Name: Caractérisation des anisotropes Leaky mode Modulateurs pour Holovideo (Vidéo) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-03-19T15:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 36 s
Description: Découvrez la caractérisation des modulateurs à modes de fuite anisotropes pour l'électroholographie. Cette méthode cartographie la réponse fréquentielle vers la sortie angulaire et sépare clairement les transitions de mode guidé.

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Les auteurs remercient le soutien financier de Air Force Research Laboratory contrat FA8650-14-C-6571 et de DAQRI LLC.

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</ol>

Les auteurs ont rien à révéler.

La conception de chaque dispositif comporte deux étapes critiques, l&#39;échange et le développement du LOR proton. Des deux, le temps d&#39;échange de protons détermine la profondeur du guide d&#39;onde, ce qui détermine le nombre de transitions guidé vers des fuites de mode, la largeur de bande de fréquence réglable, et chaque paramètre de conception clé pour chaque couleur de la lumière. Deux modes guidés en rouge est souhaitée. Si plus existe alors la bande passante est sacrifiée. Si moins existent alors pas guidé à...

La plupart des technologies d&#39;affichage holographique, tels que des valves de lumière pixelated ainsi que des dispositifs MEMS et ondes en vrac modulateurs acousto-optiques, sont trop complexes pour permettre une large participation à leur développement. Modulateurs Pixélisé, en particulier ceux avec des couches filtrantes et des avions dos actifs peuvent nécessiter des dizaines d&#39;étapes de mise en forme pour construire 5 et peuvent être limités par fan-out 6. Plus le nombre de motifs étapes plus la complexité de l&#39; appareil et le resserrement du protocole de fabrication doit être d&#39;obtenir un rendement de l&#39; appareil raisonnable 7. Bulk-ondes modulateurs acousto-optique ne se prêtent pas à wafer processus basés 8,9. Anisotropes modulateurs de mode qui fuit, cependant, ne nécessitent que deux étapes patterning pour fabriquer et utiliser des techniques de microfabrication relativement standard 10,11. L&#39;accessibilité de ces processus permettent à toute institution avec de modestes installations de fabrication à participer à l&#39;élaboration de hvidéo olographe technologie d&#39;affichage 12. La simplicité de fabrication du dispositif peut être séduisante, cependant, que le bon fonctionnement des dispositifs dépend fortement des guides d&#39;ondes qui doivent être soigneusement mesurés et ajustés pour obtenir les caractéristiques de l&#39;appareil souhaité. Par exemple, si le guide d&#39; onde est trop profonde, la bande passante opérationnelle du dispositif sera réduit 13. Si le guide d&#39;onde est trop faible, l&#39;appareil peut ne pas fonctionner pour un éclairage rouge. Si le guide d&#39; ondes est recuite trop longtemps, la forme du profil de profondeur du guide sera déformée, et les transitions rouges, vertes et bleues ne peut pas siéger à côté dans le domaine de fréquence 14. Dans ce travail, les auteurs présentent les outils et techniques pour effectuer cette caractérisation. Le modulateur de mode à fuite de protons est constitué d&#39;un guide d&#39; ondes échangé indiffused sur la surface d&#39;un dispositif piézoélectrique, coupe X substrat de niobate de lithium 15,16. D&#39;un boutdu guide d&#39; ondes est un transducteur interdigité en aluminium, voir la figure 1. La lumière est introduite dans le guide d&#39; ondes en utilisant un agent de couplage du prisme 17. Le transducteur lance alors ondes acoustiques de surface qui interagissent contralinearly avec la lumière dans le guide d&#39;ondes le long de l&#39;axe y. Cette interaction couple guidée de lumière en un mode à fuite qui fuit hors du guide d&#39; ondes dans la masse du substrat et sort du bord enfin font face 18,19. Cette interaction tourne également la polarisation de la lumière guidée TE polarisée TM lumière polarisée mode qui fuit. Le motif d&#39;onde acoustique de surface est de l&#39;hologramme, et il est capable de numériser et de mise en forme de la lumière de sortie pour former une image holographique. Le guide d&#39;onde est créée par échange de protons. Tout d&#39;abord, l&#39;aluminium est déposé sur le substrat. Ensuite, l&#39;aluminium est modelée de photo-lithographie et de gravure pour exposer des régions du substrat pour devenir des canaux de guide d&#39;ondes. L&#39;aluminium restant agit comme un disquemasque. Le substrat est immergé dans un bain d&#39;acide benzoïque qui modifie l&#39;indice de surface dans les régions exposées. Le dispositif est retiré, nettoyé et recuite dans un four à moufle. La profondeur finale du guide d&#39;onde détermine le nombre de transitions de mode qui fuient. La profondeur de guide d&#39;ondes détermine également la fréquence de chacune des transitions guidées à mode pour chaque couleur 4. Les transducteurs d&#39;aluminium sont formés par le décollage. Après que les guides d&#39;ondes sont formés, un faisceau d&#39;électrons est filé résist sur le substrat. Un transducteur interdigital est modelée avec un faisceau d&#39;électrons pour former un transducteur à compression d&#39;impulsions conçu pour répondre à la bande chargée de contrôler la couleur dans des dispositifs de guides d&#39;onde 200 MHz. La période des doigts est déterminé par Λƒ = v où Λ est la période de doigt, v est la vitesse du son dans le substrat et, ƒ est la fréquence radio (RF). Le transducteur aura une impédance qui doit être adaptée à 75 ohms pour un fonctionnement efficace 20. &lt;p class = &quot;jove_content&quot;&gt; Le guide à l&#39;interaction du mode de fuite se produit à des fréquences différentes pour différentes longueurs d&#39;onde de la lumière d&#39;éclairage et par conséquent la lumière rouge, vert et bleu peut être contrôlé dans le domaine fréquentiel. La forme d&#39;onde acoustique de surface est générée par un signal RF transmis au transducteur interdigité. Le RF du signal d&#39;entrée se traduit à des fréquences spatiales sur la forme d&#39;onde acoustique de surface. Le guide d&#39;onde peut être fabriqué de telle sorte que les signaux basse fréquence contrôlent le balayage angulaire et de l&#39;amplitude de la lumière rouge, tandis que les fréquences moyennes contrôlent la lumière verte et hautes fréquences contrôlent la lumière bleue. Les auteurs ont identifié un ensemble de paramètres de guide d&#39;ondes qui permettent tous trois de ces interactions pour être séparées et adjacentes dans le domaine des fréquences de telle sorte que les trois couleurs peuvent être commandés par un seul signal à 200 MHz qui est la bande passante maximale des unités de traitement de produits graphiques ( GPU). En faisant correspondre la largeur de bande d&#39;un canal de GPUà celui d&#39;un modulateur de mode qui fuit, le système devient complètement parallèle et hautement évolutive. En ajoutant la bande passante adaptée paires de GPU et de canaux de modulation de mode qui fuient, on peut construire affiche holographiques de taille arbitraire. Après que le dispositif est créé, il est soigneusement caractérisé pour vérifier que les fréquences pour la transition de mode guidé à leaky sont appropriés pour le contrôle de la fréquence de la couleur. Tout d&#39;abord, l&#39;emplacement des modes guidés sont déterminés par un prisme de couplage du commerce pour confirmer que le guide d&#39;onde a la profondeur appropriée et le bon nombre de modes guidés. Ensuite, après que les dispositifs sont montés et emballés, ils sont placés dans un prisme de couplage personnalisé qui mappe des fréquences d&#39;entrée de la lumière de sortie numérisé. Les données ainsi obtenues donne la réponse d&#39;entrée de fréquence et la réponse de sortie angulaire de la lumière rouge, verte et bleue pour le dispositif à tester. Si l&#39;appareil a été fabriqué correctement, la réponse d&#39;entrée du dispositif sera séparé enla fréquence et la réponse de sortie seront chevauchement dans l&#39;angle. Lorsque cela est confirmé, le dispositif est prêt à être utilisé dans un affichage vidéo holographique. Les premières mesures ont lieu avant que l&#39;appareil a été emballé. La profondeur de guide d&#39;onde est déterminée par un prisme de couplage commercial. Ceci peut être accompli avec une seule longueur d&#39;onde d&#39;éclairage (typiquement 632 nm rouge) mais les auteurs ont modifié leur prisme coupleur commercial pour lui permettre de recueillir des informations de mode pour la lumière rouge, vert et bleu. Après l&#39;emballage, le dispositif est soumis à une deuxième mesure dans un prisme de couplage sur mesure qui enregistre la lumière de sortie déviée en fonction d&#39;entrée RF. Une description détaillée de ces mesures ci-après. les étapes de fabrication sont également indiquées.

<table><tbody><tr><td>X-Cut Lithium Niobate</td><td>Gooch et Housego</td><td>99-00630-01</td><td>Lithium Niobate 3&Prime ; Diamètre X-CUT Wafer 1&nbsp ; mm Polonais/Polonais</td></tr><tr><td>Positif Photo Resist 1</td><td>EMD Performance Materials</td><td>AZ 3330 F Photoresist</td><td>Utilisé dans la création du masque échangeur de protons</td></tr><tr><td>Photoresist Développeur</td><td>EMD Performance Materials</td><td>AZ MIF 300</td><td>Développe AZ3330 et LOR 3A</td></tr><tr><td>Aluminium</td><td>International Advanced Materials</td><td>AL13</td><td>Aluminium pur à 99,999 %</td></tr><tr><td>Aluminium Etch</td><td>Transene</td><td>Type A Aluminium Etchant</td><td></td></tr><tr><td>Acide benzoïque</td><td>Sigma Aldrich</td><td>109479-500G</td> Acétone <td>pure à 99 %</td></tr><tr><td></td><td>Fisher Chemical</td><td>UN1009</td><td></td></tr><tr><td>IPA</td><td>Fisher Chemical</td><td>UN1219</td><td>Alcool isopropylique pur à 99,5 %</td></tr><tr><td>Piranha Acidic Etch</td><td>Cyantek Corperation</td><td>Nanostrip</td><td></td></tr><tr><td>Couche inférieure Resist</td><td>Micro Chem</td><td>LOR 3A</td><td>Couche inférieure utilisée pour liftoff</td></tr><tr><td>Positive Photo Resist</td><td>Micro Chem</td><td>950 PMMA A9</td><td>Couche supérieure utilisée pour le décollage</td></tr><tr><td>Anisole</td><td>Micro Chem</td><td>Un polymère conducteur plus mince</td><td></td></tr><tr><td>solution aqueuse</td><td>Mitsubishi Rayon Company</td><td>AquaSAVE</td><td></td></tr><tr><td>MIBK (4-méthyl-2-pentanone)</td><td>Sigma Aldrich</td><td>360511</td><td>développe PMMA</td></tr><tr><td>NMP (1-méthyl-2-pyrrolidone)</td><td>Sigma Aldrich</td><td>328634</td><td>Utilisé pour le décollage</td></tr><tr><td>Évaporateur à faisceau d’électrons&nbsp ;</td><td>Aspirateur Denton&nbsp ;</td><td>Intégrité 20</td><td>Tout équipement équivalent suffirait.</td></tr><tr><td>Spinner à couche mince</td><td>Laurell Technologies Corporation</td><td>WS-400A-6NPP-LITE</td><td>Tout équipement équivalent suffirait.</td></tr><tr><td>Aligneur de masques&nbsp ;</td><td>Karl Suss Amérique Inc.</td><td>MA 150 CC</td><td>N’importe quel équipement équivalent suffirait.</td></tr><tr><td>Scie à découper automatique&nbsp ;</td><td>Disco Corperation</td><td>Disco Dad 320 N’importe</td><td>quel équipement équivalent suffirait.</td></tr><tr><td>Four à moufle</td><td>Thermo Scientific</td><td>FB1415M</td><td>Tout équipement équivalent suffirait.</td></tr><tr><td>Microscope électronique</td><td>FEI</td><td>XL30 ESEM</td><td>Tout équipement équivalent suffirait.</td></tr><tr>Instruments de laboratoire de <td>four de déshydratation</td><td>&nbsp ;</td><td>Ultra-propre 100&nbsp ; (3497M-3)</td><td>Tout équipement équivalent suffirait.</td></tr><tr><td>Plaque chauffante</td><td>Thermo Scientific</td><td>SP131325</td><td>Tout équipement équivalent suffirait.</td></tr><tr><td>Polisseuse</td><td>Ultra Tec Mfg., Inc.</td><td>Ultrapol End & Polisseuse de chants</td><td>Tout équipement équivalent suffirait.</td></tr><tr><td>Classe IIIb 12&nbsp ; V Lasers RBG : Longueurs d’onde (nm) : 638, 532 et 445</td><td></td><td></td><td>Achetés d’occasion. Probablement tiré d’un projecteur laser. Tout équipement équivalent suffirait.</td></tr><tr><td>Générateur de signaux</td><td>Agilent</td><td>8648D</td><td>Maintenant trouvé chez Keysight. Obsolète. Tout équipement équivalent suffirait. Balayage de fréquence nécessaire 9 kHz-1 000 MHz.</td></tr><tr><td>Mini-circuits</td> <td>d’amplificateur de signal</td><td>TB-17</td><td>Nécessaire uniquement pour surmonter les limites du générateur de signaux.</td></tr><tr><td>Contrôleur de wattmètre</td><td>ThorLabs</td><td>PM100D</td><td>Avec wattmètre modèle S130C. Tout équipement équivalent suffirait. Sensibilité nécessaire 500&nbsp ; prisonnier de guerre.</td></tr><tr><td>Contrôleur d’actionneur linéaire</td><td>Newport</td><td>ESP7000</td><td>Avec actionneur linéaire modèle MFN25PP. Tout équipement équivalent suffirait. Nécessite 0,1&nbsp ; millimètre près.</td></tr><tr><td>AutomatedDeviceCharacterization.vi&nbsp ;</td><td></td><td>Logiciel de contrôle expérimental LabView de BYU</td><td>Trouvé en annexe</td></tr><tr><td>CompareWDMmodes.m</td><td>Logiciel analytique</td><td>MATLab</td> de BYU <td>Trouvé en annexe</td></tr></tbody></table>

caractérisation des anisotropes leaky mode modulateurs pour holovideo

Characterization of Anisotropic Leaky Mode Modulators for Holovideo

Les affichages holovidéo sont basés sur des modulateurs de lumière spatiaux qui courbent la lumière. L’un de ces modulateurs spatiaux de la lumière est le modulateur anisotrope en mode fuyant. Ce modulateur est particulièrement bien adapté à l’expérimentation vidéo holographique car il est relativement simple et peu coûteux à fabriquerde 1 à 3. Parmi les autres avantages des dispositifs en mode fuite, citons : une large bande passante agrégée, une séparation de polarisation entre la lumière de signal et le bruit, une grande déviation angulaire et un contrôle de fréquence de la couleur1. Afin de réaliser ces avantages, il est nécessaire d’être en mesure de caractériser correctement ces dispositifs car leur fonctionnement dépend fortement des paramètres du guide d’ondes et du transducteur4. Pour caractériser les modulateurs, les auteurs utilisent un coupleur de prisme commercial ainsi qu’un appareil de caractérisation personnalisé pour identifier les modes guidés, calculer l’épaisseur du guide d’ondes et enfin cartographier l’entrée de fréquence du dispositif et la sortie angulaire des modulateurs en mode fuyant. Ce travail donne une description détaillée de la mesure et de la caractérisation des modulateurs en mode fuyant adaptés à la vidéo holographique en couleur.

Les principaux résultats de ce protocole sont supérieurs à la mesure du mode guidé du coupleur à prisme commercial représenté sur la figure 2, la fréquence unique, les données d&#39; entrée brutes / sortie recueillies à partir du coupleur de prisme mesure représentés sur la figure 8 et les courbes multicolores représentés sur la figure 9. Dans les paragraphes qui suivent, nous discutons des informations à une action produite par chacune ...

Ce travail décrit la fabrication et la caractérisation de modulateurs anisotropes en mode fuyant pour la vidéo holographique.

Caractérisation des anisotropes Leaky mode Modulateurs pour Holovideo

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

L'objectif général de cette procédure est de caractériser de manière reproductible les modulateurs spatiaux de lumière en cartographiant leur réponse en fréquence en fonction de la sortie angulaire. Cette méthode permet d'obtenir des données essentielles pour répondre à des questions clés dans le domaine de l'électroholographie, telles que l'identification des transitions de modes guidés fuyants et les exigences d'optimisation. Le principal avantage de cette technique réside dans sa capacité à séparer clairement les transitions de modes fuyants et à obtenir rapidement des informations reproductibles sur leur linéarité, leur intensité relative, leur étalement angulaire et leur fréquence de fonctionnement.Une démonstration visuelle de ce processus est essentielle, car l'alignement et le couplage par prisme dépendent tous deux de repères visuels difficiles à décrire. Pour caractériser le dispositif, commencez par le préparer à être monté sur une platine de dérivation radiofréquence. Ayez à portée de main un dispositif, une platine de dérivation RF et trois lames de verre pour constituer une plateforme de montage.Une lame est plus grande que les deux autres. Elle formera la base de la plateforme en forme de U. Commencez à travailler avec la lame la plus grande.Déposez une généreuse goutte de colle cyanoacrylate sur le quart gauche de la plus longue dimension d'une lame. Ensuite, positionnez une lame plus petite de manière que sa plus longue dimension soit perpendiculaire à celle de la première lame. Alignez les bords gauches des deux lames afin que leurs coins inférieurs gauches se superposent.Les mettre en contact et appliquer une pression ferme et égale sur les lames jusqu'à ce que la colle prenne. Répéter les étapes analogues pour le côté droit. Cela donnera une structure en forme de U.Pour monter le dispositif, appliquez un ruban adhésif double face sur la plateforme au centre du U. Maintenant, travaillez avec le modulateur en mode fuyant à caractériser. Vérifiez que le dispositif possède des extrémités polies et qu'il est prêt à l'emploi. Ensuite, placez le dispositif sur le ruban adhésif déjà positionné sur la plateforme.Installez-le de manière à ce que l'extrémité de l'appareil dépasse l'extrémité de la plateforme de montage afin d'éviter toute interférence avec le trajet de la lumière. À ce stade, fixez la carte d'extension RF. Montez la carte d'extension de sorte qu'elle ne se trouve pas dans le trajet du faisceau lumineux sortant de l'appareil.L'étape suivante est le soudage par fils. Voici le dispositif et la platine d'interconnexion après leur soudage par fils. Sélectionnez maintenant un prisme approprié pour coupler la lumière dans le dispositif, puis utilisez de l'alcool isopropylique pour nettoyer la surface qui sera en contact avec le dispositif.En outre, nettoyez la surface de contact du dispositif. Ensuite, placez le prisme sur le dispositif de manière à ce qu'il soit centré sur le canal du dispositif à tester. Continuez en utilisant un mécanisme de serrage pour appuyer fermement la base du prisme contre le dessus du dispositif, couplant ainsi les éléments.Le mécanisme de serrage doit appuyer fermement la base du prisme contre la partie supérieure de l'appareil, et un couplage réussi produira une tache humide à l'interface. Lorsqu'elle est observée sous l'angle approprié, la tache humide réfléchira un arc-en-ciel de couleurs. L'étape suivante consiste à utiliser l'appareil de caractérisation.L'appareil dispose de trois sources laser, rouge, verte et bleue, situées à une extrémité. La lumière provenant des lasers traverse d'abord un atténuateur variable, puis une lame demi-onde, suivie d'une ouverture variable, et enfin, une lentille de focalisation. La lumière focalisée atteint le prisme sur l'échantillon, qui sera monté sur cette platine rotative.Ce schéma fournit un aperçu des éléments optiques, du dispositif de rotation et de l'électronique. Une fois que la lumière est entrée dans l'appareil, l'entrée d'un signal de fréquence radio génère des ondes acoustiques de surface. Celles-ci provoquent la sortie de la lumière selon un angle contrôlable en fréquence, qui vient ensuite frapper un wattmètre.Configurer les instruments pour recueillir des données sur une plage de fréquences et de positions. Monter l'appareil muni du prisme et de son support sur la plateforme de rotation. Placer l'ensemble de sorte que la lumière provenant de la lentille de focalisation atteigne d'abord le prisme.Pour aligner le dispositif, commencez par allumer le laser et réglez l'atténuateur jusqu'à ce que l'intensité de la lumière diffusée soit confortable pour l'œil. Ensuite, placez un polariseur dans le trajet du faisceau, après la lame quart d'onde. Orientez-le de manière à ce qu'il bloque la lumière polarisée horizontalement.Effectuez une rotation de la lame demi-onde afin d'obtenir une atténuation maximale de la lumière laser. Une fois cet objectif atteint, retirez le polariseur. Revenez ensuite à la plateforme de rotation pour la faire tourner manuellement.Réglez-le afin que la lumière laser atteigne l'angle d'entrée approprié par rapport à la surface supérieure du dispositif. Alignez le prisme à l'aide de la platine de translation linéaire située au-dessus de la platine de rotation. Ajustez l'alignement jusqu'à ce que le point focal de la lumière laser traverse le coin à 90 degrés du prisme.À ce stade, effectuez des réglages fins du plateau rotatif afin d'obtenir le couplage. Surveillez l'appareil. Lorsque le guide d'onde commence à coupler, une traînée caractéristique de lumière apparaît dans le guide d'onde par diffusion.Une autre façon de vérifier le couplage consiste à faire tomber la lumière sortant du dispositif sur un plan arrière. Sur ce plan arrière, confirmez la présence de lignes de mode caractéristiques de la lumière. Ce sont divers modes électriques transverses.Une fois le couplage détecté, régler finement les axes de rotation et de translation afin d'augmenter le couplage évanescent. Ensuite, préparer le câble reliant la carte d'interface à l'amplificateur et au générateur de signaux. Effectuer la connexion à l'entrée du signal de la carte d'interface.Continuez en allumant à la fois le générateur de signal radiofréquence et l'amplificateur. Il est utile ici de faire un test préliminaire du dispositif. Balayez la fréquence de 400 mégahertz à 600 mégahertz et vérifiez la présence de lumière déviée.Avant de poursuivre, dégagez le trajet du faisceau et assurez-vous que le détecteur de puissance est en place. Ensuite, revenez à l'atténuateur dans le trajet optique. Là, annulez toute atténuation qui avait été mise en œuvre pour des raisons de sécurité pendant l'alignement.Enfin, utilisez une boîte d'isolation optique pour couvrir l'appareil complet de caractérisation pendant toute la durée de l'expérience. Utilisez un logiciel de commande d'instrument pour faire fonctionner l'appareil de caractérisation. Cette expérience utilise LabVIEW, exécutant un programme de test personnalisé.Après avoir saisi les paramètres de test, exécutez le programme. Le script devrait s'exécuter en moins de cinq minutes. Pendant le test, il produira un graphique qui peut être manipulé.Le graphique et les données seront enregistrés. Ces données, recueillies avant l’emballage du dispositif, proviennent d’un analyseur commercial de couches minces. L’axe vertical représente l’intensité du laser.L'axe horizontal mesure la rotation du dispositif. Les deux creux correspondent aux angles pour lesquels un mode guidé permet à la lumière d'entrer dans le guide d'ondes et de sortir à l'extrémité du dispositif, évitant ainsi la réflexion vers le puissancemètre. Ces données de puissance optique, recueillies après l'emballage, proviennent de l'appareil de caractérisation.Le graphique résulte de l'analyse de l'entrée de fréquence radio en mégahertz et de la position du détecteur de puissance en millimètres. La projection des données sur l'axe Y donne la réponse en fréquence du dispositif. La projection sur l'axe X donne l'étendue de la sortie lumineuse diffractée.La pente des données dans le plan XY donne une indication sur la linéarité du balayage. Ce graphique combine les données brutes de plusieurs expériences à l'aide des trois longueurs d'onde pour les modes guidés TE 1. Si la réponse pour chaque couleur est adjacente en fréquence et se superpose en angle, le dispositif convient au contrôle de la couleur par fréquence.Une fois maîtrisée, une caractérisation complète en lumière rouge, verte et bleue pour un canal unique prend 30 minutes. Bien sûr, les images haute résolution prennent plus de temps. Après son développement, cette technique a ouvert la voie aux chercheurs dans le domaine de l'électroholographie pour explorer la multiplexion par répartition en fréquence dans les modulateurs spatiaux de lumière à guidage d'onde.Après avoir visionné cette vidéo, vous devriez bien comprendre comment caractériser les modulateurs spatiaux de manière reproductible. Cela inclut le couplage adéquat par prisme, ainsi que les procédures d'alignement et de test.

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