Name: Fabbricazione di 1-D Photonic cristallo cavità su una nanofibre Utilizzando ablazione laser a femtosecondi-indotta (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-02-25T13:00:00.000+00:00
Duration: 13 min 2 s
Description: Impara a fabbricare cavità a cristallo fotonico 1-D su nanofibre mediante ablazione laser a femtosecondi. Questo metodo preciso apre nuove possibilità per la nanofotonica e la scienza dell'informazione quantistica.

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Questo lavoro è stato supportato dall'Agenzia giapponese per la scienza e la tecnologia (JST) attraverso il Programma di Innovazione Strategica. KPN riconosce il sostegno di una sovvenzione per la ricerca scientifica (sovvenzione n. 15H05462) della Japan Society for the Promotion of Science (JSPS).

ATTENZIONE: indossare occhiali di sicurezza e rigorosamente evitare l&#39;esposizione diretta alla lampada UV e tutti i laser, tra cui il laser a femtosecondi. Indossare un abito camera pulita e guanti per evitare la contaminazione. Smaltire qualsiasi spazzatura fibra correttamente nella casella di spazzatura designato. 1. Preparazione nanofibre <ol><li> Utilizzare un estrattore di rivestimento in fibra di striscia la giacca polimerica della fibra ottica monomodale per una lunghezza di 5 mm in due punti separati da 200 mm. Pulire le due parti spogliato meccanicamente con camera bianca wipe immersi in metanolo. Immergere della fibra tra queste due parti spogliato in acetone. Attendere 10 - 15 minuti fino a quando la giacca della fibra cadere a pezzi. Estrarre la fibra da acetone e pulire l&#39;intera parte spogliato con camera bianca wipe immerso in metanolo. </li><li> Impostare la fibra spogliato sulle due fasi del nanofibre ottica Fabbricazione attrezzature (ONME) per fabbricare il nanofibre. <ol><li> Avviare il laser della sonda nella fibra e monitorare la transmission utilizzando il fotodiodo e registrare i dati di trasmissione del computer utilizzando la scheda ADC. Avviare il flusso del gas utilizzando il software ONME e accendere la fiamma. Caricare il parametro pre-ottimizzato nel software ONME per la fabbricazione di fibre rastremata con diametro vita di 500 nm e avviare il processo di fabbricazione. NOTA: Il ONME è un dispositivo disponibile in commercio, progettate per fabbricare fibre ottiche rastremate che utilizzano la tecnica del calore e tirare standard. Esso utilizza fiamma ossidrica per riscaldare la fibra e due stadi motorizzati per tirare la fibra. Il flusso di gas ed i movimenti scenici sono controllati da programma per computer. I parametri pre-ottimizzati possono essere ottenute presso il fornitore, su richiesta speciale. </li></ol></li><li> Dopo la fabbricazione, prendere la fibra rastremata al titolare nanofibre utilizzando la resina epossidica curabile UV. Coprire il titolare nanofibre utilizzando il coperchio superiore con lastra di vetro (mostrato in Figura 1a). Mettere il campione all&#39;interno di una scatola pulita e trasferire al femtosecondi launità di ser fabbricazione. </li></ol> Fabrication 2. Laser a femtosecondi <ol><li> Allineamento del setup fabbricazione <ol><li> Mettere una lastra di vetro sul banco di fabbricazione ad una altezza di 15 mm. Irradiare la laser a femtosecondi per 5 s in energia di impulso di 1 MJ. Identificare il laser a femtosecondi indotto l&#39;ablazione dal bianco generazione di luce, e la comparsa di modello di ablazione come un danno-line sul vetro. </li><li> Ripetere la procedura variando l&#39;altezza della lastra di vetro con il X-fase del banco fabbricazione. Per ogni fabbricazione, tradurre Y-fase del banco fabbricazione di 1 mm per rendere la fabbricazione in una nuova posizione. </li><li> Trova l&#39;altezza della linea di ablazione più forte. In questa posizione, con precisione l&#39;angolo di inclinazione e la posizione di uno degli specchi pieghevoli per massimizzare l&#39;ablazione. Inoltre, mettere a punto l&#39;inclinazione della X-stadio del banco di fabbricazione per massimizzare l&#39;ablazione. NOTA: L&#39;angolo di inclinazione dello specchio pieghevole è sintonizzato USIng le manopole di regolazione portaspecchio cinematiche e la posizione dello specchio è sintonizzato traducendo Z stadio in cui è montato. </li><li> Dopo l&#39;ottimizzazione, segnare la posizione della linea di ablazione del software camera CCD e rimuovere la piastra di vetro. NOTA: Il software di controllo per la fotocamera CCD consente l&#39;acquisizione di immagini e segni attingendo l&#39;immagine catturata. Permette inoltre salvare i dati dell&#39;immagine catturata e le marcature. Poiché la X-fase del banco fabbricazione non ha riferimento di posizione assoluta, l&#39;immagine CCD viene utilizzato come riferimento di posizione in X-asse. La risoluzione dell&#39;immagine CCD è 10 micron per pixel. </li><li> Utilizzando il -coater Platino (Pt), rivestire la lastra di vetro per 60 s per depositare uno strato 25 nm di Pt sul vetro. Immagine il pattern di ablazione sulla lastra di vetro usando un microscopio elettronico a scansione (SEM). Se il modello di ablazione mostra struttura periodica con un periodo di 350 nm (figura di interferenza frangia previsto) allora il alignment è ottimizzato. Altrimenti ripetere la procedura (dal punto 2.1.1 - 2.1.4) per le energie impulsi inferiori (fino al 300 μJ) fino a un modello di ablazione periodico è visto. </li></ol></li><li> Fabbricazione di cavità PhC apodizzato <ol><li> Posizionare la fibra rastremata sul banco fabbricazione approssimativamente parallelo alla linea di ablazione segnata sulla telecamera CCD. </li><li> Invia una sonda laser (potenza = 1 mW) attraverso la fibra rastremata e osservare la dispersione dalla fibra rastremata sulla telecamera CCD. La parte più forte dispersione corrisponde alla regione nanofibre grazie al suo diametro subwavelength. </li><li> Tradurre la Z-fase del banco di fabbricazione per centrare il nanofibre per la posizione della linea di ablazione segnata sulla fotocamera CCD. </li><li> Spegnere il laser della sonda e irradiare il laser a femtosecondi con l&#39;energia di impulso minimo (&lt;10 μJ). Tradurre Y-fase a sovrapporsi alla nanofibre con il fascio laser a femtosecondi. La sovrapposizione è identificato dal illuminazione della nanofibre, observed sulla fotocamera CCD. NOTA: Il nanofibre è ora allineato rispetto al fascio laser a femtosecondi lungo Y e Z. </li><li> Per allineare il nanofibre lungo l&#39;asse X, tradurre l&#39;X-stage a sovrapporsi alla posizione nanofibre alla posizione della linea di ablazione segnata sulla telecamera CCD. </li><li> Tradurre la Y-stage per massimizzare la sovrapposizione di nanofibre con il laser a femtosecondi. Osservare la riflessione dei due primi ordini da nanofibre (appare come due punti luminosi sulla lastra di vetro del coperchio superiore). Osservare il movimento di questi punti di riflessione, mentre la traduzione del Y-back stage e indietro. NOTA: Se queste macchie si muovono verso un lato quindi nanofibre non è parallela alla linea di ablazione. In questo caso, ruotare la fase di rotazione per fare il nanofibre parallela alla linea di ablazione. Quando sono parallele, i punti di riflessione apparirà come un flash. </li><li> Dopo aver effettuato la nanofibre parallela alla linea di ablazione, tradurre Y-fase per massimizzare lasovrapporsi fra laser a femtosecondi e nanofibre, misurando la potenza del laser a femtosecondi sparsi nei modi nanofibre guidata utilizzando un fotodiodo al termine della fibra rastremata. Dopo massimizzando la sovrapposizione, ruotare la fase di rotazione all&#39;angolo di fabbricazione θ = 0.5 °. NOTA: Per ottenere la massima sovrapposizione tra il fascio laser a femtosecondi e nanofibre, ci si aspetterebbe il potere della luce laser a femtosecondi sparsi nelle modalità di nanofibre guidata da massimizzare. </li><li> Bloccare il laser a femtosecondi con il misuratore di potenza e impostare l&#39;energia dell&#39;impulso a 0,27 MJ. Modificare le impostazioni laser a femtosecondi per la modalità di irradiazione scatto singolo. NOTA: In questo modo, viene generato un solo impulso quando viene premuto il fuoco-switch, altrimenti non c&#39;è uscita laser. <ol><li> Rimuovere il misuratore di potenza dal percorso del raggio laser e sparare un singolo impulso laser a femtosecondi. Questo completa il processo di fabbricazione. </li></ol></li></ol></li><li> Fabricatisu di cavità PhC difetti indotti <ol><li> Controllare l&#39;allineamento del setup osservando l&#39;ablazione su una lastra di vetro come descritto nella sezione 2.1. Dopo aver trovato l&#39;altezza della linea di ablazione forte, inserire un filo di rame 0,5 millimetri al centro del raggio laser appena prima della maschera di fase. Il filo di rame deve essere lungo l&#39;asse Y (perpendicolare alla linea di ablazione). </li><li> Controllare il pattern di ablazione sulla lastra di vetro mentre cambia la posizione del filo di rame lungo l&#39;asse Z. Fissare la posizione del filo di rame in cui il modello di ablazione mostra un singolo spazio al centro della linea di ablazione. </li><li> Dopo l&#39;allineamento, eseguire la fabbricazione laser a femtosecondi sul nanofibre seguendo la procedura descritta nella sezione 2.2. Per questa realizzazione, impostare l&#39;angolo di fabbricazione per θ = 0 gradi. </li></ol></li></ol> 3. Caratterizzazione dei campioni manufatti <ol><li> Misurazione delle proprietà ottiche <ol><li> Preparare la SETUP per le misure ottiche come mostrato in Figura 1b. Avviare la sorgente di luce a banda larga nella fibra rastremata e misurare lo spettro di trasmissione e riflessione prima e dopo la fabbricazione usando l&#39;analizzatore di spettro. Dopo la fabbricazione, lo spettro di trasmissione mostrerà un stopband corrispondente alla risonanza Bragg del campione fabbricato. </li><li> Ruotare le pale del polarizzatore fibra linea per selezionare la polarizzazione e prendere gli spettri per due polarizzazioni ortogonali X-pol e Y-pol. NOTA: Per la X-pol (polarizzazione lungo le nano-crateri) stopband sarà blu-spostata 21 (verso la lunghezza d&#39;onda più corta) e la dispersione del nanofibre sarà più forte. Quindi, selezionare le polarizzazioni, cercando in spettro e la camera CCD. </li><li> Per una delle polarizzazioni, prendere gli spettri di trasmissione allungando la fibra rastremata utilizzando il PZT (Figura 1b). Prendere gli spettri da stretching la fibra rastremata in passi di 2 micron fino al massimo allungamento lunghezza 20 micron (limitato dalla portata di scansione PZT). Si osservi che la risonanza Bragg sarà spostata verso il rosso (verso la lunghezza d&#39;onda) allungando la fibra rastremata. Da questi spettri, calcolare lo spostamento della risonanza Bragg, per unità di lunghezza che si estende. </li><li> Per risolvere i modi di cavità e misurando la trasmissione cavità assoluto, utilizzare la sorgente laser sintonizzabile CW. Avviare il laser nella fibra rastremata e monitorare la trasmissione con un fotodiodo. </li><li> Impostare la lunghezza d&#39;onda del laser al bordo rosso-laterale del stopband per Y-pol e utilizzare il polarizzatore fibra linea per minimizzare la trasmissione. In questo modo, la componente X-pol viene soppressa e viene selezionata solo la Y-pol. Impostare la lunghezza d&#39;onda del laser a più fuori banda-bordo rosso-side e registrare la trasmissione mentre si estende la fibra rastremata 0 - 20 micron. <ol><li> Ripetere la misurazione cambiando il Wavel laserength al blu-side in passi di 0,3 nm fino a quando l&#39;intero stopband è coperto. Da questi dati, ricostruire l&#39;intero spettro utilizzando i dati per il turno di risonanza per unità di lunghezza misurata estende nel passaggio 3.1.3. NOTA: Per un esempio tipico, il stopband (Bragg risonanza) insieme con i modi della cavità turni di 2 nm di allungamento della fibra rastremata da 20 micron e la tipica gamma spettrale gratuito per le modalità di cavità sono tra 0,05 - 0,5 nm. Per una data lunghezza d&#39;onda del laser di ingresso si può misurare almeno 3 - 4 modi di cavità da stretching fibra rastremata. La distanza in frequenza tra i modi viene dedotto dai dati per lo spostamento di risonanza per unità di lunghezza misurata estende nel passaggio 3.1.3. Ripetendo la misura cambiando la lunghezza d&#39;onda del laser a passi di 0,3 nm, almeno 2 - 3 modi di cavità consecutivi rimisurati nelle misurazioni successive. Si può ricostruire l&#39;intero spettro sovrapponendo i dati di trasmissione per le misurazioni successive mentre matposizione Ching delle modalità cavità ri-misurato. </li></ol></li><li> Ora misurare lo spettro per l&#39;altra polarizzazione con procedura simile, come indicato nei passaggi 3.1.5 e 3.1.5.1. </li></ol></li><li> Imaging campione fabbricato <ol><li> Mettere il campione fabbricato su una piastra metallica 2 cm di lunghezza e fissare le due estremità della fibra rastremata alla piastra metallica usando UV epossidica induribile. Assicurarsi che il lato di irradiazione del campione si affaccia sulla piastra di metallo in modo che il lato oscuro può essere ripreso. </li><li> Utilizzare il Pt-coater per rivestire il campione per 30 s e depositare uno strato di Pt con uno spessore di circa 10 nm. Posizionare il campione nel SEM. Prendere l&#39;immagine SEM del campione in ogni 0.1 mm sull&#39;intera regione fabbricato. </li></ol></li></ol>

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</ol>

Gli autori non hanno nulla da rivelare.

L&#39;effetto di lente del nanofibre svolge un ruolo importante nella tecnica di fabbricazione, creando nano-crateri sulla superficie ombra del nanofibre (mostrato in Figura 2). L&#39;effetto di lente del nanofibre rende inoltre il processo di fabbricazione robusta per qualsiasi instabilità meccaniche in senso trasversale (asse Y). Inoltre, a causa dell&#39;irraggiamento a colpo singolo, le instabilità lungo gli altri assi non influenzano la fabbricazione come il tempo di irraggiamento è solo 120 fs <em...

Forte confinamento della luce in dispositivi nanofotonici ha aperto nuove frontiere nel campo della scienza ottica. Le moderne tecnologie di nanofabbricazione hanno permesso la fabbricazione di 1-D e 2-D Photonic cristallo (PHC) cavità per nuove prospettive in lasing 1, rilevamento 2 e le applicazioni di commutazione ottica 3. Inoltre, forte interazione luce-materia in queste cavità PHC ha aperto nuove strade per informatica quantistica 4. A parte le cavità PHC, nanocavità plasmoniche hanno anche dimostrato prospettive promettenti 5, 6, 7. Tuttavia, tali cavità interfacciamento alla rete di comunicazione a base di fibre rimane una sfida. Negli ultimi anni, fibra ottica monomodale rastremata con diametro subwavelength, noto come nanofibre ottica, è emerso come un dispositivo nanofotonica promettente. A causa della forteconfinamento trasversale del campo di nanofibre guidato e la capacità di interagire con il mezzo circostante, il nanofibre è ampiamente adattato e studiato per varie applicazioni nanofotonici 8. Oltre a questo, è anche fortemente indagato e implementato per la manipolazione quantistica della luce e della materia 9. Accoppiamento efficiente delle emissioni da emettitori quantistica come, pochi atomi singoli / laser-raffreddata e punti quantici singoli, nelle modalità di nanofibre guidato è stato studiato e dimostrato 10, 11, 12, 13, 14, 15. L&#39;interazione luce-materia su nanofibre possono essere significativamente migliorata mediante l&#39;attuazione di PhC struttura cavità sul nanofibre 16, 17. Il vantaggio principale per such un sistema è la tecnologia delle fibre in linea che può essere facilmente integrato alla rete di comunicazione. Trasmissione della luce del 99,95% attraverso la nanofibre conica è stata dimostrata 18. Tuttavia, la trasmissione nanofibre sono estremamente sensibili alla polvere e contaminazione. Pertanto, fabbricazione di strutture PhC su nanofibre usando la tecnica di nanofabbricazione convenzionale non è molto fruttuoso. Sebbene cavità fabbricazione su nanofibre utilizzando Focused fresatura Ion Beam (FIB) è stata dimostrata 19, 20, la qualità ottica e riproducibilità non è alto. In questo protocollo video, vi presentiamo una recentemente dimostrato 21, 22 la tecnica di fabbricare cavità PHC su nanofibre utilizzando l&#39;ablazione laser a femtosecondi. Le invenzioni vengono eseguite mediante la creazione di un modello di interferenza a due raggi del laser a femtosecondi sul nanofibre e IRRADiating un singolo impulso laser a femtosecondi. L&#39;effetto di lente del nanofibre svolge un ruolo importante nella possibilità di tali tecniche, creando crateri ablazione sulla superficie ombra del nanofibre. Per un campione tipico, periodici nano-crateri con un periodo di 350 nm e con un diametro gradualmente variabile da 50 - 250 nm su una lunghezza di 1 mm sono fabbricati su un nanofibre diametro circa 450 - 550 nm. Tali periodici nano-crateri sulla nanofibre, agiscono come un 1-D PhC. Inoltre presentiamo un metodo per controllare il profilo della matrice nano-cratere per fabbricare apodizzato e difetti indotti cavità PHC sul nanofibre. Un aspetto fondamentale di tale nanofabbricazione è la fabbricazione tutta ottica, in modo che l&#39;alta qualità ottica può essere mantenuta. Inoltre, la fabbricazione avviene l&#39;irradiazione di un singolo impulso laser a femtosecondi, rendendo il sistema immunitario di instabilità meccaniche e altre imperfezioni di fabbricazione. Anche questo consente la produzione in-house di PhC nanocavità fibra in modo che la probabilità di contaminazione può essere minimizzato. Questo protocollo ha lo scopo di aiutare gli altri realizzare e adattare questo nuovo tipo di tecnica di nanofabbricazione. Figura 1a mostra il diagramma schematico della configurazione fabbricazione. I dettagli delle procedure di impostazione fabbricazione e di allineamento sono discussi in 21, 22. Un laser a femtosecondi con 400 centro nm e 120 fs larghezza di impulso è incidente su una maschera di fase. La maschera di fase suddivide il fascio laser a femtosecondi a 0 e ± 1 ordini. Un blocco fascio viene utilizzato per bloccare il fascio 0-ordine. Gli specchi pieghevoli simmetricamente ricombinano i ± 1-ordini nella posizione nanofibre, per creare una figura di interferenza. Il passo della maschera di fase è di 700 nm, quindi la figura di interferenza ha un passo (Λ G) di 350 nm. La lente cilindrica focalizza il fascio laser a femtosecondi lungo il nanofibre. La dimensione del fascio di tutti (asse Y)e lungo (asse Z) della nanofibre è di 60 micron e 5,6 mm rispettivamente. La fibra rastremata è montato su un supporto dotato di piezo attuatore (PZT) per allungare la fibra. Una copertura superiore con lastra di vetro viene utilizzato per proteggere il nanofibre dalla polvere. Il titolare con la fibra rastremata è fissato su un banco di fabbricazione dotata di traduzione (XYZ) e le fasi di rotazione (θ). Il θ stadi consente la rotazione del campione nanofibre nel piano YZ. L&#39;X-stadio può anche controllare gli angoli di inclinazione lungo XY e XZ. Una telecamera CCD è posto ad una distanza di 20 cm dal nanofibre e ad un angolo di 45 ° nel piano XY per monitorare la posizione nanofibre. Tutti gli esperimenti sono eseguiti all&#39;interno di una cabina pulita dotato di filtro HEPA (High-Efficiency Particulate arresto) filtri per ottenere condizioni senza polvere. condizione privo di polvere è essenziale per mantenere la trasmissione del nanofibre. Figura 1b mostra lo schema delle misure ottiche. Durante la fabbricazione, le proprietà ottiche sono brevemente monitorati lanciando una banda larga (lunghezza d&#39;onda 700 - 900 nm) sorgente luminosa fibra accoppiata nella fibra rastremata e misurando lo spettro della luce trasmessa e riflessa con alta risoluzione analizzatore di spettro. Una sorgente laser sintonizzabile CW è utilizzato per risolvere correttamente i modi di cavità e misurare la trasmissione cavità assoluto. Vi presentiamo il protocollo per la fabbricazione e la caratterizzazione. La sezione protocollo è divisa in tre sezioni, la preparazione nanofibre, fabbricazione laser a femtosecondi e caratterizzazione dei campioni fabbricati.

<table><tbody><tr><td>Laser a femtosecondi</td><td>coerente Inc.</td><td>Libra HE</td><td></td></tr><tr><td>Maschera di fase</td><td>Ibsen Photonics Attrezzature per la produzione di</td><td></td> nanofibre ottiche su <td></td>misura</tr><tr><td>... &nbsp;</td><td></td><td></td><td>Scheda</td></tr><tr><td>ADC</td><td>PicoTech</td><td>ADC-24</td><td></td></tr><tr><td>Fibra monomodale</td><td>Fujikura</td><td>FutureGuide-SM</td><td></td></tr><tr><td>Sorgente a banda larga</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>Analizzatore di spettro (Spettro di trasmissione)</td><td>Thermo Fisher Scientific</td><td>Nicolet 8700</td><td></td></tr><tr><td>Analizzatore di spettro (Spettro di riflessione)</td><td>Ocean Optics</td><td>QE65000</td><td></td></tr><tr><td>CCD Camera</td><td>Thorlabs</td><td>DCC1545M</td><td></td></tr><tr><td>Misuratore</td><td>di potenza 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>Microscopio elettronico a scansione</td><td>Keyence</td><td>VE-9800</td><td></td></tr><tr><td>Epossidico polimerizzabile UV</td><td>NTT-AT</td><td>AT8105</td><td></td></tr><tr><td>Fotodiodo</td><td>ThorLabs</td><td>PDA 36A-EC</td><td></td></tr><tr><td>Salvietta per camera bianca</td><td>TExWipe</td><td>TX-404</td><td></td></tr><tr><td>Sverniciatore per rivestimento in fibra</td><td>NTT-AT</td><td>Tronchesi per fibre 250 &mu; m&nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>Vetro di copertura</td><td>Matsunami Glass IND,LTD</td><td>NEO MICRO vetro di copertura 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>Stadio con lente cilindrica</td><td>NewPort</td><td>M-481-A&nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>Y, Z mette in scena</td><td>Chuo Precision Industrial Co., LTD.</td><td>LD-149-C7</td><td></td></tr><tr><td>Stadio di rotazione</td><td>SIGMA KOKI</td><td>KSPB-1026MH</td><td></td></tr><tr><td>Z-stage(1), Z-stage(2)</td><td>NewPort</td><td>M-460P&nbsp;</td><td></td></tr></tbody></table>

fabbricazione di 1-d photonic cristallo cavità su una nanofibre utilizzando ablazione laser a femtosecondi-indotta

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

Vi presentiamo un protocollo per la realizzazione di 1-D Photonic Crystal (PhC) cavità sul subwavelength diametro fibre ottiche rastremate, nanofibre ottiche, utilizzando femtosecondi ablazione laser-indotta. Abbiamo dimostrato che migliaia di periodici nano-crateri sono fabbricati su un nanofibre ottica irradiando con appena un singolo impulso laser a femtosecondi. Per un campione tipico, periodici nano-crateri con un periodo di 350 nm e con un diametro gradualmente variabile da 50 - 250 nm su una lunghezza di 1 mm sono fabbricati su un nanofibre diametro circa 450 - 550 nm. Un aspetto fondamentale di tale nanofabbricazione è che il nanofibre stesso agisce come una lente cilindrica e focalizza il fascio laser a femtosecondi sulla sua superficie ombra. Inoltre, il colpo singolo fabbricazione rende immune a instabilità meccaniche e altre imperfezioni di fabbricazione. Tali periodici nano-crateri sulla nanofibre, agiscono come un 1-D PhC e consentono forte e banda larga di riflessione, pur mantenendo l&#39;elevata trasmissione fuori dal stopband. Inoltre presentiamo un metodo per controllare il profilo della matrice nano-cratere per fabbricare apodizzato e difetti indotti cavità PHC sul nanofibre. La forte confinamento del campo, sia trasversale e longitudinale, nelle cavità PHC nanofibre-based e l&#39;efficiente integrazione delle reti in fibra, può aprire nuove possibilità per applicazioni nanofotonici e informatica quantistica.

La Figura 2 mostra l&#39;immagine SEM di un segmento tipico del campione nanofibre fabbricato. Essa mostra che periodiche nano-crateri si formano sul lato ombra del nanofibre, con una periodicità di 350 nm corrispondente bene alla figura di interferenza. L&#39;inserto mostra la vista ingrandita del campione. La forma dei nano-crateri è quasi circolare e il diametro di un tipico nano-cratere è di circa 210 nm. ...

Vi presentiamo un protocollo per la realizzazione di 1-D cavità a cristallo fotonico in fibre di silice diametro subwavelength (nanofibre ottici) utilizzando femtosecondi ablazione laser-indotta.

Fabbricazione di 1-D Photonic cristallo cavità su una nanofibre Utilizzando ablazione laser a femtosecondi-indotta

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

L'obiettivo generale di questa procedura è dimostrare la fabbricazione ottica di una cavità a cristallo fotonico unidimensionale su una fibra ottica conica con diametro della waist inferiore alla lunghezza d'onda. Il punto chiave del nostro metodo consiste nel realizzare migliaia di nanocreatori empirici o una nanofibra, ma ritengo che si tratti semplicemente di una singola parte laser, e la nanostruttura creata agisce infine come una cavità a cristallo fotonico unidimensionale, aprendo nuove possibilità per la nanofotonica e la scienza dell'informazione quantistica. Un aspetto essenziale di questo lavoro è che la nanofibra stessa funge da lente cilindrica e focalizza il fascio laser sulla sua superficie laterale.Inoltre, la distinzione nella fabbricazione lo rende immune a qualsiasi instabilità meccanica o a qualsiasi altra imperfezione di fabbricazione. La lettura vocale è una procedura con Jameesh Keloth, uno studente laureato del mio laboratorio. Le nanofibre per la fabbricazione saranno prodotte utilizzando un dispositivo commerciale.La fibra viene riscaldata con una fiamma ossidrica proveniente da questa ugello. La fibra viene tirata da delle piattaforme motorizzate per produrre una sezione conica. Un computer monitora la trasmissione attraverso la fibra utilizzando i dati in ingresso di un laser sonda e di un fotodiodo.La nanofibra sarà realizzata a partire da un tratto di fibra ottica monomodale, lungo circa 210 millimetri. Per produrre la nanofibra sarà necessaria altra strumentazione. Per cominciare, procurarsi uno sguainatore per fibre, una fonte di metanolo e salviette per ambienti puliti.Inoltre, preparare un serbatoio di acetone in cui immergere la fibra monomodale. Per evitare che la polvere si accumuli sulla nanofibra, essere pronti a isolarla rapidamente. Per questo esperimento, la nanofibra verrà montata su questo supporto per nanofibre utilizzando una resina epossidica polimerizzabile con raggi UV.Il supporto può essere chiuso utilizzando il coperchio superiore in vetro. Iniziare con la lunghezza della fibra monomodale e utilizzare lo sguainatore per rimuovere cinque millimetri della guaina polimerica da ciascuna estremità. Immergere un panno per stanza pulita nel metanolo e utilizzarlo per pulire le estremità.Successivamente, immergere la fibra tra le due estremità nel serbatoio di acetone. Lasciarla in immersione per 10-15 minuti, fino a quando la guaina della fibra non si stacca. Una volta che la guaina è caduta, rimuovere la fibra dall'acetone e pulire l'intera fibra con un panno per ambienti puliti imbevuto di metanolo.Per i prossimi passaggi, portare la fibra al dispositivo commerciale per nanofibre. Questa fibra viene montata sui motori automatici ed è pronta per iniziare la fabbricazione. Chiudere il dispositivo e attivare il laser sonda per monitorare la trasmissione.Utilizzare un software per accendere la fiamma, caricare i parametri e avviare la fabbricazione. Al termine della fabbricazione, prendere il supporto per le nanofibre con l'epossidico e portarlo al dispositivo. Fissare la fibra su entrambi i lati del restringimento utilizzando un epossidico polimerizzabile con luce UV.Una volta posizionata la fibra, coprire il supporto delle nanofibre con il coperchio superiore. Collocare il campione in una scatola pulita per trasferirlo alla configurazione dell'esperimento. Questa è la configurazione per la fabbricazione con laser a femtosecondi.Si trova all'interno di un'area protetta dotata di filtri hepa. Un fascio laser entra dall'alto attraverso una lente cilindrica. Il supporto per la nanofibra sarà posizionato su un palco per traslazioni X Y Z e su uno per rotazione.Questo schema fornisce una visione più chiara dell'apparato. La luce laser attraversa una lente cilindrica. Successivamente raggiunge una maschera di fase con un passo di 700 nanometri.La maschera di fase divide il fascio in ordini zero, più uno e meno uno. L'ordine zero viene bloccato, ma gli ordini più uno e meno uno vengono riflessi da specchi piegatori. Gli specchi posizionati simmetricamente portano alla creazione di un modello di interferenza sulla nanofibra all'interno del suo supporto.Un fotodiodo consente il monitoraggio della luce nella fibra. Una telecamera CCD viene utilizzata per monitorare la posizione della nanofibra. È necessario allineare il sistema di fabbricazione laser.Questo richiede l'utilizzo di una piastra di vetro che può essere ablata dal laser. Posizionare la piastra di vetro sul banco di fabbricazione. Con lo stadio di traslazione, regolare l'altezza del banco a 15 millimetri, quindi utilizzare il laser per irradiare il vetro per cinque secondi con un'energia d'impulso di un milijoule.Utilizzare la fotocamera CCD per osservare la piastra e identificare l'ablazione indotta dal laser. Una linea danneggiata può essere vista sul vetro con il pattern di ablazione. Modificare la posizione orizzontale del vetro di un millimetro per consentire una nuova ablazione.In seguito, modificare l'altezza della superficie di vetro al fine di verificare la resistenza dell'ablazione in una nuova posizione. Irradiare nuovamente la piastra di vetro per cinque secondi con un'energia d'impulso di un millijoule. Quindi, valutare i danni alla piastra di vetro.Come avvenuto con questa lastra di vetro, regolare l'altezza del vetro ed ablare una nuova regione finché non viene identificata la linea di ablazione più intensa. Con la piastra all'altezza associata alla linea di ablazione più intensa, regolare finemente l'angolo degli specchi e della piastra per massimizzare ulteriormente l'ablazione. Dopo questa ottimizzazione, passare al software della telecamera CCD.Utilizzare il software per indicare la posizione della linea di ablazione nel campo visivo. Rimuovere la piastra di vetro per verificare la struttura periodica dell'ablazione. Per acquisire un'immagine del pattern, utilizzare un microscopio elettronico a scansione.Il modello dovrebbe mostrare una struttura periodica con un periodo di 350 nanometri. In caso contrario, ripetere i passaggi di allineamento. Iniziare dal banco di fabbricazione allineato.Avere a disposizione una fibra conica opportunamente realizzata nel suo supporto. Montare il supporto della fibra e accoppiare la fibra a un laser sonda. Per un allineamento corretto, la fibra dovrebbe essere approssimativamente parallela alla linea di ablazione indicata nel software del CCD.Procedere inviando un laser sonda attraverso la fibra conica e utilizzando la telecamera CCD per osservare la diffusione. Utilizzare lo stadio di traslazione per spostare la fibra lungo la sua lunghezza e centrarla sulla linea di ablazione. A questo punto, utilizzare il laser a femtosecondi con l'energia minima dell'impulso.Spostare la fibra nel piano orizzontale in modo da sovrapporla al fascio laser a femtosecondi. Successivamente, spostare la fibra nel piano verticale per allineare la sua posizione con la linea di ablazione. Nuovamente, spostare nel piano orizzontale per massimizzare la sovrapposizione con il laser a femtosecondi.Mentre si sposta avanti e indietro la fase, osservare il vetro sulla copertura superiore del supporto della fibra per individuare i riflessi del primo e del secondo ordine provenienti dalla fibra. Se i punti luminosi si muovono lungo una linea, la nanofibra non è parallela alla linea di ablazione e la fase di rotazione deve essere ruotata. Se i punti appaiono improvvisamente, ciò indica che la nanofibra è parallela alla linea di ablazione e la fase di rotazione non necessita di regolazioni.Quando la nanofibra è parallela alla linea di ablazione, spegnere il laser della sonda e misurare la potenza attraverso la fibra con il fotodiodo. Utilizzare la fase di traslazione per regolare la fibra nel piano orizzontale. L'obiettivo delle regolazioni è massimizzare la potenza misurata dispersa dal laser a femtosecondi.Al termine, utilizzare la fase di rotazione per ruotare la fibra all'angolo desiderato. Successivamente, prendere il misuratore di potenza e utilizzarlo per bloccare il fascio laser a femtosecondi. Regolare l'energia dell'impulso in modo che il misuratore indichi zero virgola ventisette millijoule.Modificare l'impostazione del laser a femtosecondi passando al tiro singolo prima di rimuovere il misuratore dal percorso del laser. Completare la fabbricazione inviando un singolo impulso laser a femtosecondi. Iniziare la fabbricazione con un sistema opportunamente allineato.Inoltre, predisporre un filo sostenuto sopra la lente cilindrica. Questo filo di rame di zero virgola cinque millimetri &egrave; sostenuto da un supporto. Il supporto &egrave; montato su una piattaforma traslazionale per consentire il posizionamento del filo all'interno del fascio laser.Assicurarsi di regolare l'altezza della lastra di vetro in corrispondenza della linea di ablazione più intensa. Inserire quindi il filo al centro del fascio laser e perpendicolarmente alla linea di ablazione. Osservare l'ombra del filo e cercare di posizionarla al centro del pattern di ablazione.Successivamente, utilizzare un impulso laser a femtosecondi per produrre un modello di ablazione sulla lastra di vetro. Verificare il modello di ablazione sulla lastra di vetro per vedere se il filo produce un'apertura al centro. In caso contrario, posizionare il filo di rame al centro e ablare una nuova sezione della lastra di vetro.Ripetere fino a quando lo spazio non si trova al centro del modello di ablazione. Prima di continuare, fissare il filo in posizione bloccando il suo stadio di traslazione. Quindi rimuovere la lastra di vetro dalla piattaforma di fabbricazione.Prendere il supporto della fibra con la fibra montata e installarlo nel sistema di fabbricazione. In questo caso, il supporto è posizionato e la fibra è accoppiata a un laser sonda. Inviare un impulso laser sonda attraverso la fibra.Dovrebbe essere approssimativamente parallelo alla linea di ablazione registrata nel software CCD. Spostare la fase lungo la lunghezza della fibra per centrare la nanofibra sulla linea di ablazione prima di spegnere la sonda. Accendere l'impulso femtosecondo e spostare la fibra nel piano orizzontale perpendicolare alla sua lunghezza, con l'obiettivo di massimizzare la sovrapposizione tra la fibra e l'impulso laser femtosecondo.Verificare misurando la potenza della luce diffusa con il fotodiodo. Dopo aver massimizzato la sovrapposizione, impostare l'angolo di fabbricazione. Ora, utilizzare il misuratore di potenza per bloccare il laser a femtosecondi.Quindi regolare l'energia dell'impulso in modo che sia di zero virgola due sette millijoule e modificare l'impostazione del laser a femtosecondi in modalità singolo impulso. Rimuovere il misuratore di potenza dal percorso del laser ed emettere un singolo impulso del laser a femtosecondi per completare la fabbricazione. Questa immagine al microscopio elettronico a scansione mostra un segmento tipico di un campione di nanofibra fabbricato.I nanocriceti si formano sul lato in ombra della fibra. I nanocriceti sono quasi circolari con un diametro di circa 210 nanometri. In questo campione, la periodicità è di 350 nanometri.Questo spettro di trasmissione della cavità cristallina protonica apodizzata si riferisce alla luce polarizzata perpendicolarmente alle facce dei nanocratere. Lo spettro mostra una regione di stopband compresa tra circa 794 e 799 nanometri, in cui la trasmissione è solo di pochi punti percentuali. Confrontare questo risultato con lo spettro di trasmissione della luce polarizzata parallelamente alle facce dei nanocratere.Presenta inoltre una banda di arresto, ma a lunghezze d'onda più lunghe, comprese approssimativamente tra 796 e 803 nanometri. Entrambi gli spettri presentano picchi corrispondenti alle modalità della cavità. Gli spettri di trasmissione delle stesse modalità di polarizzazione nelle cavità a cristallo fotonico con difetto mostrano un comportamento simile.In questi casi, le modalità della cavità si trovano su entrambi i lati della banda proibita. Si noti che la distanza tra le modalità della cavità a lunghezze d'onda più corte è molto maggiore rispetto a quella a lunghezze d'onda più grandi. Questo metodo di fabbricazione ottica in un singolo passaggio è immune alle instabilità meccaniche, garantendo l'elevata qualità della categoria, e tale tecnica di fabbricazione può essere implementata per realizzare diversi dispositivi nanofotonici a partire da nanofibre ed essere adattata ad altri processi di nanofabbricazione.

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Si descrivono l'uso di una tecnica di anidride carbonica reflow laser per fabbricare cavità risonanti silice, incluse autoportante microsfere e on-chip microtoroids. Il metodo di reflow rimuove le imperfezioni della superficie, che consente lunghi tempi di vita dei fotoni all'interno di entrambi i dispositivi. I dispositivi ultra risultanti hanno fattori di alta qualità, consentendo applicazioni che vanno dalle telecomunicazioni alla rilevazione di agenti biologici.

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Impara a fabbricare cavità a cristallo fotonico 1-D su nanofibre mediante ablazione laser a femtosecondi. Questo metodo preciso apre nuove possibilità per la nanofotonica e la scienza dell'informazione quantistica.

Fabbricazione di 1-D Photonic cristallo cavità su una nanofibre Utilizzando ablazione laser a femtosecondi-indotta

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