Name: Fabrication de 1-D Cristal Photonique Cavity sur un nanofibres utilisant Ablation laser femtoseconde induite (Vidéo) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-02-25T13:00:00.000+00:00
Duration: 13 min 2 s
Description: Découvrez la fabrication de cavités à cristaux photoniques 1-D sur nanofibres par ablation laser femtoseconde. Cette méthode précise ouvre de nouvelles applications en nanophotonique et science quantique.

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Ce travail a été soutenu par l’Agence japonaise pour la science et la technologie (JST) dans le cadre du Programme d’innovation stratégique. KPN reconnaît le soutien d’une subvention pour la recherche scientifique (subvention n° 15H05462) de la Société japonaise pour la promotion de la science (JSPS).

ATTENTION: Porter des lunettes de sécurité et éviter strictement l&#39;exposition directe à la lampe UV et tous les lasers, y compris le laser femtoseconde. Portez une combinaison et des gants de salle blanche pour éviter toute contamination. Éliminer tous les déchets de fibre correctement dans la boîte de poubelle désignée. 1. Préparation de nanofibres <ol><li> Utiliser un décapant de revêtement de fibre pour enlever l&#39;enveloppe de polymère de la fibre optique monomode pour une longueur de 5 mm, en deux endroits séparés par 200 mm. Nettoyer les deux parties dénudées mécaniquement par cleanroom Essuyez trempées dans du méthanol. Trempez la fibre entre ces deux parties dénudées dans de l&#39;acétone. Attendre 10 - 15 min jusqu&#39;à ce que la gaine de la fibre se désagréger. Sortez la fibre à partir d&#39;acétone et de nettoyer toute la partie dénudée en utilisant cleanroom lingette trempé dans du méthanol. </li><li> Réglez la fibre dénudée sur les deux étapes du nanofibres optique Fabrication Equipment (ONME) pour fabriquer le nanofibres. <ol><li> Lancer le laser de la sonde dans la fibre et de surveiller la transmission en utilisant la photodiode et d&#39;enregistrer les données de transmission à l&#39;ordinateur en utilisant la carte ADC. Démarrez le flux de gaz en utilisant le logiciel ONME et allumer la flamme. Chargez le paramètre pré-optimisé dans le logiciel ONME pour la fabrication de la fibre effilée avec un diamètre de taille de 500 nm et de commencer le processus de fabrication. NOTE: Le ONME est un dispositif disponible dans le commerce, conçues pour fabriquer des fibres optiques effilées en utilisant la technique de la chaleur et de traction standard. Il utilise une flamme oxhydrique pour chauffer la fibre et deux étapes motorisées pour tirer la fibre. Le flux gazeux et les mouvements de scène sont commandés par un programme informatique. Les paramètres de pré-optimisés peuvent être obtenus auprès du fournisseur, sur demande spéciale. </li></ol></li><li> Après la fabrication, la capture de la fibre effilée sur le support de nanofibres en utilisant l&#39;époxyde durcissable aux UV. Couvrir le support de nanofibres en utilisant le capot supérieur avec plaque de verre (représentée sur la figure 1a). Mettre l&#39;échantillon dans une boîte propre et transférer à la femtoseconde launité ser de fabrication. </li></ol> 2. Fabrication laser femtoseconde <ol><li> L&#39;alignement de l&#39;installation de fabrication <ol><li> Mettez une plaque de verre sur le banc de fabrication à une hauteur de 15 mm. Irradier le laser femtoseconde pour 5 s à l&#39;énergie d&#39;impulsion de 1 mJ. Identifier le laser femtoseconde induite par l&#39;ablation de la génération de la lumière blanche, et l&#39;apparition de motif d&#39;ablation en dommages-ligne sur la plaque de verre. </li><li> Répéter la procédure en modifiant la hauteur de la plaque de verre en utilisant le X-étape du banc de fabrication. Pour chaque fabrication, traduire le Y-étape du banc de fabrication de 1 mm pour rendre la fabrication dans une nouvelle position. </li><li> Trouvez la hauteur de la ligne d&#39;ablation la plus forte. A cette position, ajuster l&#39;angle d&#39;inclinaison et la position de l&#39;un des miroirs de pliage afin de maximiser l&#39;ablation. Aussi, affiner l&#39;inclinaison de la X-étape du banc de fabrication afin de maximiser l&#39;ablation. REMARQUE: L&#39;angle d&#39;inclinaison du miroir de pliage est accordé using les cinématiques porte-miroir boutons de réglage et la position du miroir est réglé en traduisant le Z-scène sur laquelle il est monté. </li><li> Après l&#39;optimisation, marquer la position de la ligne d&#39;ablation sur le logiciel de la caméra CCD et retirer la plaque de verre. REMARQUE: Le logiciel de contrôle de la caméra CCD permet la capture d&#39;image et les marques de dessin sur l&#39;image capturée. Elle permet également d&#39;enregistrer les données de l&#39;image capturée et les marquages. Étant donné que la phase X du banc de fabrication n&#39;a pas absolue référence de position, l&#39;image CCD est utilisée comme référence de position sur l&#39;axe des abscisses. La résolution de l&#39;image CCD est de 10 um par pixel. </li><li> En utilisant la -coater platine (Pt), enduire la plaque de verre pendant 60 secondes pour déposer une couche de 25 nm de Pt sur la plaque de verre. L&#39;image du motif d&#39;ablation de la plaque de verre à l&#39;aide d&#39;un microscope électronique à balayage (MEB). Si le motif d&#39;ablation montre structure périodique avec une période de 350 nm (le motif de franges d&#39;interférence attendu), puis l&#39;alignment est optimisée. Sinon répéter la procédure (de l&#39;étape 2.1.1 - 2.1.4) pour les énergies d&#39;impulsions inférieures (vers le bas à 300 pJ) jusqu&#39;à un motif d&#39;ablation périodique est vu. </li></ol></li><li> Fabrication de la cavité PhC apodisée <ol><li> Placer la fibre effilée sur le banc à peu près parallèle à la ligne d&#39;ablation est indiqué sur la caméra CCD de fabrication. </li><li> Envoyer un laser de sonde (puissance = 1 mW) à travers la fibre conique et d&#39;observer la diffusion de la fibre effilée sur la caméra CCD. La partie la plus forte de diffusion correspond à la région de nanofibres en raison de son diamètre SWC. </li><li> Traduire le Z-étape du banc de fabrication pour centrer la nanofibre à la position de la ligne d&#39;ablation marquée sur la caméra CCD. </li><li> Eteindre le laser de la sonde et irradier le laser femtoseconde avec une énergie d&#39;impulsion minimale (&lt;10 pJ). Traduire platine Y pour recouvrir la nanofibre avec le faisceau laser femtoseconde. Le chevauchement est identifié par l&#39;illumination de la nanofibre, obsdé- laissées sur la caméra CCD. NOTE: Le nanofibres est maintenant aligné par rapport au faisceau laser femtoseconde selon Y et l&#39;axe Z. </li><li> Afin d&#39;aligner la nanofibre le long de l&#39;axe X, X traduire la scène pour chevaucher la position de nanofibres à la position de la ligne d&#39;ablation marquée sur la caméra CCD. </li><li> Traduire la platine Y afin de maximiser le recouvrement des nanofibres avec le laser femtoseconde. Observez la réflexion des deux premiers ordres du nanofibres (apparaît comme deux points lumineux sur la plaque de verre du capot supérieur). Observer le mouvement de ces points de réflexion tout en traduisant la platine Y avant et en arrière. NOTE: Si ces taches se déplacent vers un côté puis nanofibres est pas parallèle à la ligne d&#39;ablation. Dans ce cas, faire tourner la phase de rotation pour rendre le nanofibres parallèle à la ligne d&#39;ablation. Quand ils sont parallèles, les taches de réflexion apparaissent comme un flash. </li><li> Après avoir effectué la nanofibre parallèle à la ligne d&#39;ablation, traduire la platine Y pour maximiser lachevauchement entre le faisceau laser femtoseconde et nanofibres, en mesurant la puissance du laser femtoseconde dispersés dans les modes de nanofibres guidé à l&#39;aide d&#39;une photodiode à l&#39;extrémité de la fibre effilée. Après maximiser le chevauchement, faire tourner la phase de rotation à l&#39;angle de fabrication θ = 0,5 deg. NOTE: Pour chevauchement maximal entre le faisceau laser femtoseconde et nanofibres, on peut s&#39;y attendre de la puissance de la lumière laser femtoseconde dispersés dans les modes de nanofibres guidée à être maximisée. </li><li> Bloquer le laser femtoseconde avec le compteur de puissance et régler l&#39;énergie d&#39;impulsion à 0,27 mJ. Modifiez les paramètres du laser femtoseconde au mode d&#39;irradiation unique-shot. NOTE: Dans ce mode, une seule impulsion est générée lorsque le feu-interrupteur est enfoncé, sinon il n&#39;y a pas de sortie de laser. <ol><li> Retirer l&#39;appareil d&#39;alimentation de la trajectoire du faisceau laser et déclenche une impulsion laser femtoseconde unique. Ceci complète le processus de fabrication. </li></ol></li></ol></li><li> Fabricatisur de la cavité induite par PhC défauts <ol><li> Vérifiez l&#39;alignement de l&#39;installation en observant l&#39;ablation sur une plaque de verre comme décrit dans la section 2.1. Après avoir trouvé la hauteur de la ligne d&#39;ablation plus fort, insérer un fil de cuivre de 0,5 mm au centre du faisceau laser juste avant que le masque de phase. Le fil de cuivre doit être le long de l&#39;axe Y (perpendiculaire à la ligne d&#39;ablation). </li><li> Vérifier le motif d&#39;ablation sur la plaque de verre, tout en changeant la position du fil de cuivre le long de l&#39;axe Z. Fixer la position du fil de cuivre lorsque le motif d&#39;ablation montre un écart unique au centre de la ligne d&#39;ablation. </li><li> Après l&#39;alignement, effectuer la fabrication de laser femtoseconde sur le nanofibres suivant la procédure décrite dans la section 2.2. Pour cette fabrication, régler l&#39;angle de la fabrication à thetav = 0 deg. </li></ol></li></ol> 3. Caractérisation des échantillons Fabricated <ol><li> Mesure des propriétés optiques <ol><li> Préparer le soitup pour les mesures optiques comme le montre la figure 1b. Lancez la source de lumière à large bande dans la fibre conique et mesurer le spectre de transmission et de réflexion avant et après la fabrication en utilisant l&#39;analyseur de spectre. Après la fabrication, le spectre de transmission affiche une bande d&#39;arrêt correspondant à la résonance de Bragg de l&#39;échantillon fabriqué. </li><li> Faites tourner les pales du polariseur en ligne de fibre pour sélectionner la polarisation et de prendre les spectres pour deux polarisations orthogonales X-pol et Y-pol. REMARQUE: Pour le X-pol (polarisation le long des nano-cratères) la bande d&#39; arrêt sera décalée vers le bleu 21 (vers la longueur d&#39; onde plus courte) et la dispersion de la nanofibres sera plus forte. Donc, sélectionnez les polarisations en regardant le spectre et la caméra CCD. </li><li> Pour l&#39; une des polarisations, prendre les spectres de transmission par l&#39; étirement de la fibre effilée à l&#39; aide du PZT (représentée sur la figure 1b). Prenez les spectres par stretching la fibre conique dans les étapes de 2 pm jusqu&#39;à ce que la longueur d&#39;étirement maximale de 20 pm (limité par la plage de balayage de PZT). Remarquez que la résonance de Bragg sera décalée vers le rouge (vers la longueur d&#39;onde) en étirant la fibre conique. A partir de ces spectres, calculer le décalage de la résonance de Bragg, par unité de longueur d&#39;étirement. </li><li> Pour résoudre les modes de cavité et la mesure de la transmission de la cavité absolue, utilisez la source accordable laser CW. Lancer le laser dans la fibre conique et surveiller la transmission en utilisant une photodiode. </li><li> Régler la longueur d&#39;onde du laser rouge au bord latéral de la bande d&#39;arrêt pour Y-pol et en utilisant le polariseur en ligne de la fibre pour réduire la transmission. De cette manière, le composant X-pol est supprimée et que le Y-pol est sélectionné. Régler la longueur d&#39;onde du laser supplémentaire hors de la bande rouge bord latéral et d&#39;enregistrer la transmission tout en étirant la fibre effilée 0-20 um. <ol><li> Répétez la mesure en changeant la Wavel laserONGUEUR bleu côté dans les étapes de 0,3 nm jusqu&#39;à ce que toute bande d&#39;arrêt est couvert. A partir de ces données, de reconstruire l&#39;ensemble du spectre en utilisant les données pour le décalage de résonance par unité de longueur d&#39;étirement mesurée à l&#39;étape 3.1.3. NOTE: Pour un échantillon typique, la bande d&#39;arrêt (Bragg résonance) ainsi que les modes de la cavité se décale de 2 nm en étirant la fibre effilée de 20 um et la gamme spectrale libre typique pour les modes de cavité sont entre 0,05 à 0,5 nm. Pour une longueur d&#39;onde donnée du laser d&#39;entrée, on peut mesurer au moins 3 - 4 modes de cavité en étirant la fibre effilée. L&#39;espacement de fréquence entre les modes est déduit à partir des données pour le décalage de résonance par unité de longueur d&#39;étirement mesurée à l&#39;étape 3.1.3. Répéter la mesure en changeant la longueur d&#39;onde du laser par pas de 0,3 nm, au moins 2 - 3 modes de cavité consécutifs sont de nouveau mesurés dans les mesures successives. On peut reconstruire l&#39;ensemble du spectre en superposant les données de transmission pour les mesures successives tout en matla position ching des modes de cavité re-mesurée. </li></ol></li><li> Maintenant mesurer le spectre de l&#39;autre polarisation en utilisant une procédure similaire à celle mentionnée dans les étapes 3.1.5 et 3.1.5.1. </li></ol></li><li> Imagerie l&#39;échantillon fabriqué <ol><li> Mettre l&#39;échantillon fabriqué sur une plaque métallique 2 cm de long et fixer les deux extrémités de la fibre conique à la plaque de métal en utilisant UV époxy durcissable. Assurez-vous que le côté de l&#39;irradiation de l&#39;échantillon fait face à la plaque métallique de telle sorte que le côté de l&#39;ombre peut être imagée. </li><li> Utiliser le Pt-coucheuse pour enduire l&#39;échantillon pendant 30 secondes et à déposer une couche de Pt ayant une épaisseur d&#39;environ 10 nm. Placer l&#39;échantillon dans la MEB. Prenez l&#39;image SEM de l&#39;échantillon à tous les 0,1 mm sur toute la région fabriquée. </li></ol></li></ol>

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</ol>

Les auteurs n’ont rien à divulguer.

L&#39;effet de lentille de la nanofibre joue un rôle important dans la technique de fabrication, en créant ainsi des nano-cratères sur la surface d&#39;ombre de la nanofibre (représentée sur la figure 2). L&#39;effet de lentille de la nanofibre rend également le procédé de fabrication robuste à tous les instabilités mécaniques dans la direction transversale (axe Y). En outre, en raison de l&#39; irradiation à un coup, les instabilités le long des autres axes ne modifient pas la fabrication que le temps ...

Forte confinement de la lumière dans les dispositifs nanophotoniques a ouvert de nouvelles frontières en science optique. Technologies de nanofabrication modernes ont permis la fabrication de 1-D et 2-D Cristal Photonique (PhC) cavités pour de nouvelles perspectives en 1 effet laser, détection 2 et les applications de commutation optique 3. En outre, une forte interaction lumière-matière dans ces cavités PhC a ouvert de nouvelles voies pour l&#39; information quantique 4. En dehors des cavités PhC, nanocavités plasmoniques ont également montré des perspectives prometteuses 5, 6, 7. Cependant, l&#39;interfaçage de telles cavités à un réseau de communication à base de fibres reste un défi. Ces dernières années, la fibre optique monomode conique avec un diamètre de Subwavelength, connu sous le nom de nanofibres optique, a émergé comme un dispositif nanophotonique prometteur. En raison de la fortele confinement transversal du champ de nanofibres guidée et la capacité d&#39;interagir avec le milieu environnant, la nanofibre est largement étudiée et adaptée pour diverses applications nanophotoniques 8. En dehors de cela, il est également fortement étudié et mis en œuvre pour la manipulation quantique de la lumière et de la matière 9. Un couplage efficace de l&#39; émission à partir des émetteurs quantiques tels que , quelques atomes uniques / refroidis par laser et des points quantiques individuels, dans les modes de nanofibres guidée a été étudiée et a démontré 10, 11, 12, 13, 14, 15. L&#39;interaction lumière-matière sur nanofibres peut être considérablement améliorée par la mise en œuvre la structure de la cavité PhC sur le nanofibres 16, 17. L&#39;avantage clé pour sette un système est la technologie de fibre optique en ligne qui peut être facilement intégré au réseau de communication. Transmission de la lumière de 99,95% par le nanofibres conique a été démontrée 18. Cependant, la transmission de nanofibres est extrêmement sensible à la poussière et la contamination. Par conséquent, la fabrication de la structure PhC sur nanofibres en utilisant la technique de nanofabrication classique est pas très fructueuse. Bien que la cavité de fabrication sur nanofibres en utilisant Focused Ion Beam (FIB) fraisage a été démontrée 19, 20, la qualité optique et la reproductibilité est pas aussi élevé. Dans ce protocole vidéo, nous présentons un récemment démontré 21, 22 technique pour fabriquer des cavités PhC sur nanofibres en utilisant ablation laser femtoseconde. Les fabrications sont réalisées en créant un motif d&#39;interférence à deux faisceaux du laser femtoseconde sur la nanofibre et IRRADiating une impulsion laser femtoseconde unique. L&#39;effet de lentille de la nanofibre joue un rôle important dans la faisabilité de ces techniques, en créant des cratères d&#39;ablation sur la surface de l&#39;ombre de la nanofibre. Pour un exemple typique, les nano-cratères périodiques avec une période de 350 nm et ayant un diamètre variant progressivement de 50 à 250 nm sur une longueur de 1 mm sont fabriqués sur une nanofibres avec un diamètre d&#39;environ 450 - 550 nm. Ces nano-cratères périodiques sur nanofibres, agissent comme un 1-D PhC. Nous présentons également une méthode pour contrôler le profil de la matrice de nano-cratère pour fabriquer des cavités PhC apodisées et induite par défaut sur la nanofibre. Un aspect clé de cette nanofabrication est la fabrication tout optique, de sorte que la qualité optique élevée peut être maintenue. En outre, la fabrication est effectuée par l&#39;irradiation d&#39;une simple impulsion laser femtoseconde unique, ce qui rend le système immunitaire à des instabilités mécaniques et autres imperfections de fabrication. Aussi ce qui permet la production interne de PhC nanola cavité de la fibre de telle sorte que la probabilité de contamination peut être réduit au minimum. Ce protocole est destiné à aider les autres à mettre en œuvre et d&#39;adapter ce nouveau type de technique de nanofabrication. La figure 1a montre le schéma de principe de l&#39;installation de fabrication. Les détails des procédures de configuration de fabrication et d&#39; alignement sont discutés dans 21, 22. Laser femtoseconde à 400 nm de longueur d&#39;onde centrale de 120 fs et la largeur d&#39;impulsion est incidente sur un masque de phase. Le masque de phase se divise le faisceau laser femtoseconde à 0 et ± 1 ordres. Un bloc de faisceau est utilisé pour bloquer le faisceau d&#39;ordre 0. Les rétroviseurs rabattables recombinent symétriquement ± 1-commandes à la position de nanofibres, pour créer un motif d&#39;interférence. Le pas du masque de phase est de 700 nm, de sorte que le motif d&#39;interférence présente un pas (Λ G) de 350 nm. La lentille cylindrique focalise le faisceau laser femtoseconde sur la nanofibre. La taille du faisceau à travers (axe Y)et le long (axe Z), la nanofibre est de 60 pm et 5,6 mm, respectivement. La fibre conique est montée sur un support muni d&#39;actionneur piézo-électrique (PZT) pour étirer la fibre. Un couvercle supérieur avec plaque de verre est utilisé pour protéger le nanofibres de la poussière. Le titulaire avec la fibre conique est fixé sur un banc de fabrication équipé de traduction (XYZ) et rotation (θ) étapes. La θ-étape permet la rotation de l&#39;échantillon de nanofibres dans le plan YZ. Le X-étape peut également contrôler les angles d&#39;inclinaison le long XY- et XZ. Une caméra CCD est placée à une distance de 20 cm de la nanofibre et à un angle de 45 ° dans le plan XY pour surveiller la position de nanofibres. Toutes les expériences sont effectuées à l&#39;intérieur d&#39;une cabine propre équipée HEPA (de blocage de particules à haute efficacité) filtres pour obtenir des conditions sans poussière. état sans poussière est essentielle pour maintenir la transmission de la nanofibre. Figure 1b montre le schéma des mesures optiques. Lors de la fabrication, les propriétés optiques sont brièvement suivis par le lancement d&#39;une large bande (plage de longueur d&#39;onde: 700-900 nm) source lumineuse à fibre couplée dans la fibre conique et mesurer le spectre de la lumière transmise et réfléchie en utilisant un analyseur de spectre à haute résolution. Une source laser accordable en ondes entretenues est utilisé pour résoudre correctement les modes de cavité et pour mesurer la transmission de la cavité absolue. Nous présentons le protocole pour la fabrication et la caractérisation. La section de protocole est divisé en trois sous-sections, préparation de nanofibres, femtoseconde fabrication laser et de caractérisation des échantillons fabriqués.

<table><tbody><tr><td>Laser femtoseconde</td><td>cohérent Inc.</td><td>Libra HE</td><td></td></tr><tr><td>Phase Mask</td><td>Ibsen Photonics Équipement de fabrication de</td> nanofibres optiques <td>sur</td><td></td>mesure</tr><tr><td>&nbsp ; &nbsp ;</td><td>Ishihara Sangyo</td><td>ONME</td><td></td></tr><tr><td>ADC Card</td><td>PicoTech</td><td>ADC-24</td><td></td></tr><tr><td>Fibre monomode</td><td>Fujikura</td><td>FutureGuide-SM</td><td></td></tr><tr><td>Source large bande</td><td>NKT Photonics</td><td>SuperK EXTREME</td><td></td></tr><tr><td>CW Tunable Laser</td><td>Coherent Inc.</td><td>MBR-110</td><td></td></tr><tr><td>Analyseur de spectre (Spectre de transmission)</td><td>Thermo Fisher Scientific</td><td>Nicolet 8700</td><td></td></tr><tr><td>Analyseur de spectre (Spectre de réflexion)</td><td>Optique océanique</td><td>QE65000</td><td></td></tr><tr><td>Caméra CCD</td><td>Thorlabs</td><td>DCC1545M</td><td></td></tr><tr><td>Capteur de puissance</td><td>Thorlabs</td><td>D3MM</td><td></td></tr><tr><td>Pt-Coater</td><td>Vacuum Device Inc.</td><td>MSP-1S</td><td></td></tr><tr><td>Microscope électronique à balayage</td><td>Keyence</td><td>VE-9800</td><td></td></tr><tr><td>Époxy à séchage UV</td><td>NTT-AT</td><td>AT8105</td><td></td></tr><tr><td>Photodiode</td><td>ThorLabs</td><td>PDA 36A-EC</td><td></td></tr><tr><td>Essuyage pour salle blanche</td><td>TExWipe</td><td>TX-404</td><td></td></tr><tr><td>Décapant de revêtement de fibre</td><td>NTT-AT</td><td>Pince à fibre 250 &mu ; m&nbsp ;</td><td></td></tr><tr><td>Verre de couverture</td><td>Matsunami Glass IND,LTD</td><td>NEO micro verre de couverture 0,12-0,17 mm&nbsp ;</td><td></td></tr><tr><td>PZT</td><td>NOLIAC</td><td>NAC 2011-H20</td><td></td></tr><tr><td>Platine d’objectif cylindrique</td><td>NewPort</td><td>M-481-A&nbsp ;</td><td></td></tr><tr><td>Y,Z stages</td><td>Chuo Precision Industrial Co., LTD.</td><td>LD-149-C7</td><td></td></tr><tr><td>Etape de rotation</td><td>SIGMA KOKI</td><td>KSPB-1026MH</td><td></td></tr><tr><td>Platine Z(1), Platine Z(2)</td><td>NewPort</td><td>M-460P&nbsp ;</td><td></td></tr></tbody></table>

fabrication de 1-d cristal photonique cavity sur un nanofibres utilisant ablation laser femtoseconde induite

Fabrication of 1-D Photonic Crystal Cavity on a Nanofiber Using Femtosecond Laser-induced Ablation

Nous présentons un protocole de fabrication de 1-D Cristal Photonique (PhC) cavités sur Subwavelength diamètre des fibres optiques effilées, nanofibres optiques, en utilisant femtoseconde ablation induite par laser. Nous montrons que des milliers de nano-cratères périodiques sont fabriqués sur une nanofibre optique en irradiant avec juste une impulsion laser femtoseconde unique. Pour un exemple typique, les nano-cratères périodiques avec une période de 350 nm et ayant un diamètre variant progressivement de 50 à 250 nm sur une longueur de 1 mm sont fabriqués sur une nanofibres avec un diamètre d&#39;environ 450 - 550 nm. Un aspect important d&#39;un tel nanofabrication est que la nanofibre lui-même agit comme une lentille cylindrique focalise le faisceau laser femtoseconde sur sa surface d&#39;ombre. En outre, la fabrication à un coup, il est à l&#39;abri des instabilités mécaniques et autres imperfections de fabrication. Ces nano-cratères périodiques sur nanofibres, agissent comme un 1-D PhC et permettent une réflexion forte et à large bande tout en maintenant la haute transmission sur la bande d&#39;arrêt. Nous présentons également une méthode pour contrôler le profil de la matrice de nano-cratère pour fabriquer des cavités PhC apodisées et induite par défaut sur la nanofibre. Le fort confinement du champ, à la fois transversale et longitudinale, dans les cavités PhC à base de nanofibres et l&#39;intégration efficace des réseaux de fibre optique, peut ouvrir de nouvelles possibilités pour les applications nanophotoniques et information quantique.

La figure 2 montre l&#39;image MEB d&#39;un segment typique de l&#39;échantillon de nanofibres fabriqué. Il montre que les nano-cratères périodiques sont formées sur le côté de l&#39;ombre de la nanofibre, avec une périodicité de 350 nm, correspondant bien à la configuration d&#39;interférence. L&#39;encart montre la vue agrandie de l&#39;échantillon. La forme des nano-cratères est presque circulaire et le diamètre d&#39;un nano-cratère typique est d&#39;environ 210 nm. ...

Nous présentons un protocole de fabrication de 1-D cavités à cristaux photoniques sur des fibres de silice de diamètre Subwavelength (des nanofibres optiques) en utilisant femtoseconde ablation induite par laser.

Fabrication de 1-D Cristal Photonique Cavity sur un nanofibres utilisant Ablation laser femtoseconde induite

We present a protocol for fabricating 1-D Photonic Crystal (PhC) cavities on subwavelength-diameter tapered optical fibers, optical nanofibers, using ...

L'objectif général de cette procédure est de démontrer la fabrication optique d'une cavité de cristal photonique unidimensionnelle sur une fibre optique affinée présentant un diamètre de gorge inférieur à la longueur d'onde. Le point clé de notre méthode consiste à fabriquer des milliers de nanocavités empiriques ou une nanofibre, bien que je pense qu'il s'agisse simplement d'une seule partie laser, et la nanostructure créée agit finalement comme une cavité de cristal photonique unidimensionnelle, ce qui pourrait ouvrir de nouvelles perspectives en nanophotonique et en science de l'information quantique. Un aspect essentiel de ce travail est que la nanofibre elle-même joue le rôle de lentille cylindrique et focalise le faisceau laser sur sa surface latérale.En outre, la distinction de la fabrication la rend insensible à toute instabilité mécanique ou à tout autre défaut de fabrication. La lecture vocale est une procédure réalisée avec Jameesh Keloth, un étudiant diplômé de mon laboratoire. Les nanofibres destinées à la fabrication seront produites à l’aide d’un dispositif commercial.La fibre est chauffée à l’aide d’une flamme oxhydrique provenant de cette buse. La fibre est étirée par des étages motorisés afin de produire une section effilée. Un ordinateur surveille la transmission à travers la fibre en utilisant les données d’un laser sonde et d’une photodiode.La fibre nanométrique sera fabriquée à partir d'un tronçon de fibre optique monomode d'environ 210 millimètres de long. La fabrication de la fibre nanométrique nécessitera d'autres équipements. Pour commencer, munissez-vous d'un dénudeur de fibre, d'une source de méthanol et de lingettes pour salle blanche.Ayez également un réservoir d'acétone dans lequel la fibre monomode pourra être immergée. Pour éviter l'accumulation de poussière sur la nanofibre, préparez-vous à l'isoler rapidement. Pour cette expérience, la nanofibre sera montée dans ce support de nanofibre à l'aide d'une colle époxy polymérisable aux UV.Le support peut être fermé à l'aide du couvercle supérieur en verre. Commencez par la longueur de la fibre monomode et utilisez l'épluche-fibre pour retirer cinq millimètres de la gaine polymère à chaque extrémité. Trempez un chiffon propre dans du méthanol et utilisez-le pour nettoyer les extrémités.Ensuite, immergez la fibre entre les deux extrémités dans le réservoir d'acétone. Laissez-la pendant 10 à 15 minutes jusqu'à ce que la gaine de la fibre se détache. Une fois la gaine de la fibre tombée, retirez la fibre de l'acétone et nettoyez toute la fibre avec un chiffon de salle propre trempé dans du méthanol.Pour les prochaines étapes, prenez la fibre et placez-la dans l'appareil commercial de nanofibres. Cette fibre est montée sur des moteurs motorisés et prête à commencer la fabrication. Fermez l'appareil et activez le laser de sonde pour surveiller la transmission.Utilisez un logiciel pour allumer la flamme, charger les paramètres et démarrer la fabrication. Une fois la fabrication terminée, prenez le support de nanofibre avec de l'époxy et placez-le sur l'appareil. Fixez la fibre de chaque côté du rétrécissement à l'aide d'époxy durcissable par UV.Une fois la fibre en place, couvrez le support de nanofibre avec le couvercle supérieur. Placez l'échantillon dans une boîte propre pour le transférer vers le dispositif expérimental. Ceci est le montage pour la fabrication au laser femtoseconde.Il se trouve à l'intérieur d'un caisson propre équipé de filtres HEPA. Un faisceau laser pénètre par le haut à travers une lentille cylindrique. Le support de nanofibre sera placé sur une platine permettant des translations selon les axes X, Y et Z, ainsi que sur une autre platine dédiée à la rotation.Ce schéma donne une idée plus claire de l'appareil. La lumière laser traverse une lentille cylindrique. Elle atteint ensuite un masque de phase ayant un pas de 700 nanomètres.Le masque de phase divise le faisceau en ordres zéro, plus un et moins un. L'ordre zéro est bloqué, mais les ordres plus un et moins un se réfléchissent sur des miroirs de renvoi. Les miroirs placés symétriquement conduisent à la création d'un motif d'interférence au niveau du nanofibre dans son support.Une photodiode permet la surveillance de la lumière dans la fibre. Une caméra CCD est utilisée pour surveiller la position de la nanofibre. Le dispositif de fabrication par laser doit être aligné.Cela nécessite l'utilisation d'une plaque de verre qui peut être ablatée par le laser. Placer la plaque de verre sur le banc de fabrication. À l'aide de la platine de translation, régler la hauteur du banc à 15 millimètres, puis utiliser le laser pour irradier le verre pendant cinq secondes avec une énergie d'impulsion de un millijoule.Utilisez la caméra CCD pour observer la plaque et identifier l'ablation induite par le laser. Une ligne endommagée peut être observée sur le verre avec le motif d'ablation. Modifiez la position horizontale du verre d'un millimètre afin de permettre une nouvelle ablation.Après cela, modifiez la hauteur de la surface en verre afin de tester la résistance de l'ablation à une nouvelle position. Irradiez à nouveau la plaque de verre pendant cinq secondes avec une énergie d'impulsion de un millijoule. Ensuite, évaluez les dommages sur la plaque de verre.Comme cela a été fait avec cette lame de verre, ajustez la hauteur du verre et ablitez une nouvelle région jusqu'à ce que la ligne d'ablation la plus intense soit identifiée. Avec le plateau à la hauteur associée à la ligne d'ablation la plus intense, affinez l'angle des miroirs et du plateau afin de maximiser davantage l'ablation. Après cette optimisation, passez au logiciel de la caméra CCD.Utilisez le logiciel pour marquer la position de la ligne d'ablation dans le champ de vision. Retirez la plaque de verre pour analyser la structure périodique de l'ablation. Pour imager le motif, utilisez un microscope électronique à balayage.Le motif doit présenter une structure périodique avec une période de 350 nanomètres. Sinon, répétez les étapes d'alignement. Commencez au poste de fabrication aligné.Ayez prêt une fibre effilée correctement fabriquée dans son support. Montez le support de fibre et couplez la fibre à un laser sonde. Pour être correctement alignée, la fibre doit être approximativement parallèle à la ligne d'ablation marquée dans le logiciel du CCD.Continuez en envoyant un laser sonde à travers la fibre effilée et en utilisant la caméra CCD pour observer la diffusion. Utilisez la platine de translation pour déplacer la fibre le long de sa longueur et la centrer sur la ligne d'ablation. Utilisez maintenant le laser femtoseconde avec l'énergie de pulse minimale.Déplacez la fibre dans le plan horizontal afin de la superposer au faisceau laser femtoseconde. Ensuite, déplacez la fibre dans le plan vertical pour aligner sa position avec la ligne d'ablation. Déplacez à nouveau dans le plan horizontal afin de maximiser le recouvrement avec le laser femtoseconde.En déplaçant la platine de translation en avant et en arrière, observer les deux premières réflexions d'ordre sur la fibre provenant du verre situé sur le couvercle supérieur du porte-fibre. Si les taches lumineuses se déplacent le long d'une ligne, la nanofibre n'est pas parallèle à la ligne d'ablation et la platine de rotation doit être ajustée. Si les taches apparaissent soudainement, cela indique que la nanofibre est parallèle à la ligne d'ablation et que la platine de rotation ne nécessite aucun réglage.Lorsque la nanofibre est parallèle à la ligne d'ablation, éteignez le laser de détection et mesurez la puissance traversant la fibre à l'aide du photodiode. Utilisez le stage de translation pour ajuster la fibre dans le plan horizontal. L'objectif de ces réglages est de maximiser la puissance mesurée diffusée par le laser femtoseconde.Lorsque l'opération est terminée, utilisez la platine de rotation pour orienter la fibre à l'angle de rotation souhaité. Ensuite, prenez le puromètre et utilisez-le pour bloquer le faisceau laser femtoseconde. Réglez l'énergie par impulsion de manière à ce que l'appareil affiche zéro virgule vingt-sept millijoules.Modifier le réglage du laser femtoseconde sur tir unique avant de retirer le mètre du trajet du laser. Terminer la fabrication en déclenchant une seule impulsion de laser femtoseconde. Commencer la fabrication avec un dispositif aligné.En outre, prévoyez un fil soutenu au-dessus de la lentille cylindrique. Ce fil de cuivre de zéro virgule cinq millimètre est supporté par un support. Le support est monté sur une platine de translation afin de permettre le positionnement du fil dans le faisceau laser.Veillez à régler la hauteur de la plaque de verre au niveau où la ligne d'ablation la plus intense a été observée. Insérez ensuite le fil au centre du faisceau laser et perpendiculairement à la ligne d'ablation. Observez l'ombre du fil et tentez de la positionner au centre du motif d'ablation.Ensuite, utilisez une impulsion laser femtoseconde pour produire un motif d'ablation sur la plaque de verre. Vérifiez le motif d'ablation sur la plaque de verre afin de voir si le fil crée un espace au centre. Sinon, déplacez le fil de cuivre pour le centrer et ablater une nouvelle section de la plaque de verre.Répétez jusqu'à ce que l'entaille se trouve au centre du motif d'ablation. Avant de poursuivre, fixez le fil en place en verrouillant son plateau de translation. Ensuite, retirez la plaque de verre de la plateforme de fabrication.Prenez le support de fibre avec la fibre montée et installez-le dans le dispositif de fabrication. Ici, le support est en place et la fibre est couplée à un laser de sonde. Envoyez une impulsion laser de sonde à travers la fibre.Il doit être approximativement parallèle à la ligne d'ablation enregistrée dans le logiciel CCD. Déplacez la platine le long de la longueur de la fibre pour centrer la nanofibre sur la ligne d'ablation avant d'éteindre la sonde. Activez l'impulsion femtoseconde et déplacez la fibre dans le plan horizontal perpendiculairement à sa longueur dans le but de maximiser le recouvrement entre la fibre et l'impulsion laser femtoseconde.Vérifiez en mesurant la puissance de la lumière diffusée à l'aide de la photodiode. Après avoir maximisé le recouvrement, réglez l'angle de fabrication. Utilisez maintenant le puissancemètre pour bloquer le laser femtoseconde.Ensuite, ajustez l'énergie de l'impulsion afin qu'elle soit de zéro virgule deux sept millijoules et modifiez le réglage du laser femtoseconde pour passer en mode tir unique. Retirez le puissancemètre du trajet du laser et envoyez une seule impulsion de laser femtoseconde pour terminer la fabrication. Cette image au microscope électronique à balayage représente un segment typique d'un échantillon de nanofibre fabriqué.Les nanocratères se forment du côté ombragé de la fibre. Les nanocratères sont presque circulaires, avec un diamètre d'environ 210 nanomètres. Dans cet échantillon, la périodicité est de 350 nanomètres.Ce spectre de transmission provenant de la cavité cristalline protonique apodisée correspond à une lumière polarisée perpendiculairement aux faces des nanocratères. Le spectre présente une région de bande interdite située approximativement entre 794 et 799 nanomètres, dans laquelle la transmission n'est que de quelques pourcents. Comparez ce résultat avec le spectre de transmission de la lumière polarisée parallèlement aux faces des nanocratères.Il présente également une bande d'arrêt, mais à des longueurs d'onde plus longues, allant d'environ 796 à 803 nanomètres. Les deux spectres présentent des pics correspondant aux modes de cavité. Les spectres de transmission des mêmes modes de polarisation dans les cavités de cristal photonique induites par défaut montrent un comportement similaire.Dans ces cas, les modes de la cavité se trouvent de part et d'autre de la bande interdite. Notez que l'espacement des modes de cavité à des longueurs d'onde plus courtes est nettement plus grand que celui à des longueurs d'onde plus grandes. Cette méthode de fabrication optique en une seule impulsion est insensible aux instabilités mécaniques, garantissant la qualité de la catégorie, et cette technique de fabrication pourrait être utilisée pour réaliser divers dispositifs nanophotoniques à partir de nanofibres et pourrait être adaptée à d'autres procédés de nanofabrication.

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