Articolo metodologico

Dimostrazione di metalogrammi visibili all-Dielectric e Multiplexed a rotazione e a più elementi

DOI:

10.3791/61334

⸱

25 settembre 2020

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1Department of Mechanical Engineering, Pohang University of Science and Technology (POSTECH), 2Department of Chemical Engineering, Pohang University of Science and Technology (POSTECH)

In questo articolo

Sommario

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Presentiamo un protocollo per la fabbricazione di metaholograms visibili a rotazione e direzione multiplexed, quindi conduciamo un esperimento ottico per verificarne la funzione. Questi metahologrammi possono facilmente visualizzare le informazioni codificate, in modo che possano essere utilizzati per la visualizzazione volumetrica e la crittografia delle informazioni.

Abstract

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La tecnica di olografia ottica realizzata dai metasuperfici è emersa come un nuovo approccio alla visualizzazione volumetrica e alla visualizzazione della crittografia delle informazioni sotto forma di dispositivi ottici ultrasossini e quasi piatti. Rispetto alla tecnica olografica convenzionale con modulatori di luce spaziale, il metahologramma ha numerosi vantaggi come la miniaturizzazione dell'installazione ottica, una maggiore risoluzione dell'immagine e un campo di visibilità più ampio per le immagini olografiche. Qui, viene riportato un protocollo per la fabbricazione e la caratterizzazione ottica di metahologrammi ottici sensibili allo spin e alla direzione della luce incidente. Le metasuperfici sono composte da silicio amorfo idrogenato (a-Si:H), che ha un grande indice di rifrazione e un piccolo coefficiente di estinzione nell'intera gamma visibile con conseguente elevata trasmissione ed efficienza di diffrazione. Il dispositivo produce diverse immagini olografiche quando la rotazione o la direzione della luce incidente viene commutata. Pertanto, possono codificare più tipi di informazioni visive contemporaneamente. Il protocollo di fabbricazione consiste nella deposizione di pellicola, nella scrittura del fascio di elettroni e nella successiva incisione. Il dispositivo fabbricato può essere caratterizzato utilizzando una configurazione ottica personalizzata che consiste di un laser, un polarizzatore lineare, un quarto di waveplate, un obiettivo e un dispositivo accoppiato a carica (CCD).

Introduzione

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Le metasuperfici ottiche composte da nanostrutture di lunghezza d'onda hanno permesso molti interessanti fenomeniottici,tra cui il cloaking ottico 1 , la rifrazione negativa2, l'assorbimento della luceperfetta 3, il filtraggio del colore4, la proiezione dell'immagine olografica5e la manipolazionedel fascio 6,7,8. Le metasuperfici ottiche che hanno scatterer progettati in modo appropriato possono modulare lo spettro, il fronte d'onda e la polarizzazione della....

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Protocollo

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1. Fabbricazione del dispositivo

NOTA: Figura 1 mostra il processo di fabbricazione di a-Si:H metasuperfici17.

  1. Preparare un pezzo di wafer di silice fuso (dimensioni 2 cm x 2 cm, spessore 500 m) come substrato. Sciacquare il substrato con acetone e alcool isopropile (IPA), quindi soffiare gas di azoto sul substrato per asciugarlo.
  2. Depositare una pellicola a-Si:H spessa 380 nm sul substrato utilizzando la deposizione di vapore chimico arricchito al plasma (PECVD) con le seguenti impostazioni: temperatura della camera : 300 gradi centigradi; alimentazione a radiofrequen....

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Risultati

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Le metasuperfici a-Si:H consentono un'elevata efficienza cross-polarizzazione e possono essere fabbricate utilizzando un metodo (Figura 1) compatibile con CMOS; questo tratto può consentire la fabbricazione scalabile e la commercializzazione a breve termine. L'immagine SEM mostra le metasuperfici a-Si:H fabbricate (Figura 2). Inoltre, a-Si:H ha un indice di rifrazione più grande di TiO2 e GaN, quindi anche con una nanostruttura a basso rapporto di asp.......

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Discussione

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Le metasuperfici a-Si:H sono state fabbricate in tre fasi principali: deposizione di pellicola sottile a-Si:H utilizzando PECVD, EBL preciso e incisione a secco. Tra questi passaggi, il processo di scrittura EBL è il più importante. In primo luogo, la densità del modello sulle metasuperfici è piuttosto elevata, quindi il processo richiede un controllo preciso sulla dose di elettroni (energia) e sui parametri di scansione come il numero di punti per area unità. Anche la condizione di sviluppo deve essere scelta con attenz.......

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Ringraziamenti

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Questo lavoro è stato sostenuto finanziariamente dalle sovvenzioni della National Research Foundation (NRF) (NRF-2019R1A2C3003129, CAMM-2019M3A6B3030637, NRF-2019R1A5A8080290) finanziate dal Ministero della Scienza e ICT del governo coreano. I.K. riconosce la borsa di studio NRF Global Ph.D. (NRF-2016H1A2A1906519) finanziata dal Ministero dell'Istruzione del governo coreano.

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Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo
NomeAziendaNumero di catalogoCommenti
AcetonJ.T. Baker925402
Divisore di fascioThorlabsCCM1-BS013/M
Mordenzante al cromoKMGCr-7
Fonte di evaporazione del cromoKurt J. LeskerEVMCR35D
MorsettoThorlabsCP175
Polimero conduttoreShowa denkoE-spacer
Laser a diodiThorlabsCPS635
Sistema di evaporazione a fascio elettronicoKorea Vacuum TechKVE-E4000
E-beam resistMicrochem495 PMMA A2
Litografia a fascio di elettroniElionixELS-7800
Piastra a semiondaThorlabsAHWP05M-600
Reattivo al plasma accoppiato induttivamente mordenzatura ionicaDMS-Iris
ThorlabsSM1D12
Alcool isopropilicoJ.T. Baker909502
Supporto per specchio cinematicoThorlabsKM100/M
ObiettivoThorlabsLB1630
Supporto per obiettivoThorlabsLMR2/M
Polarizzatore lineareThorlabsGTH5-A
SpecchioThorlabsPF10-03-G01
Filtro a densità neutraThorlabsNDC-50C-4
Deposizione chimica da vapore potenziata al plasmaTecnologia BMRHiDep-SC
PostThorlabsTR75/M
Supporto per paloThorlabsPH75E/M
Piastraa quarto d'ondaThorlabsAQWP10M-580
Resist developerMicrochemMIBK:IPA=1:3
Montatura rotazionaleThorlabsRSP1/M
Microscopia elettronica a scansioneHitachiRegulus8100
Montatura di traslazione XYThorlabsXYF1/M
Adattatore da 1 polliceThorlabsAD11F
1- attacco per obiettivo in polliciThorlabsCP02/M

Riferimenti

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Ni, X., Wong, Z. J., Mrejen, M., Wang, Y., Zhang, X. An ultrathin invisibility skin cloak for visible light. Science. 349 (6254), 1310-1314 (2015).
  2. Valentine, J., et al. Three-dimensional optical metamaterials with a negative refractive index. Nature. 455 (7211),....

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Fabbricazione di metaologrammiMultiplexing di spinMultiplexing di direzioneMetasuperfici all dielettricheSilicio amorfo idrogenatoScrittura a fascio elettronicoCaratterizzazione otticaDispositivo a accoppiamento di caricaMicroscopia elettronica a scansioneLuce polarizzata circolarmente

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