המצאה של 1-D פוטוניים Crystal חלל על nanofiber שימוש Femtosecond אבלציה לייזר המושרה

אנו מציגים פרוטוקול עבור בודה חללים גבישים פוטוניים 1-D על סיבי סיליקה בקוטר subwavelength (nanofibers אופטי) באמצעות אבלציה לייזר המושרה femtosecond.

המטרה הכוללת של הליך זה היא להדגים ייצור אופטי של חלל גביש פוטוני חד מימדי על סיב אופטי מחודד עם פסולת בקוטר תת-אורך גל. נקודת המפתח של השיטה שלנו היא לייצר אלף ננו-יוצרים אמפיריים או ננו-סיבים, אבל אני חושב שזה רק חלק לייזר בודד והננו-מבנה שנוצר פועל בסופו של דבר כחלל גביש פוטוני חד-ממדי שעשוי לפתוח אפשרויות חדשות לננו-פוטוניקה ולמדע המידע הקוונטי. היבט חיוני אחד של עבודה זו הוא שהננו-סיב עצמו פועל כעדשה גלילית וממקד את קרן הלייזר על פני השטח הצדדיים שלו.

יתר על כן, הבחנה בייצור הופכת אותו לחסין מפני כל חוסר יציבות מכנית או כל פגמי ייצור אחרים. הקריאה הקולית היא הליך עם ג'יימיש קלות', סטודנט לתואר שני מהמעבדה שלי. הננו-סיבים לייצור ייוצרו באמצעות מכשיר מסחרי.

הסיב מחומם עם להבת אוקסומימן מהזרבובית הזו. הסיב נמשך על ידי שלבים ממונעים כדי לייצר קטע מחודד. מחשב עוקב אחר השידור דרך הסיב באמצעות קלט מלייזר בדיקה ופוטודיודה.

הננו-סיבים יהיו עשויים מאורך של סיב אופטימלי במצב יחיד, באורך של כ-210 מילימטרים. ייצור הננו-סיבים ידרוש ציוד אחר. כדי להתחיל, יש מסיר ציפוי סיבים, מקור למתנול ומגבונים לחדר נקי.

כמו כן, יש מאגר של אצטון בו ניתן לטבול את סיב המצב היחיד. כדי למנוע הצטברות אבק על הננו-סיבים, היו מוכנים לבודד אותו במהירות. לצורך ניסוי זה, הננו-סיבים יורכבו במחזיק ננו-סיב זה באמצעות אפוקסי הניתן לריפוי UV.

ניתן לסגור את המחזיק באמצעות המכסה העליון המצופה זכוכית. התחל באורך הסיבים במצב יחיד והשתמש במסיר ציפוי הסיבים כדי להסיר חמישה מילימטרים ממעיל הפולימר מכל קצה. טבלו מגבון חדר נקי במתנול והשתמשו בו לניקוי הקצוות.

לאחר מכן, טבלו את הסיב בין שני הקצוות במאגר האצטון. שמור אותו שם במשך 10 עד 15 דקות עד שז'קט הסיבים נופל. כאשר מעטפת הסיבים נפלה, הסר את הסיבים מהאצטון ונקה את כל הסיב בעזרת מגבון חדר נקי טבול במתנול.

לשלבים הבאים, קח את הסיב למכשיר הננו-פייבר המסחרי. סיב זה מותקן על הכוננים הממונעים ומוכן לתחילת הייצור. סגור את המכשיר והפעל את לייזר הבדיקה כדי לפקח על ההילוכים.

השתמש בתוכנה כדי להצית את הלהבה, לטעון את הפרמטרים ולהתחיל בייצור. לאחר השלמת הייצור, קח את מחזיק הננו-פייבר עם אפוקסי למכשיר. אבטח את הסיב משני צידי המתחדד באמצעות אפוקסי הניתן לריפוי UV.

לאחר שהסיב נמצא במקומו, כסה את מחזיק הננו-פייבר במכסה העליון. הנח את הדגימה בקופסה נקייה כדי להעביר אותה לערכת הניסוי. זוהי ההגדרה לייצור לייזר פמטו-שנייה.

הוא נמצא בתוך תא נקי עם מסנני hepa. קרן לייזר נכנסת מעל עדשה גלילית. מחזיק הננו-סיבים יישב על גבי במה לתרגום XY, Z ואחד לסיבוב.

סכימה זו מספקת מושג ברור יותר על המנגנון. אור לייזר עובר דרך עדשה גלילית. לאחר מכן הוא מגיע למסכת פאזה בגובה של 700 ננומטר.

מסכת הפאזה מפצלת את הקרן לאפס ופלוס מינוס אחד פקודות. פקודת האפס חסומה, אך פקודות הפלוס מינוס אחד משתקפות ממראות מתקפלות. המראות הממוקמות באופן סימטרי מובילות ליצירת דפוס הפרעה בננו-סיב במחזיק שלו.

פוטו-דיודה מאפשרת ניטור של האור בסיב. מצלמת CCD משמשת לניטור מיקום הננו-סיבים. יש ליישר את מערך ייצור הלייזר.

זה דורש שימוש בפלטת זכוכית הניתנת להסרה על ידי הלייזר. הניחו את לוחית הזכוכית על ספסל הייצור. בשלב התרגום, כוונן את גובה הספסל ל-15 מילימטרים ולאחר מכן השתמש בלייזר כדי להקרין את הזכוכית למשך חמש שניות באנרגיית דופק של מילי-ג'אול אחד.

השתמש במצלמת ה-CCD כדי להתבונן בצלחת ולזהות את האבלציה הנגרמת בלייזר. ניתן לראות קו פגום על הזכוכית עם דפוס האבלציה. שנה את המיקום האופקי של הזכוכית במילימטר כדי לאפשר אבלציה חדשה.

לאחר מכן, שנה את גובה משטח הזכוכית על מנת לבדוק את חוזק האבלציה במצב חדש. הקרינו שוב את צלחת הזכוכית למשך חמש שניות עם אנרגיית דופק של מילי ג'אול אחד. לאחר מכן, העריכו את הנזק של לוחית הזכוכית.

כפי שקרה עם לוחית זכוכית זו, כוונן את גובה הזכוכית וכרתה אזור חדש עד לזיהוי קו האבלציה החזק ביותר. כאשר הבמה נמצאת בגובה הקשור לקו האבלציה החזק ביותר, כוונן את זווית המראות ושלב את האבלציה המקסימלית עוד יותר. לאחר אופטימיזציה זו, עבור אל התוכנה של מצלמת ה-CCD.

השתמש בתוכנה כדי לסמן את המיקום של קו האבלציה בשדה הראייה. הסר את לוחית הזכוכית כדי לבדוק את המבנה התקופתי של האבלציה. כדי לדמות את התבנית, השתמש במיקרוסקופ אלקטרונים סורק.

התבנית צריכה להראות מבנה מחזורי עם מחזור של 350 ננומטר. אם לא, חזור על שלבי היישור. התחל בספסל הייצור המיושר

הכינו סיב מחודד מפוברק כהלכה במחזיק שלו. התקן את מחזיק הסיבים והצמד את הסיב ללייזר בדיקה. כדי להיות מיושר כראוי, הסיב צריך להיות מקביל בערך לקו האבלציה המסומן בתוכנת CCD.

המשך בשליחת לייזר בדיקה דרך הסיב המחודד ושימוש במצלמת CCD כדי לצפות בפיזור. השתמש בשלב התרגום כדי להזיז את הסיב לאורכו ולרכז אותו על קו האבלציה. כעת, השתמש בלייזר פמטו-שנייה עם אנרגיית הדופק המינימלית.

תרגם את הסיב במישור האופקי כך שיחפוף עם קרן הלייזר הפמטו-שנייה. לאחר מכן תרגם את הסיב במישור האנכי כך שיחפוף את מיקומו עם קו האבלציה. שוב, תרגם במישור האופקי כדי למקסם את החפיפה עם לייזר הפמטו-שנייה.

תוך כדי תרגום ה-stagה קדימה ואחורה, התבונן בזכוכית על המכסה העליון של מחזיק הסיבים עבור שתי ההשתקפויות הראשונות מהסיב. אם הכתמים הבהירים נעים לאורך הקו, הננו-סיב אינו מקביל לקו האבלציה ויש לסובב את שלב הסיבוב. אם הכתמים מופיעים במהירות הבזק, זה מצביע על כך שהננו-סיב מקביל לקו האבלציה ושלב הסיבוב אינו זקוק להתאמה.

כאשר הננו-סיב מקביל לקו האבלציה, כבה את לייזר הבדיקה ומדוד את הכוח דרך הסיב עם הפוטו-דיודה. השתמש בתרגום stage כדי לכוונן את הסיב במישור האופקי. מטרת ההתאמות היא למקסם את ההספק הנמדד המפוזר מלייזר הפמטו-שנייה.

בסיום, השתמש בשלב הסיבוב כדי לסובב את הסיב לזווית הסיבוב. לאחר מכן, קח את מד הכוח והשתמש בו כדי לחסום את קרן הלייזר הפמטו-שנייה. כוונן את אנרגיית הדופק כך שהמונה יקרא נקודת אפס שתיים שבעה מילי-ג'אול.

שנה את הגדרת לייזר הפמטו-שנייה לזריקה בודדת לפני הסרת המונה מנתיב הלייזר. השלם את הייצור על ידי ירי פולס לייזר פמטו-שנייה יחיד. התחל בייצור עם הגדרה מיושרת.

בנוסף, דאגו לתמיכה בחוט מעל העדשה הגלילית. חוט נחושת זה של נקודת אפס חמישה מילימטר נתמך על ידי עמוד. העמוד מותקן על במת תרגום כדי לאפשר מיקום החוט בקרן הלייזר.

הקפד להגדיר את גובה לוחית הזכוכית למקום שבו נמצא קו האבלציה החזק ביותר. לאחר מכן הכנס את החוט במרכז קרן הלייזר ובניצב לקו האבלציה. התבונן בצל החוט ונסה למקם אותו במרכז תבנית האבלציה.

לאחר מכן, השתמש בדופק לייזר פמטו-שנייה כדי לייצר דפוס אבלציה על לוחית הזכוכית. בדוק את דפוס האבלציה על לוחית הזכוכית כדי לראות אם החוט מייצר פער במרכזו. אם לא, העבר את חוט הנחושת למרכז והוציא קטע חדש של לוחית הזכוכית.

חזור על הפעולה עד שהרווח נמצא במרכז תבנית האבלציה. לפני שתמשיך, קבע את החוט במקומו על ידי נעילת שלב התרגום שלו. לאחר מכן הסר את לוחית הזכוכית מפלטפורמת הייצור.

קבל את מחזיק הסיבים עם הסיב המותקן שלו והתקן אותו במערך הייצור. כאן, המחזיק נמצא במקומו והסיב מחובר ללייזר בדיקה. שלח דופק לייזר בדיקה דרך הסיב.

זה צריך להיות בערך מקביל לקו האבלציה שנרשם בתוכנת CCD. תרגם את השלב לאורך הסיב כדי למרכז את הננפייבר על קו האבלציה לפני כיבוי הבדיקה. הפעל את דופק הפמטו-שנייה ותרגם את הסיב במישור האופקי בניצב לאורכו במטרה למקסם את החפיפה של הסיב עם דופק הלייזר הפמטו-שנייה.

בדוק על ידי מדידת עוצמת האור המפוזר עם הפוטו-דיודה. לאחר מקסום החפיפה, הגדר את זווית הייצור. כעת, השתמש במד הכוח כדי לחסום את לייזר הפמטו-שנייה.

לאחר מכן כוונן את אנרגיית הדופק כך שתהיה נקודת אפס שתיים שבעה מילי-ג'אול ושנה את הגדרת לייזר הפמטו-שנייה לזריקה בודדת. הסר את מד הכוח מנתיב הלייזר וירה דופק לייזר פמטו-שנייה בודד כדי להשלים את הייצור. תמונת מיקרוסקופ אלקטרונים סורק זו היא של קטע טיפוסי של דגימת ננו-סיבים מפוברקת.

הננו-מכתשים נוצרים בצד הצל של הסיב. הננו-מכתשים הם כמעט עגולים בקוטר של כ-210 ננומטר. במדגם זה, המחזוריות היא 350 ננומטר.

ספקטרום שידור זה מחלל הגביש הפרוטוני האפודי מיועד לאור מקוטב בניצב לפנים הננו-מכתשים. הספקטרום מראה אזור פס עצירה בין 794 ל-799 ננומטר שבו השידור הוא אחוזים בודדים בלבד. השווה זאת לספקטרום העברת האור המקוטב במקביל לפנים הננו-מכתשים.

יש לו גם פס עצירה אך באורכי גל ארוכים יותר מ-796 עד 803 ננומטר בערך. לשני הספקטרומים יש פסגות המתאימות למצבי חלל. ספקטרום השידור מאותם מצבי קיטוב בחללי הגביש הפוטוני המושרים על ידי הפגם מראה התנהגות דומה.

במקרים אלה, מצבי חלל נמצאים משני צידי רצועת העצירה. שימו לב שמרווח מצב החלל באורכי גל קצרים יותר גדול בהרבה מזה באורכי גל גדולים יותר. שיטת ייצור אופטית חד פעמית זו חסינה מפני חוסר יציבות מכנית המבטיחה את גובה הקטגוריה וטכניקת ייצור זו עשויה להיות מיושמת לייצור התקנים ננופוטוניים שונים מננו-סיבים ועשויה להיות מותאמת לתהליכי ננו-ייצור אחרים.