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Research Article
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Erratum Notice
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Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
이 작업은 홀로그램 비디오용 이방성 누출 모드 변조기의 제작 및 특성화를 설명합니다.
홀로비디오 디스플레이는 빛을 굴절시키는 공간 광 변조기를 기반으로 합니다. 이러한 공간 광 변조기 중 하나는 이방성 누설 모드 변조기입니다. 이 변조기는1-3을 제조하는 것이 비교적 간단하고 저렴하기 때문에 홀로그램 비디오 실험에 특히 적합합니다. leaky mode 장치의 몇 가지 추가 이점으로는 큰 집계 대역폭, 신호광과 노이즈의 편광 분리, 큰 각도 편향 및 색상1의 주파수 제어가 있습니다. 이러한 장점을 실현하기 위해서는 이러한 장치의 작동이 도파관 및 변환기 매개 변수4에 크게 의존하기 때문에 이러한 장치를 적절하게 특성화 할 수 있어야합니다. 변조기를 특성화하기 위해 저자는 상용 프리즘 커플러와 맞춤형 특성화 장치를 사용하여 유도 모드를 식별하고 도파관 두께를 계산하며 마지막으로 장치의 주파수 입력 및 누출 모드 변조기의 각도 출력을 매핑합니다. 이 작업은 풀 컬러 홀로그램 비디오에 적합한 리키 모드 변조기의 측정 및 특성화에 대한 자세한 설명을 제공합니다.
이러한 픽셀 화 광 밸브뿐만 아니라 MEMS 디바이스 및 벌크 파 음향 광학 변조기와 같은 대부분의 홀로 그래픽 디스플레이 기술은, 그 개발에 광범위 참여를 허용하기에 너무 복잡하다. 픽셀 화 조절, 필터 층과 활성 다시 비행기와 특히 5를 구축하는 패터닝 단계의 수십 필요할 수 있습니다 및 팬 아웃 (6)에 의해 제한 될 수 있습니다. 상기 장치의 복잡성 높은 패터닝 수가 단계 이상, 엄격한 제조 프로토콜은 적절한 디바이스 수율 7을 달성해야한다. 벌크 파 음향 광학 변조기는 기반 프로세스 8,9을 웨이퍼에 자신을 빌려하지 않습니다. 이방성 누설 모드 조절제 그러나 제조 상대적 표준 마이크로 제작 기술을 이용할 10,11 두 개의 패터닝 단계를 필요로한다. 적당한 제조 시설 어떠한 기관 (H)의 개발에 참여하는 이러한 프로세스의 액세스가 가능하게olographic 비디오 디스플레이 기술 (12).
장치의 적절한 기능을주의 깊게 측정되고, 원하는 소자 특성을 얻기 위해 조정되어야 도파로 따라 크게 의존으로 소자 제조의 단순하지만 재미있는 일 수있다. 도파가 너무 깊은 경우, 예를 들어, 장치의 동작 대역폭은 13 좁아 질 것이다. 도파관 너무 얕은 경우, 장치는 적색 조명 작동하지 않을 수있다. 도파가 너무 오랫동안 어닐링하면, 도파로의 깊이 프로파일의 형상이 왜곡되며, 적색, 녹색 및 청색 변환은 주파수 영역 (14)에 인접하게 앉을 수있다. 이 연구에서 저자는이 특성을 수행 할 도구와 기술을 제시한다.
프로톤은 니오브 산 리튬 기판 (15, 16)을 컷 X, 압전체의 표면에 indiffused 도파로 교환의 누설 모드 변조기로 구성된다. 일단도파관은 알루미늄 인터 디지털 트랜스 듀서 인의도 1 참조. 광은 프리즘 커플러 (17)를 이용하여 도파로 안으로 도입된다. 변환기는 y 축을 따라 광 도파로 contralinearly 상호 탄성 표면파 시작. 대량으로 도파관 밖으로 누출 마지막 가장자리에서 기판을 종료 새는 모드로 빛을 안내 이러한 상호 작용의 커플 (18, 19)에 직면 해있다. 이러한 상호 작용은 TM이 새는 모드 편광에 TE 편광 안내 빛의 편광을 회전합니다. 탄성 표면파 패턴 홀로그램이며, 홀로그램 스캐닝 및 이미지를 형성하는 출력 광을 형성 할 수있다.
도파관은 양성자 교환에 의해 생성된다. 먼저, 알루미늄 기판 상에 증착된다. 이어서 알루미늄 도파로 채널이 될 기판의 영역을 노출하는 포토 리소그래피 및 에칭을 패터닝한다. 나머지 알루미늄 하드의 역할마스크. 기판은 노출 된 영역에서의 표면의 인덱스를 변경 벤조산의 융액에 침지된다. 장치가 제거 및 세척 머플로에서 어닐링된다. 도파관의 최종 깊이를 누설 모드 전환의 수를 결정한다. 도파로의 깊이는, 각 색 (4)의 각 안내 투 모드 천이의 주파수를 결정한다.
알루미늄 변환기는 리프트 오프에 의해 형성된다. 도파로가 형성된 후, E-빔은 기판 상에 스핀 레지스트. 인터 디지털 트랜스 듀서는 도파관 장치의 색상을 제어하는 책임이 200 MHz 대역에 응답하도록 설계된 처핑 변환기를 형성하기 위해 전자 빔을 패터닝한다. 손가락 기간 Λƒ = 손가락 기간이며, Λ V, V에 의해 결정되는, ƒ, 무선 주파수 (RF)는이고, 상기 기판의 음속이고. 트랜스 듀서는 효율적인 운영 20 75 옴 일치해야 임피던스를해야합니다.
<리키 모드 상호 작용으로 유도 P 클래스 = "jove_content는"> 조명광의 다른 파장에 대해 서로 다른 주파수 및 적색, 녹색 및 청색 광 주파수 영역에서 제어 될 수있는 결과로 발생한다. 탄성 표면파 패턴이 빗형 전극에 전송되는 RF 신호에 의해 생성된다. 입력 신호의 RF 탄성 표면파 패턴의 공간 주파수로 변환. 저주파 신호가 붉은 빛의 각도 스위프 및 진폭을 조절하도록 중간 주파수 그린 광을 제어하고 고주파 청색광을 제어하면서 도파로가 제조 될 수있다. 저자들은 이러한 상호 작용의 세 가지 주파수 영역에서 분리되고 인접되도록 도파로 파라미터 세트를 식별 그래서 3 색은 범용 그래픽 처리 장치의 최대 대역폭 (단일 200 MHz의 신호에 의해 제어 될 수 있다는 GPU를).GPU를 채널의 대역폭을 일치하여새는 모드 변조기의에, 시스템이 완전히 병렬 및 확장 성이 뛰어난된다. 의 GPU 및 누설 모드 변조기 채널의 대역폭이 일치하는 쌍을 추가함으로써, 하나는 임의의 크기의 홀로그램 디스플레이를 구성 할 수있다.
장치를 만든 후, 그것을 신중하게 안내 - 투 - 누설 모드 전환을위한 주파수 색상의 주파수 제어에 적합한 지 확인하는 것을 특징으로한다. 우선, 가이드 모드의 위치는 도파로 적절한 깊이와 가이드 모드 중 정확한 번호가 있는지 확인 상업적 프리즘 커플러에 의해 결정된다. 장치가 장착되고 패키지 된 후,이어서, 이들은 스캔 출력 광의 입력 주파수 매핑 정의 프리즘 커플러에 배치된다. 결과 데이터는 주파수 응답 및 입력 장치가 테스트 될 때까지 적색, 녹색 및 청색 광에 대한 각 출력 응답을 준다. 장치가 올바르게 조립되어있는 경우, 디바이스 입력 응답이 분리 될주파수 및 출력 응답은 각도 중첩 될 것이다. 이것이 확인되면, 상기 장치는 홀로 그래픽 비디오 디스플레이에 사용하기위한 준비가되어있다.
기기가 포장되기 전에 첫 번째 측정이 일어난다. 도파관 깊이 상업적 프리즘 커플러에 의해 결정된다. 이것은 단지 하나의 조명 파장이 달성 될 수있다 (일반적으로 632 nm의 적색)하지만 저자는 적색, 녹색 및 청색 광에 대한 모드 정보를 수집 할 수 있도록 상업 프리즘 커플러를 수정했다. 패키징 한 후, 장치는 RF 입력의 함수로서 편향된 출력 광 기록 맞춤 프리즘 커플러의 두 번째 측정을 거친다. 이러한 측정의 상세한 설명은 다음과 같다. 제조 단계도 제공됩니다.
1. 초기 준비
참고 : 새 X 컷 니오브 산 리튬 웨이퍼로 시작합니다. 이것은 표면 상에 증착 아무것도 깨끗한 1mm 두께의 광학 등급, 있어야 양면 연마와 상측 표시된.
2. 양성자 교환
3. 어닐링
4. 청소
5. 도파관 측정
6. 저항 추가
7. 패턴
8. 개발
9. 예금 알루미늄
10. 이륙 알루미늄
(11) 폴란드어 종료
브레이크 아웃 보드 12. 마운트
13. 프리즘 커플 링
특성화 장치 14. 산
제 15 항에있어서, 상기 RF 입력을 연결하고 장치를 동봉
17. 실행하여 제공 테스트 프로그램
제 17 항에있어서, 상기 주파수 및 각도 출력 프로파일 분석
프로토콜의 원리의 결과는 상기도 2에서, 단일 주파수에 나타낸 상업적 프리즘 커플러로부터 유도 모드로 측정하며, 상기 커스터마이즈 프리즘 커플러로부터 수집 된 원시 입력 / 출력 데이터는도 8에 도시 다색 곡선은도 9에 도시. 다음 단락에서 우리는 이러한 출력의 각에 의해 생성 된 실행 가능한 정보에 대해 설명합니다.
상업적 프리즘 커플러로부터 수집 도파 모드 정보 도파로의 깊이를 설정하기 위해 주로 사용되지만, 모드의 수와 간격은 누설 모드 동작에 관련된 다른 유용한 정보를 포함한다. 설계로 새는 모드 장치가 작동하려면, 그것은 모든 색상 가이드 - 투 - 누설 모드 전환을해야하며, 각 Illumina 사에 대해 적어도 두 개의 가이드 모드가 존재하는 경우 실험은 사실이 보여 주었다기 파장. 이는 세 표시 색의 적은 가이드 모드가 빨간색으로 특히 적합하다. 양성자 교환 2 단계 증가 또는 두 개의 빨간 모드가 있는지 확인하기 위해 감소되어야한다. 일반적으로, 빨간색으로 두 가지 모드를 갖는 녹색 및 청색 적어도 두 가지 모드도 있다는 것을 나타냅니다. 색의 주파수 분할 다중화에 최적화 된 장치는 빨간색의 두 가지 모드, 녹색의 세 가지 모드와 블루의 네 가지 모드를 보여 주었다. 어닐링 시간이 너무 길면 적은 모드, 녹색 및 청색에 대해 표시된다. 모드 중 최적의 수보다 적은 녹색 및 청색 빛 나타날 경우 다음 3 단계의 어닐링 시간을 연장해야 할 수도 있습니다. 긴 어닐링 그러나 또한 유도 모드의 유효 인덱스를 감소시킬 것이다.
도 8에 도시 된 바와 같이 정의 프리즘 커플러의 그대로 출력 같은 RF 대역폭 중요한 디바이스 파라미터, 각 스위프의 번호 하나 좋은 성적 감각을 준다스캔 선형성, 스폿 사이즈, 서 파도 기간과 대략적인 회절 효율. Y 축에 대한 데이터의 투영 우리는 중심 주파수 및 동작의 대략적인 대역폭을 판독 할 수있는 장치의 주파수 응답을 제공한다. X 축에 대한 데이터의 투영 회절 광 출력의 범위를 제공한다. 이 축에 투영 장치의 각 스윕 좋은 지표가되도록이 위치 정보 출력 장치의 각 스위프에 거의 비례한다. 그래프의 XY 평면상의 데이터의 기울기는 우리에게 주사의 선형성의 감각과 입력 주파수와 스캔 속도를 제공한다. X 축이 충분히 높은 해상도로 샘플링되는 경우, X 축 방향의 단면의 빔 프로파일을 줄 것이다. Y 축이 충분히 높은 해상도로 샘플링되는 경우, 음향 정상파 패턴 apparent- 될 수 표면들이 눈에 띄는 경우,에 음향 흡수를 추가하는 것이 유익 할 수있다장치도 검사, 부드러운을 생성한다. 절대 회절 효율을 측정하지만, 다른 하나의 장치에 비교할 때 신호 대 잡음비가 상대적 회절 효율 좋은 지표로서 기능하지 않는다. 이 원시 데이터는 상당량의 정보를 제공하지만, 단지 하나의 조명 파장에 적합하다.
장치 색의 주파수 제어 할 수 있는지를 결정하기 위해 원시 데이터는도 9의 것과 같은 그래프를 형성하는 세 개의 파장을 갖는 여러 실험을 위해 처리된다. X 및 Y 축의 돌출부 우선 대한 TE1 가이드 모드에 대해 수집 세 가지 색상. 그리고 이러한 계획들이 각도에 중첩되는 주파수는 여러 가지 빛깔의 주파수와 그림과 같은 각 응답을 형성하기 위해 각각 축. 각 색상에 대한 응답이 각도 주파수 인접 중복이면, 상기 장치는 색의 주파수 제어에 적합하다.
유지-together.within 페이지를 = "1">뿐만 아니라 효과적으로 새로운 사항을 충족하기 위해 그 기능을 수정 한 두 컬러의 주파수 제어 할 수있는 장치를 재현 할 수있는이 작품에 설명 된 특성화 단계를 사용하여 : FO 클래스 = "jove_content" 잡음 비율 또는 높은 선형성을 최대화 회절 효율, 높은 신호로서 최적화 기준.

그림 1 :. 새는 모드 변조기는 왼쪽에서 알 수있는 바와 같이, 빛이 순간적으로 커플 기판의 표면에 indiffused 도파관에 빛을 루틸 프리즘을 통해 장치에 들어갑니다. 도파 광이 도파로로부터의 광을 outcouple 및 편광 회전 탄성 표면파를 발생하는 장치의 먼 단부를 향해 전파있다. 이 상호 작용에 대한 모멘텀도는 오른쪽에 기재되어 있습니다. ge.jpg "대상 ="_ 빈 ">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 2. 레이저 도파관으로부터 데이터를 샘플링 광은 프리즘에 연결된다. 그러므로 장치 및 전력 센서 상에 표면을 반영한다. 가이드 모드가 존재하는 경우 대신에 반사 장치의 빛이 기판을 통해 상기 장치의 단부에서 유도된다. 따라서,이 힘 센서로부터 멀리 안내 날카로운 "딥"플롯에서 발생된다. 이 도표에서 확인 된 두 가지 모드가 있습니다. 왼쪽에서 오른쪽으로 점차 증가하는 전력 읽기 프리즘 경계에 공기에서 점차 증가 전송 효율에 의해 설명 될 수있다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.


그림 4 : 브레이크 아웃 보드에 장착 된 프리즘 결합 소자. 된 올바른 결합 완료 장치는 장착 브리카우 보드입니다. 적절한 각도에서,이 그림과 같이, 젖은 자리 색깔의 무지개를 반영한다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 5 : 특성화 장치 회로도 특성화 장치의 기본도.. 레이저는 프리즘을 통해 장치에 결합되기 이전에 광학 요소의 시리즈를 통해 전송된다. 일단 빗형 제조 도파로 SAW 전파하는 모드와 RF 신호 안에있는 출구 주파수 제어 각도 장치를 누설 모드로 광을 노크. 신호 발생기를 실행하는 동안 선형 액추에이터 밖으로 제어 성을 설명 다변량 그래프를 생성 주파수 범위까지의 위치의 범위를 통해 파워 미터를 구동장치의 시작했습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

도 6 :. 적절한 빛 결합 식별 기술 적절한 결합 왼쪽에 나타내는 바와 같이, 도파관의 산란에 의한 빛의 특성을 연속으로 존재 하나에 의해 식별 될 수 있고, 또는 말 아웃 특성 모드 줄로 장치, 오른쪽에 표시로. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 7 :. LabVIEW를 테스트 소프트웨어에 대한 사용자 인터페이스 사용자 간 모든 사용자 정의 변수를 포함한 얼굴. 각 자동화 된 테스트가 제대로 실행하는 분석 프로그램의 순서를 실행하기 전에 노란색 박스 항목을 업데이트해야합니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

도 8. 위치 그래프 VS 샘플 주파수 RF 입력 전력 미터 위치 선형 스캔하는 동안 실험 소프트웨어 빌드 및 디스플레이 수집 된 데이터의이 대화 형 3 차원 그래프. 현재보기가 빠른 참조를 위해 저장이 완료되면. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
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그림 9 :. 모드 비교 데이터 세 가지 파장의 주파수 응답 왼쪽에 표시되는 샘플. 상기 장치는 각각의 파장에 대한 개별 제어와 200 MHz의 대역폭을 가진다. 오른쪽에있는 각 장치에 대한 출력 각도 반응이다. 5-7 ° 좋은 각도 중복이 있습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
| 파장 | 방법 | 각도 |
| 638 nm의 | TE0 | 23 ° |
| TE1 | 28 ° | |
| 532 nm의 | TE0 | 26 ° |
| TE1 | 31 ° | |
| TE2 | 32 ° | </ TR>|
| 445 nm의 | TE0 | 31 ° |
| TE1 | 36 ° | |
| TE2 | 38 ° | |
| TE3 | 39 ° |
표 1 :.이 책에 기술 된 장치에 대한 원하는 TE1 모드 가진에 대한 모드 여진 매개 변수 각도와 파장 매개 변수를 설정합니다.
저자는 공개 아무것도 없어.
이 작업은 홀로그램 비디오용 이방성 누출 모드 변조기의 제작 및 특성화를 설명합니다.
저자는 감사 공군 연구소 계약 FA8650-14-C-6571에서와 DAQRI LLC에서 재정 지원을 인정합니다.
| X-Cut 리튬 니오베이트 | Gooch 및 Housego | 99-00630-01 | 리튬 니오베이트 3″ 직경 X-CUT 웨이퍼 1 mm Polish / |
| Polish Positive Photo Resist 1 | EMD Performance Materials | AZ 3330 F 포토 레지스트 | 양성자 교환 마스크 제작에 사용 |
| Photoresist Developer | EMD Performance Materials | AZ MIF 300 | AZ3330 및 LOR 3A |
| 알루미늄 | 국제 고급 재료 | AL13 | 99.999 % 순수 |
| 알루미늄 에칭 | Transene | Type A 알루미늄 개발 에칭 | |
| 벤조산 | 시그마 Aldrich | 109479-500G | 99 % 순수 |
| 아세톤 | 피셔 화학 | UN1009 | |
| IPA | 피셔 화학 | UN1219 | 99.5 % 순수 이소 프로필 알코올 |
| 산성 피라냐 에칭 | Cyantek Corperation | 나노 스트립 | |
| 레이어 레지스트 | Micro Chem | LOR 3A | 바닥 레이어 liftoff |
| Positive Photo Resist | Micro Chem | 950 PMMA A9 | 리프트오프에 사용되는 최상층 |
| Anisole | Micro Chem | A 희석제 | |
| 전도성 고분자 수용액 | Mitsubishi Rayon Company | AquaSAVE | |
| MIBK(4-methyl-2-pentanone) | Sigma Aldrich | 360511 | PMMA |
| NMP(1-methyl-2-pyrrolidone) | Sigma 개발 Aldrich | 328634 | 이륙 |
| E-beam 증발기에 사용됩니다 | 덴튼 진공 | 무결성 20 | 이에 상응하는 장비라면 충분합니다. |
| 박막 스피너 | Laurell Technologies Corporation | WS-400A-6NPP-LITE | 이와 동등한 장비로 충분합니다. |
| 마스크 얼라이너 | 칼 서스 아메리카 Inc. | MA 150 CC | 동등한 장비로 충분합니다. |
| 자동 다이싱 톱 | 디스코 코퍼레이션 | 디스코 아빠 320 | 이에 상응하는 장비라면 충분합니다. |
| 머플 퍼니스 | Thermo Scientific | FB1415M | 이와 동등한 장비로 충분합니다. |
| 전자 현미경 | FEI | XL30 ESEM | 동등한 장비로 충분합니다. |
| 탈수 오븐 | 실험실 라인 기기 | 울트라 클린 100 (3497M-3) | 이에 상응하는 장비라면 충분합니다. |
| 핫 플레이트 | : Thermo Scientific | SP131325 | 동등한 장비로 충분합니다. |
| 폴리셔 | 울트라 텍 Mfg., Inc. | 울트라폴 엔드 & 엣지 폴리셔 | : 이에 상응하는 장비로 충분합니다. |
| 클래스 IIIb 12 V RBG 레이저: 파장(nm): 638, 532, 445 | 중고로 구입했습니다. 아마도 레이저 프로젝터에서 가져온 것 같습니다. 이에 상응하는 장비라면 충분합니다. | ||
| 신호 발생기 | Agilent | 8648D | 를 키사이트에서 찾을 수 있습니다. 되지 않는. 이에 상응하는 장비라면 충분합니다. 필요한 주파수 스윕 9kHz-1,000MHz. |
| 신호 증폭기 | 미니 회로 | TB-17 | 신호 발생기의 한계를 극복하기 위해서만 필요합니다. |
| 파워 미터 컨트롤러 | ThorLabs | PM100D | 파워 미터 모델 S130C. 이에 상응하는 장비라면 충분합니다. 필요한 감도 500 포로. |
| 리니어 액츄에이터 컨트롤러 | Newport | ESP7000 | 리니어 액츄에이터 모델 MFN25PP 포함. 이에 상응하는 장비라면 충분합니다. 0.1 필요 mm 정확도. |
| AutomatedDeviceCharacterization.vi | 부록에 있는 | BYU의LabView | 실험 제어 소프트웨어 |
| CompareWDMmodes.m | BYU의 MATLab | 분석 소프트웨어 | 부록에 있음 |