Introduction
La maggior parte delle tecnologie di visualizzazione olografiche, come le valvole di luce pixelated così come i dispositivi MEMS e onda di massa modulatori acusto-ottica, sono troppo complessi per consentire un'ampia partecipazione nel loro sviluppo. Modulatori Pixellato, in particolare quelli con strati filtranti e aerei schiena attivi possono richiedere decine di passaggi di patterning per costruire 5 e possono essere limitati da fan-out 6. Maggiore è il numero di patterning i passaggi più alto è il dispositivo di complessità, ed il più stretto il protocollo di fabbricazione deve essere quello di ottenere ragionevoli resa dispositivo 7. Bulk-onda modulatori acustico-ottico non si prestano a wafer processi basati 8,9. Anisotrope modulatori modalità che perde, tuttavia, richiedono solo due passi patterning per fabbricare e utilizzare tecniche di microfabbricazione relativamente standard di 10,11. L'accessibilità di questi processi rendono possibile per qualsiasi istituzione con impianti di fabbricazione modesti di partecipare allo sviluppo di hDisplay tecnologia video olografica 12.
La semplicità di fabbricazione di dispositivi può essere accattivante, tuttavia, come il corretto funzionamento dei dispositivi dipende fortemente guide d'onda che deve essere accuratamente misurati e regolata per ottenere le caratteristiche desiderate del dispositivo. Ad esempio, se la guida d'onda è troppo profonda, banda operativa del dispositivo verrà ridotto 13. Se la guida d'onda è troppo poco profonda, il dispositivo potrebbe non funzionare per illuminazione rossa. Se la guida d'onda viene ricotto troppo lungo, la forma del profilo di profondità della guida d'onda sarà distorto, e le transizioni rosso, verde e blu non può sedersi adiacente nel dominio della frequenza 14. In questo lavoro gli autori presentano gli strumenti e le tecniche per eseguire questa caratterizzazione.
La modalità modulatore leaky costituito da un protone scambiata guida d'onda indiffused sulla superficie di un piezoelettrico, x-cut niobato di litio substrato 15,16. Ad un'estremitàdella guida d'onda è un trasduttore interdigitale alluminio, vedi Figura 1. La luce viene introdotto nella guida d'onda utilizzando un prisma accoppiatore 17. Il trasduttore poi lancia superficie onde acustiche che interagiscono contralinearly con luce di guida d'onda lungo l'asse y. Questa interazione coppie guidate luce in un modo che perde, che trapela della guida d'onda in massa e, infine, esce il substrato dal bordo affrontano 18,19. Questa interazione ruota anche la polarizzazione da TE luce polarizzata guidata a TM luce polarizzata modo che perde. Il modello onda acustica di superficie è l'ologramma, ed è in grado di acquisire e modellare la luce di uscita per formare una immagine olografica.
La guida d'onda è creato da scambio protonico. Innanzitutto, l'alluminio viene depositato sul substrato. Poi l'alluminio è modellato foto-litografica e inciso per esporre regioni del substrato di diventare canali guida d'onda. L'alluminio restante agisce come un hardmaschera. Il substrato viene immerso in una colata di acido benzoico che altera l'indice superficiale nelle regioni esposte. Il dispositivo viene rimosso, pulito e ricotto in forno a muffola. La profondità finale della guida d'onda determina il numero di transizioni modo leaky. La profondità guida d'onda determina anche la frequenza di ogni transizioni guidate-to-mode per ogni colore 4.
I trasduttori di alluminio sono formate da decollo. Dopo guide d'onda sono formate, una E-beam resist viene filata sul substrato. Un trasduttore interdigitale è modellato con un fascio di elettroni per formare un trasduttore chirped progettato per rispondere alla banda 200 MHz responsabile per il controllo del colore in dispositivi di guida d'onda. Il periodo dito è determinata da Λƒ = v dove, Λ, è il periodo barretta, v è la velocità del suono nel substrato e, ƒ, è la frequenza radio (RF). Il trasduttore avrà una impedenza che deve corrispondere a 75 ohm per il funzionamento efficiente 20.
<p class = "jove_content"> L'guidato all'interazione modo leaky avviene a frequenze diverse per le diverse lunghezze d'onda della luce di illuminazione e di conseguenza luce rossa, verde e blu può essere controllato nel dominio della frequenza. Il modello d'onda acustica di superficie è generato da un segnale RF trasmesso al trasduttore interdigitale. La RF del segnale di ingresso si traducono in frequenze spaziali sul modello d'onda acustica di superficie. La guida d'onda può essere fabbricato in modo che i segnali a bassa frequenza controllano lo sweep angolare e l'ampiezza di luce rossa, mentre le frequenze medie controllare la luce verde e alte frequenze di controllo della luce blu. Gli autori hanno individuato una serie di parametri di guida d'onda che permettono tutte e tre queste interazioni è separato e adiacente nel dominio della frequenza in modo che tutti i tre colori possono essere controllati con un singolo segnale 200 MHz che è la larghezza di banda massima di unità di elaborazione grafica delle materie prime ( GPU).Abbinando la larghezza di banda di un canale GPUa quella di una modalità modulatore leaky, il sistema diventa completamente parallelo e altamente scalabile. Con l'aggiunta di larghezza di banda abbinato coppie di GPU e canali modalità modulatore che perde, si può costruire schermi olografici di dimensione arbitraria.
Dopo aver creato il dispositivo, è attentamente caratterizzato per verificare che le frequenze di transizione modo guidato da leaky sono appropriati per il controllo della frequenza di colore. Innanzitutto, la posizione dei modi guidati sono determinati mediante un accoppiatore a prisma commerciale per confermare che la guida d'onda ha la profondità appropriata e il corretto numero di modi guidati. Poi, dopo che i dispositivi sono montati e confezionati, essi sono posti in un accoppiatore a prisma personalizzato che mappa le frequenze di ingresso della luce di uscita digitalizzato. I dati risultanti fornisce la risposta in frequenza di ingresso e la risposta di uscita angolare per luce rossa, verde e blu per il dispositivo da testare. Se il dispositivo è stato fabbricato in modo corretto, la risposta di ingresso dispositivo sarà separato infrequenza e la risposta in uscita saranno sovrapposte in angolo. Quando questo viene confermata, il dispositivo è pronto per l'uso in un display video olografico.
Le prime misure hanno luogo prima che il dispositivo è stato confezionato. La profondità guida d'onda è determinata da un accoppiatore a prisma commerciale. Questo può essere realizzato con una sola lunghezza d'onda di illuminazione (tipicamente 632 nm rosso) ma autori hanno modificato il loro accoppiatore prisma commerciale per permettere di raccogliere informazioni modalità per la luce rossa, verde e blu. Dopo confezione, il dispositivo subisce una seconda misurazione in un accoppiatore a prisma personalizzato che registra la luce di uscita devia in funzione di ingresso RF. Una descrizione dettagliata di tali misurazioni segue. sono anche dato fasi di fabbricazione.
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Protocol
1. Preparazione iniziale
Nota: Inizia con una nuova niobato di litio di wafer X-cut. Dovrebbe essere grado ottico, spessore di 1 mm, pulita, con niente depositato sulla superficie, entrambi i lati lucidati, e il lato superiore assegnati.
- Utilizzando un Electron Beam evaporatore o macchina equivalente ad un vuoto di 50 μTorr, evaporare 200 nm alluminio sul wafer a 5 Å / sec. Per replicare i risultati presentati, posizionare la costellazione di wafer di 65 cm sopra il crogiolo di alluminio.
- Spin on 30 gocce di una foto resist positivo, come AZ3330, a 3000 rpm per 60 sec. Softbake resist a 90 ° C per 60 sec. Nota: Per una descrizione dettagliata dei meccanismi di filatura film polimerici vedere il lavoro di CJ Lawrence 21.
- Utilizzando la maschera corretta, ad esempio il file "Mask 1. Proton Exchange Mask.dxf" fornito in appendice, esporre il wafer con un allineatore maschera con un bulbo di mercurio da 350 W o equivalente per 10 sec secondo CARATTERISTICHETECNIC macchinaons. Assicurarsi che il wafer viene orientato in modo che le guide d'onda sono parallele all'asse y.
- Sviluppare l'resistere in uno sviluppatore photoresist positivo per 60 sec. Duro cuocere il wafer per 60 sec a 110 ° C. Etch distanza l'alluminio esposta completamente immergendo per 2 minuti in una soluzione 1 L etch alluminio riscaldata a 50 ° C.
ATTENZIONE: etch alluminio è tossico, corrosivo e dannoso. Vedi scheda di sicurezza per la corretta manipolazione e lo stoccaggio di questa sostanza chimica. Usare un equipaggiamento di protezione individuale per l'acido durante la manipolazione di questa sostanza chimica. - Rimuovere la maschera di fotoresist con un risciacquo di acetone seguito da alcol isopropilico (IPA).
- Utilizzando un 0,016 in. Disco diamantato di spessore con una profondità di esposizione di 0,165 in. Su un spezzettatura automatica sega, tagliare la fetta in 10 x 15 mm 2 dispositivi con la dimensione lunga parallelo all'asse y.
Nota: La lama non tagliare tutto il percorso attraverso il substrato. Per separare ogni dispositivo, è sufficiente sottolineare ogni taglio da parte la sega a dadi. Ogni 10 x 15 millimetri 2 dispositivo passerà individualmente attraverso i passaggi rimanenti del protocollo.
2. scambio di protoni
- Inserire un singolo dispositivo in una provetta con un piccolo foro nel terreno inferiore per consentire l'interazione tra il dispositivo e tutti i bagni liquidi.
- scambio protonico il dispositivo immergendolo in 1 L di fusione dell'acido benzoico puro al 99% a 240 ° C. Utilizzare un tempo di immersione di 10 min e 10 sec per raggiungere la profondità obiettivo di 0,4504 micron.
Nota: Il tempo di immersione scambio protonico è dettata dal coefficiente di diffusione, D, che per fusione degli autori è attualmente D = 0,2993. Il tempo di immersione scambio protonico è calcolato utilizzando la relazione T = d 2 / (4 D). In questa equazione, T è il tempo di scambio tra ore, d è la profondità guida d'onda in micron, e D è il coefficiente di diffusione. Per una descrizione dettagliata dei meccanismi di scambio protonico vedere il lavoro di JL Jackel 15. - Rimuovere il dispositivo e lasciare raffreddare per 5 minuti o fino a quando freddo al tatto. Eliminare ogni residuo di acido benzoico con un risciacquo di acetone poi IPA.
3. Anneal
- Collocare dispositivo in una provetta regolare e avvolgere il tubo in alluminio. Posizionare la provetta in un forno a muffola per 45 min a 375 ° C. Rimuovere il dispositivo e lasciare raffreddare per 5 minuti o fino a quando freddo al tatto.
4. Pulire
- Pulire la maschera di alluminio dal dispositivo utilizzando etch alluminio per circa 2 min a 50 ° C. Pulire il dispositivo in acido etch piranha per rimuovere eventuali residui organici.
ATTENZIONE: acido etch piranha è tossico, corrosivo e dannoso. Vedi scheda di sicurezza per la corretta manipolazione e lo stoccaggio di queste sostanze chimiche. Usare un equipaggiamento di protezione individuale per l'acido durante la manipolazione di queste sostanze chimiche. - Risciacquare il dispositivo in acetone, poi IPA, e asciugare con azoto compresso.
5. Misure guida d'onda
- Utilizzando qualsiasi misura guida d'onda analizzatore commerciale le caratteristiche del protone scambiati guida d'onda.
Nota: Un buon dispositivo avrà 2 modi guidati utilizzando un laser a 633 nm. Vedere Figura 2 per un esempio di risultati desiderati. Se il dispositivo presenta più di due modi guidati per illuminazione rossa quindi il tempo di scambio al punto 2.2 deve essere ridotto. Allo stesso modo, se il dispositivo mostra meno di due modi guidati deve essere aumentato il tempo di scambio.
6. Aggiungere Resist
- Spin su 4 gocce di un ascensore Off Resist (LOR) a 3.000 rpm per 60 secondi e poi cuocere in forno a 200 ° C per 1 ora. Rimuovere e consentire al dispositivo di raffreddare per 5 minuti o fino a quando freddo al tatto. Spin on 4 gocce di 3: 1 soluzione di polimetilmetacrilato (PMMA) e anisolo a 3.000 rpm per 60 sec e poi cuocere a 150 ° C per 15 min.
- Rimuovere e consentire al dispositivo di raffreddare per 5 minuti o fino a quando freddo al tatto. Spin on 2 gocce di un polimero conduttivo a 1.000 rpm per60 sec, poi girare a 6.000 giri per 4 secondi per eliminare ogni eccesso.
7. modello
- Utilizzare un microscopio elettronico migliorata con un blanker fascio per consentire la scrittura o una macchina equivalente per esporre il dispositivo.
- Con un vuoto di 50 μTorr, esporre lo strato conduttivo di un fascio di elettroni con una dose superficie di 30 uC / cm 2 che analizza il modello dei trasduttori interdigitati. Per replicare i risultati utilizzano una corrente di fascio misurata di 410 pA.
- Scrivere il modello da un file .dxf o equivalente al microscopio elettronico secondo le specifiche della macchina.
Nota: Per una descrizione dettagliata della E-Beam processo di litografia vedere il lavoro svolto dal RE Fontana 22.
8. Sviluppare
- Rimuovere lo strato conduttivo risciacquando il dispositivo in un flusso continuo di acqua deionizzata per 5 sec. Rimuovere il PMMA esposto immergendo il dispositivo in 1: 3 soluzione di isobuty metilel chetone (MIBK) e IPA per 45 sec.
- Togliere dal 1: soluzione 3 di MIBK: IPA e risciacquare con IPA per 5 sec. Asciugare il dispositivo con azoto compresso.
- Ripetere passaggi 8.1-8.1.1 come necessario per sviluppare pienamente il PMMA.
Nota: esporre Tuttavia il dispositivo alla soluzione di MIBK: IPA in soli incrementi di 5 sec. Sviluppo completo dovrebbe rivelare la LOR sotto il PMMA e può essere identificata da una colorazione uniforme in tutta l'area sviluppata circondata da bordi netti e spigoli.
Nota: Oltre allo sviluppo di PMMA porta alla piccola caratteristica scoppio e può cancellare completamente le dita trasduttore interdigitali lasciando un unico blocco sviluppato grande. Analogamente in sviluppo lascia residui non uniformi che diminuire l'efficacia del processo di decollo che segue. - Rimuovere LOR nella regione esposta immergendo il dispositivo in una soluzione 1: 1 di uno sviluppatore adeguato e acqua deionizzata per 25 sec. Togliere dal 1: 1 soluzione di un appropriate sviluppatore e acqua deionizzata. Risciacquare con IPA per 5 sec.
- Secco con azoto compresso. Ripetere i punti 8.3, se necessario, di sviluppare pienamente la LOR.
Nota: esporre Tuttavia il dispositivo alla soluzione di uno sviluppatore adeguato e acqua deionizzata in soli incrementi di 2 sec. Sviluppo completo dovrebbe rivelare la superficie del substrato sotto il LOR. Esso può essere identificato con colorazione bianca uniforme in tutta l'area sviluppata mantenendo bordi netti e spigoli. Il mancato sviluppo del LOR correttamente anche porta a problemi discussi in 8.2.3.1. Vedi Figura 3 per un processo di sviluppo esempio LOR.
Nota: il passaggio ad un rapporto inferiore di uno sviluppatore appropriato per acqua deionizzata come 1: 2 o 1: 3 è disponibile come dispositivo si avvicina di sviluppo completo per permettere ai lineamenti fini di sviluppare senza spegnere il dispositivo. Tuttavia, non è vantaggioso per iniziare con queste dosi da tempo aumenta totali e supera il tempo ottimale in developer.
- Secco con azoto compresso. Ripetere i punti 8.3, se necessario, di sviluppare pienamente la LOR.
9. cassetta in alluminio
- Utilizzando un Electron Beam evaporatore o macchina equivalente ad un vuoto di 50 μTorr, evaporare 200 nm alluminio sul wafer a 5 Å / sec.
10. Decollo alluminio
- Riempire un grande piatto di vetro con 750 ml di acqua su una piastra calda a 90 ° C. Inserire un buffer di plastica nel piatto acqua. In un contenitore di vetro piccolo separata immergere il dispositivo in una soluzione di N-metil-2-pirrolidone (NMP) 100 ml.
- Posizionare il contenitore della soluzione NMP contenente il dispositivo sul buffer di plastica in modo che il livello dell'acqua non superi l'altezza del contenitore di NMP. Coprite e lasciate riposare 3-4 ore o fino a quando il decollo alluminio è completa. Rimuovere il dispositivo da NMP.
Nota: E 'vantaggioso per pulire grandi sezioni di alluminio dal dispositivo prima di rimuoverlo dal bagno NMP. A tale scopo, utilizzando una pipetta piena di NMP a schizzare il dispositivod staccare ogni residuo grandi blocchi di alluminio indesiderati. - Risciacquare il dispositivo in IPA e asciugare con azoto compresso. Sotto un microscopio, verificare che il decollo è completa. Se alluminio residuo indesiderato rimane, bagnare il dispositivo con acetone e pennello molto delicatamente con un batuffolo di camera bianca rivestita in acetone per rimuovere.
- Risciacquare in IPA, secco con azoto compresso, e ricontrollare sotto il microscopio. Ripetere 10.3 e 10.4, se necessario.
11. polacco alla fine
- Coat il dispositivo in una pellicola protettiva come uno strato di photoresist positivo. Bloccare il dispositivo in modo che l'estremità con i trasduttori è esposto per la lucidatura. Utilizzando procedure di lucidatura corrette 23, lucidare lentamente l'estremità del dispositivo ad una rugosità superficiale inferiore a 100 nm, in modo che difetti superficiali interferiscono con la luce che esce dal dispositivo.
- Rimuovere il dispositivo dal morsetto e pulire la pellicola protettiva. Se fotoresist è stato usato come una pellicola protettiva, una generosasciacquare in acetone e poi IPA rimuoverlo. Asciugare il campione, se necessario, con azoto compresso.
Mount 12. su un bordo di sblocco
- Se è necessaria alcuna assemblea per la scheda di breakout RF, montare la scheda di breakout in base alle sue specifiche.
- Costruire, di vetrini, una piattaforma di montaggio per tenere saldamente sia la scheda di breakout RF e il dispositivo. Nota: La piattaforma di montaggio è costruito a forma di U su tre vetrini: una 75 x 50 x 1 mm 3 e due 75 x 25 x 1 mm 3.
- Mettere una generosa goccia di colla sulla sinistra quarto della grande scivolo. Inserire una delle diapositive più piccole per il cordone di colla in modo che a sinistra bordo e il bordo inferiore siano allineati con i bordi corrispondenti sul grande scivolo.
- Applicare fermo e pressione uguale per le due slitte fino a quando il set di colla, di circa 15 sec. Ripetere il processo per la quarta più a destra del grande scivolo.
- Montare il device alla parte superiore della piattaforma di montaggio con nastro biadesivo. Assicurarsi che l'estremità delle sporgenze dispositivo l'estremità della piattaforma di montaggio in modo che la piattaforma di montaggio non interferisce con luce che esce dal terminale del dispositivo.
- Montare la scheda RF breakout alla piattaforma di montaggio in modo che non è nel percorso ottico della luce che esce dal dispositivo. Un modo semplice per farlo è di elevare il bordo di sblocco con nastro di spessore in modo che la parte inferiore del bordo di sblocco è sopra la parte superiore del dispositivo.
- Filo legame le pastiglie sul dispositivo per le loro rispettive posizioni sulla scheda di breakout RF. Utilizzare un 27 nH serie induttore di impedenza abbinare ciascun trasduttore agli ingressi bordo di sblocco.
13. Giunto Prism
- Selezionare un prisma rutilo alla luce paio nel dispositivo. La polarizzazione della luce (trasversale elettrica) deve essere parallela all'asse ottico del rutilo dell'asse ottico (asse Z) del niobato di litio X-cut.
- Pulire tha contatto con le superfici sia del dispositivo e il prisma accuratamente con IPA. Posizionare il prisma in modo che sia centrato sul canale da testare.
- Premere il fondo del prisma saldamente contro la parte superiore del dispositivo con un meccanismo di bloccaggio. Nota: non stringere troppo la pressione eccessiva come si crepa il substrato e danneggiare il prisma di accoppiamento.
- In caso di successo, osservare apparirà una macchia di bagnato.
Nota: Un punto surf è una regione di riflessione interna totale all'interfaccia tra il prisma e il campione. Per un esempio di corretto accoppiamento prisma vedere Figura 4.
14. Monte nel Apparatus Caratterizzazione
- Montare il dispositivo sulla piattaforma rotante dell'apparato colore caratterizzazione divisione di frequenza per anisotropi modulatori di luce che perde modalità discusse da A. Henrie 4.
Nota: Una schematica dell'apparecchiatura caratterizzazione è fornito in Figura 5.
- Accendere il laser. Per replicare i risultati presentati in questo l'uso di carta 5 V per 638 nm, 5,5 V per 532 nm e 6,5 V per 445 nm.
- Attenuazione del fascio fino l'intensità della luce diffusa è comodo per l'occhio. Verificare la polarizzazione del laser.
- Mettere un polarizzatore nel percorso ottico dopo la piastra di mezza onda in modo che blocca polarizzata orizzontalmente luce. Ruotare la piastra a metà onda per ottenere la massima attenuazione della luce laser. Rimuovere il polarizzatore.
- Ruotare manualmente la piattaforma in modo che l'angolo tra il laser e la superficie superiore del dispositivo è impostato al corretto angolo di illuminazione.
Nota: L'angolo corretto può essere trovato nella tabella 1 secondo la lunghezza d'onda desiderata e test modalità. - Allineare prisma utilizzando le fasi di traslazione lineare quando il punto focale del laser passa attraverso l'angolo di 90 ° del prisma. Nota: Aumento sc laserAtter causata dal angolo del prisma volte può essere visto.
- A questo punto, la luce dovrebbe essere indotto nel dispositivo che può essere verificata mediante la striscia caratteristica della luce causata dalla dispersione nella guida d'onda o con le linee caratteristico modo che usciva dalla estremità del dispositivo 24 (vedere Figura 6).
Nota: Se si utilizza linee modalità per verificare l'accoppiamento, è utile per rimuovere il misuratore di potenza dal percorso del fascio. inserire invece un oggetto dispersione uniforme, quale un foglio di carta bianca, nel percorso ottico. - Se non viene rilevato alcun accoppiamento, lentamente ruotare il dispositivo, mantenendo il bordo di aggancio del prisma nel punto focale del laser. Se dopo la rotazione cinque gradi in entrambe le direzioni senza accoppiamento può essere rilevato, rimuovere il dispositivo dalla piattaforma rotante, rimuovere il prisma e tornare al punto 13.
- A questo punto, la luce dovrebbe essere indotto nel dispositivo che può essere verificata mediante la striscia caratteristica della luce causata dalla dispersione nella guida d'onda o con le linee caratteristico modo che usciva dalla estremità del dispositivo 24 (vedere Figura 6).
- Una volta giunto viene rilevato, mettere a punto le fasi di piattaforma e di traslazione lineare di rotazione Maximizzare l'accoppiamento della luce.
16. Collegare l'ingresso RF e Racchiudere il dispositivo
- Sostituire il misuratore di potenza che è stato rimosso durante l'allineamento. Anche rimuovere eventuali ostruzioni al percorso del raggio utilizzato per scopi di allineamento.
- Collegare l'ingresso RF al bordo di sblocco del dispositivo e attivare il generatore di segnale RF. Assicurarsi che l'amplificatore è alimentato. Nota: per proteggere il dispositivo da burnout, la potenza elettrica del segnale di raggiungere il dispositivo non dovrebbe superare 1 W.
- Rimuovere qualsiasi attenuazione usato per la sicurezza durante l'allineamento. Il laser è ora ai livelli di potenza ottica utilizzati per le prove. Racchiudere l'intero sistema in una scatola otticamente isolante.
17. Eseguire il programma di prova fornita
- Ottenere un gestore di attrezzature di laboratorio per eseguire il dispositivo di caratterizzazione, come ad esempio il file di AutomatedDeviceCharacterization.vi LabView fornito in appendice.
- Inserire tutti i parametri utente nel sof testtware sul computer di controllo. Nota: Figura 7 viene fornito per coloro che utilizzano il file di controllo esperimento fornito. Indica con una scatola di colore giallo i campi che devono essere aggiornati prima di ogni test automatizzato viene eseguito in modo che il programma di analisi fornito per funzionare correttamente al punto 19.
- Per replicare i risultati presentati in questo documento utilizzare i seguenti parametri di prova: frequenza iniziale: 100 MHz, frequenza finale: 800 MHz, frequenza di pedalata: 10, ruvida posizione iniziale: 0, ruvida posizione finale: 25, e Posizione Fase: 1. Fare che il "File" viene premuto il pulsante.
- Eseguire il programma di test.
Nota: Il programma prevedeva guida un misuratore di potenza lungo un binario lineare a intervalli definiti dall'utente. In ciascuna posizione del segnale di ingresso RF viene trascinato attraverso un insieme di frequenze scelti e misure di potenza sono realizzati. Una misura viene effettuata con l'ingresso RF alla sua impostazione frequenza più bassa e potenza di uscita più bassa che è stato sperimentalemente determinato come equivalente ad alcun segnale di ingresso 4. Queste misurazioni vengono poi rappresentate graficamente in tempo reale in un grafico 3D interattiva.- Osservare i file di output quattro: * config.csv descrive l'esperimento, * data.csv contiene la lettura della potenza ad ogni frequenza, * no_stim.csv contiene la lettura rumore di fondo, e * graph.jpeg contiene una copia del grafico per l'utente interfaccia del programma come quando il programma è conclusa. Vedere la Figura 8.
- Ripetere sezioni 15-17 per ogni lunghezza d'onda e la modalità TE1 descritto nella Tabella 1.
18. Analizzare i profili di uscita in frequenza e angolari
- Ottenere un programma di analisi statistica o di scaricare il CompareWDMmodes.m codice MATLAB fornito in appendice.
- Nella cartella (dove si trova il programma), creare una sottocartella, "Numero campione" inserire il "Numero Campione" nel programma di test. Il numero del campione è ilnumero di identificazione del dispositivo.
- In questa cartella, "numero del campione," creare tre sottocartelle. Nome ciascuna cartella come segue, "Numero campione" _ "Colore" _M1_ "trasduttore". I nomi in "grassetto e corsivo" sono valori inseriti nel programma di test da parte dell'utente. (Ad esempio A16_BLUE_M1_T1, C5_RED_M1_T13 o D35_GREEN_M1_T18).
- In ogni sottocartella, copiare i quattro file creati dal software di test che corrisponde a quello particolare lunghezza d'onda, la modalità e il trasduttore.
- Aprire il programma di analisi e di modificare le variabili definite dall'utente in alto per riflettere l'utente definito di ingresso valori nel software di test.
Nota: Se si utilizza il programma di analisi fornito ed i valori definiti dall'utente nel programma di test sono "Number campione" = A16, "Modalità guidata" = 1, "trasduttore" = 1 il codice di analisi verrebbero modificate come segue:
; % Variabili definite dall'utente
serie = 'A';
campione = 16;
Modalità = [1];
trasduttore = 'T1'; - Eseguire il programma di analisi.
Nota: Se si utilizza il codice di analisi fornito, tra le altre cose crea una figura che confronta la risposta in frequenza normalizzata e l'uscita angolare per luce rossa, verde e blu. Il file si crea si trova nella sottocartella "Number campione". Vedi Figura 9 per un esempio di uscita.
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Representative Results
I principali risultati del protocollo di cui sopra sono la misura modo guidato dal copulante prisma commerciale mostrato in figura 2, la singola frequenza, dati di ingresso grezzi / uscita raccolti dal copulante prisma misura mostrati in Figura 8 e le curve multicolore mostrati in figura 9. nei paragrafi che seguono si discute il informazioni fruibili prodotte da ciascuna di queste uscite.
Le informazioni raccolte modo guidato dal copulante prisma commerciale viene utilizzato, soprattutto, per stabilire la profondità guida d'onda, ma il numero di modi e la loro spaziatura contiene altre informazioni pertinenti per il funzionamento in modalità leaky. Per il dispositivo modo leaky funzionare come previsto, deve avere una transizione modo guidato a leaky per ogni colore, e la sperimentazione ha dimostrato che ciò è vero quando esiste almeno due modi guidati per ogni illuminalunghezza d'onda zione. Questo è particolarmente rilevante per il rosso come ha il minor numero di modi guidati dei tre colori di visualizzazione. Il passo scambio protonico 2 dovrebbe essere aumentato o diminuito per assicurarsi che non vi sono due modalità rossi. In generale, avendo due modalità di colore rosso indica che ci sono anche almeno due modi in verde e blu. I dispositivi ottimizzati per divisione di frequenza multiplazione di colore hanno dimostrato due modalità in rosso, tre modalità in verde e quattro modalità in blu. Meno modalità possono apparire per il verde e il blu se il tempo di ricottura è troppo lungo. Se inferiore al numero ottimale di modalità appaiono per la luce verde e blu, quindi il tempo di ricottura nella fase 3 può avere bisogno di essere esteso. ricotture lunghi, tuttavia, sarà anche ridurre l'indice di efficacia dei modi guidati.
L'uscita grezza del copulante prisma personalizzato come mostrato in figura 8 dà un buon senso qualitativo per un certo numero di importanti parametri del dispositivo come larghezza di banda RF, scansione angolare,la linearità di scansione, dimensioni dello spot, periodo di onda stazionaria e l'efficienza approssimativa di diffrazione. La proiezione dei dati sull'asse Y dà la risposta in frequenza del dispositivo da cui si legge la frequenza centrale e la larghezza di banda approssimativa di funzionamento. La proiezione dei dati sull'asse X dà campo di lavoro dell'uscita luce diffratta. Questa informazione di posizione è quasi proporzionale alla scansione angolare del dispositivo di output così la proiezione su questo asse è un buon indicatore dello sweep angolare del dispositivo. La pendenza dei dati sul piano XY del grafico ci dà un senso della linearità della scansione e la velocità di scansione con frequenza di ingresso. Se l'asse X viene campionato con sufficientemente alta risoluzione, poi una sezione trasversale lungo l'asse X darà profilo della trave. Se l'asse Y viene campionato con sufficientemente alta risoluzione, quindi superficie modelli onde stazionarie acustiche possono diventare apparent- se sono prominenti, può essere vantaggioso aggiungere un assorbitore acustico alladispositivo per la produzione di un liscio, persino la scansione. Absolute efficienza di diffrazione non viene misurato, ma quando si confrontano un dispositivo a un altro, il rapporto segnale-rumore serve come un buon indicatore di relativa efficienza di diffrazione. Questi dati grezzi fornisce una notevole quantità di informazioni, ma è rilevante per sola lunghezza d'onda di illuminazione.
Per determinare se il dispositivo è capace di controllo di frequenza di colore, dati grezzi sono trattati per diversi esperimenti con tutti i tre lunghezze d'onda per formare grafici come quella di Figura 9. Le proiezioni degli assi X e Y sono prima raccolti per modi guidati l'TE1 per tutti tre colori. Quindi queste proiezioni si sovrappongono l'angolo e la frequenza rispettivamente sugli assi per formare una frequenza multicolore e risposta angolare come quello mostrato. Se la risposta per ciascun colore è adiacente in frequenza e sovrapposizione dell'angolo, allora il dispositivo è adatto per il controllo della frequenza di colore.
Figura 1:. Leaky Modalità modulatore Come visibile sulla sinistra, la luce entra nel dispositivo attraverso un prisma rutilo che evanescently coppie luce in una guida d'onda indiffused sulla superficie del substrato. Quando la luce guidata propaga verso il fondo del dispositivo incontra onde acustiche superficiali che outcouple la luce dalla guida d'onda e ruotano sua polarizzazione. Il diagramma dinamica di questa interazione è data a destra. ge.jpg "target =" _ blank "> Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.
Figura 2:. Campione Waveguide dati luce dal laser è accoppiata nel prisma. E poi si riflette sulla superficie del dispositivo e su un sensore di potenza. Quando un modo guidato è presente, invece che riflette il dispositivo la luce viene guidato attraverso il substrato e l'estremità del dispositivo. Così, è guidata dal sensore di potenza e un "tuffo" tagliente si verifica nella trama. Ci sono due modalità individuate in questa trama. La lettura di potenza via via crescente da sinistra a destra può essere spiegato dal gradualmente aumentando l'efficienza della trasmissione l'aria di confine prisma. Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.
Figura 3:. Processo di sviluppo Esempio LOR immagini della stessa area di un dispositivo come LOR è sviluppato. L'immagine a sinistra è stata presa al microscopio dopo il tempo iniziale di sviluppo 25 sec. Le immagini che seguono sono alcuni esempi delle modifiche mediante il processo iterativo. L'immagine finale è un primo piano delle caratteristiche più sottili sul dispositivo dopo lo sviluppo LOR per mostrare i bordi puliti e l'esposizione del substrato sottostante. Si prega di cliccare qui per vedere una versione più grande di questa figura.
Figura 4: Un prisma Coupled Device Montato a un bordo di sblocco. Un dispositivo completato correttamente accoppiato montata alla sua Breabordo Kout. Con l'angolo giusto, come in questa immagine, la macchia umida riflette un arcobaleno di colori. Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.
Figura 5: Caratterizzazione Apparecchio schematico Schema base dell'apparato caratterizzazione.. Il laser viene inviato attraverso una serie di componenti ottici prima di essere accoppiato nel dispositivo attraverso un prisma. Una volta all'interno di una modalità tra le onde guida d'onda SAW prodotte dai trasduttori interdigitati e un segnale RF battere la luce in modalità dispersioni che all'uscita del dispositivo con un angolo controllabile frequenza. Un attuatore lineare aziona il misuratore di potenza attraverso una gamma di posizioni mentre il generatore di segnale passa attraverso una serie di frequenze creando grafici multivariabile che descrivono la controllabilità e fuorimettere del dispositivo. Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.
Figura 6:. Tecniche identificativi Proper Coupling Luce accoppiamento corretto può essere identificato sia dalla presenza della striscia caratteristica della luce causata dalla dispersione nella guida d'onda, come mostrato a sinistra, o con le linee modo caratteristico fuori dell'estremità della dispositivo, come mostrato a destra. Fai clic qui per vedere una versione più grande di questa figura.
Figura 7:. Interfaccia utente per LabView Software Testing L'inter utente faccia tra cui tutte le variabili definite dall'utente. I prodotti in scatola in giallo devono essere aggiornati prima di ogni test automatizzato viene eseguito in modo che il programma di analisi per funzionare correttamente. Si prega di cliccare qui per vedere una versione più grande di questa figura.
Figura 8:. Frequenza di campionamento vs Posizione Grafico Mentre l'ingresso RF e la posizione misuratore di potenza vengono analizzati in modo lineare, il software esperimento costruisce e visualizza questo grafico interattivo 3D dei dati raccolti. Al termine della visualizzazione corrente viene salvata per un rapido riferimento. Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.
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Figura 9: provate Modalità confronto dei dati La risposta in frequenza dei tre lunghezze d'onda è mostrato a sinistra.. Il dispositivo ha una larghezza di banda di 200 MHz con controllo individuale per ciascuna lunghezza d'onda. Sulla destra si trova la risposta angolo di uscita per ogni dispositivo. C'è una buona sovrapposizione angolare per 5-7 °. Si prega di cliccare qui per vedere una versione più grande di questa figura.
| lunghezza d'onda | Modalità | Angolo |
| 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 ° |
Tabella 1:. Modalità eccitazione parametri di angolo e lunghezza d'onda parametri desiderati eccitazioni la modalità TE1 per i dispositivi illustrati in questo documento.
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Discussion
La progettazione di ogni dispositivo è dotato di due passaggi critici, scambio protonico e lo sviluppo della LOR. Dei due, tempo di scambio protonico determina la profondità della guida d'onda, che a sua volta determina il numero di transizioni guidata perde modalità, la banda di frequenza controllabile, e ogni parametro di progetto chiave per ogni colore della luce. Due modi guidati in rosso è desiderato. Se esistono più quindi la larghezza di banda è sacrificato. Se meno esiste, non ha guidato la transizione di modalità che perde è garantita. Seguire la nota al punto 2.2.1 per correggere i tempi di scambio protonico per ottenere il risultato desiderato.
sviluppo LOR corretta è necessaria per il corretto decollo e, quindi, il corretto funzionamento dei trasduttori interdigitali. Si tratta di un passo migliore padronanza attraverso l'esperienza. Una soluzione non diluita di sviluppatore spegnere le dita dei trasduttori in 7 secondi, mentre una soluzione al 50% farà lo stesso in circa 35 sec. Il tempo esatto varia da dispositivo a dispositivo che crea la necessitàsviluppare il dispositivo per 25 sec in una soluzione al 50% seguita da esposizioni rapide ripetute a più soluzioni diluite. Se si verifica scoppio tempi di sviluppo diminuzione o concentrazione della soluzione per raggiungere i risultati desiderati.
Nel processo di caratterizzazione accoppiamento prisma e allineamento sono i punti critici. Se il dispositivo è mal prisma accoppiato o mal allineata nessuna luce entra nella guida d'onda rendendo impossibile misurare risultati. L'allineamento è meglio realizzato con piccoli aggiustamenti. Variazioni nella luce diffusa possono segnalare l'avvicinamento a una linea modalità o mostrare la vicinanza del trasduttore interdigitale. L'esperienza è la migliore insegnante.
Questo protocollo è progettato per la produzione di un singolo dispositivo. Come tale scalabilità è limitata e piccole variazioni saranno presenti da dispositivo a dispositivo. Tuttavia gli autori perseguono attivamente lo sviluppo di un wafer guidato il processo di fabbricazione in grado di superare questo problema. Un altro limitatione di questo protocollo caratterizzazione è la dipendenza da un processo di test attiva. I trasduttori interdigitati devono avere una larghezza di banda larga per accogliere i cambiamenti nelle profondità guida d'onda e la modalità transizioni. Una volta che le frequenze di transizione sono determinati un trasduttore minore larghezza di banda può essere progettato. Un buon modello per il processo eliminerebbe la necessità di questo passo. Infine, il protocollo di test non è completamente automatica, che richiede regolazioni umane tra cambiamenti nella lunghezza d'onda e dispositivi.
Una volta che un dispositivo mostra sia buona sovrapposizione e frequenza di controllo angolare, allora è in grado di essere utilizzati in applicazioni quali visualizzazione 3D holovideo 1. Questi dispositivi richiedono solo 2 passi patterning per fabbricare che è un grande miglioramento rispetto alle tecnologie di visualizzazione comune di oggi, come le valvole pixelated della luce, dispositivi MEMS, e l'onda di massa modulatori acusto-ottica. È la speranza degli autori che hanno accesso a questa produzione, di misura, e chprotocollo aracterization incoraggerà più ampia partecipazione alla ricerca visualizzazione electroholographic.
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Disclosures
Gli autori non hanno nulla da rivelare.
Acknowledgments
Gli autori ringraziano il sostegno finanziario Air Force Research Laboratory contratto FA8650-14-C-6571 e da 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
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