study of the Thin-Film Transistor Liquid-Crystal Display Industry in East Asia. East Asian Science, Technology and Society. 9 (2), 151-166 (2015).
- Pape, D., Goutzoulis, A., Kulakov, S. Design and fabrication of acousto-optic devices. , Marcel Dekker. New York. (1994).
- Chang, I., Lee, S. Efficient Wideband Acuosto-Optic Bragg Cells. Ultrasonics Symposium. , 427-430 (1983).
- Proklov, V., Korablev, E. Multichannel waveguide devices using collinear acousto-optic interaction. Proc. SPIE. 1932, 298-311 (1993).
- Ito, K., Kawamoto, K. An optical deflector using collinear acoustooptic coupling fabricated on proton-exchanged LiNbO 3. Jpn. J. Appl. Phys. 37 (9R), 4858 (1998).
- Smalley, D., Smithwick, Q., Barabas, J., Jolly, S., DellaSilva, C. Holovideo for everyone: a low-cost holovideo monitor. J Phys Conf Ser. 415 (1), 012055 (2013).
- McClaughlin, S., Leach, C., Henrie, A., Smalley, D., Jolly, S., Bove, V. Frequency Division of Color for Holovideo Displays using Anisotropic Leaky Mode Couplers. Optical Society of America, 2015. , DM2A-2 (2015).
- McLaughlin, S., Leach, C., Henrie, A., Smalley, D. Optimized guided-to-leaky-mode device for graphics processing unit controlled frequency division of color. Appl. Opt. 54 (12), 3732-3736 (2015).
- Jackel, J., Rice, C., Veselka, J. Proton exchange for high-index waveguides in LiNbO3. Appl. Phys. Lett. 41 (7), 607-608 (1982).
- Wong, K. Properties of lithium niobate. , IET. London. (2002).
- Tien, P., Ulrich, R. Theory of prism-film coupler and thin-film light guides. JOSA. 60 (10), 1325-1337 (1970).
- Tsai, C. Guided-wave acousto-optics: interactions, devices, and applications. , Springer Science & Business Media. Heidelberg. (1990).
- Proklov, V., Korablev, E. Multichannel waveguide devices using collinear acousto-optic interaction. Proc. SPIE. 1932, 298-311 (1993).
- Li, R. Circuit Design. , John Wiley & Sons. Hoboken. (2012).
- Lawrence, C. The mechanics of spin coating of polymer films. Phys. Fluids. 31 (10), 2786-2795 (1988).
- Fontana, R., Katine, J., Rooks, M., Viswanathan, R., Lille, J., MacDonald, S., et al. E-beam writing: a next-generation lithography approach for thin-film head critical features. IEEE Trans. Magn. 38 (1), 95-100 (2002).
- Robertson, M. Substrate Surface Preparation Handbook. , (2011).
- Monneret, S., Flory, F., et al. M-lines technique: prism coupling measurement and discussion of accuracy for homogeneous waveguides. J Opt A-Pure Appl Op. 2 (3), 188 (2000).
