Name: 펨토초 레이저에 의한 절제를 사용하여 나노 섬유에 1-D 광자 크리스탈 캐비티의 제작 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-02-25T13:00:00.000+00:00
Duration: 13 min 2 s
Description: 배우세요 펨토초 레이저 절제를 이용해 나노 섬유에 1차원 광자 결정 캐비티를 제작하는 방법을. 이 기술은 나노광학 및 양자정보과학 분야의 새로운 응용 가능성을 열어줍니다.

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이 작업은 일본과학기술진흥기구(JST)의 전략적 혁신 프로그램을 통해 지원되었습니다. KPN은 일본과학진흥회(Japan Society for the Promotion of Science, JSPS)의 과학 연구 보조금(보조금 번호 15H05462)의 지원을 받고 있습니다.

주의 : 안전 안경을 착용하고 엄격하게 직접 UV 램프에 노출과 펨토초 레이저를 포함한 모든 레이저를 피하십시오. 오염을 방지하기 위해 클린 룸 슈트와 장갑을 착용 할 것. 지정된 쓰레기통에서 제대로 모든 섬유 쓰레기를 폐기 할 것. 1. 나노 섬유의 제조 <ol><li> 200mm 의해 분리 된 두 위치에서 5 mm의 길이를위한 단일 모드 광섬유의 폴리머 재킷 스트립 섬유 코팅 스트리퍼를 사용한다. 클린 룸을 사용하여 두 기계적으로 제거 부분이 메탄올에 담근 닦아 청소합니다. 아세톤이 두 박탈 부분 사이의 섬유를 찍어. 섬유의 재킷이 붕괴까지 15 분 - 10 기다립니다. 아세톤에서 섬유를 가지고 메탄올에 담근 와이프 클린 룸을 사용하여 전체 벗겨진 부분을 청소합니다. </li><li> 나노 섬유를 제조하는 광학 나노 섬유 제조 장비 (ONME)의 두 단계에서 제거 섬유를 설정합니다. <ol><li> 섬유에 프로브 레이저를 실행하고 transmissio을 모니터링N 개의 포토 다이오드를 이용하여 ADC 카드를 사용하여 컴퓨터에서의 송신 데이터를 기록한다. ONME 소프트웨어를 이용하여 상기 가스 유동을 시작하고 불꽃을 점화. 500nm의 허리 직경 테이퍼 섬유의 제조를위한 ONME 소프트웨어에서 미리 최적화 된 파라미터를로드하고 제조 공정을 시작한다. 주 : ONME 표준 열 풀 기법을 사용하여 테이퍼 진 광섬유를 제조하기위한 시판되는 장치이다. 그것은 섬유를 뽑아 섬유와 두 개의 모터 스테이지를 가열하는 불꽃 산수소 사용합니다. 가스 흐름 및 스테이지 동작은 컴퓨터 프로그램에 의해 제어된다. 사전에 최적화 된 매개 변수는 특별 요청에 따라 공급 업체로부터 얻을 수있다. </li></ol></li><li> 제조 후, UV 경화 에폭시를 이용하여 나노 파이버 홀더 테이퍼 섬유 타기. 합니다 (그림 1a 참조) 유리 접시와 상단 덮개를 사용하여 나노 섬유 홀더를 커버. 깨끗한 상자 안에 샘플을 넣고 펨토초 라로 전송산이 제조 장치. </li></ol> 2. 펨토초 레이저 제작 <ol><li> 제조 설정의 정렬 <ol><li> 15mm의 높이로 제작 벤치 유리판을 넣어. 1 mJ의 펄스 에너지를 5 초 동안 펨토초 레이저를 조사. 백색광 세대 절제를 유도 펨토초 레이저 및 유리 접시에 손상을 줄뿐만 절제 패턴의 모양을 확인합니다. </li><li> 제조 벤치의 X 스테이지를 사용하여 유리 기판의 높이를 변경하는 절차를 반복한다. 각각의 제조를위한, 새로운 위치에 제작을 위해 1mm로 제작 벤치 Y 스테이지 변환. </li><li> 강한 절제 라인의 높이를 찾을 수 있습니다. 이 위치에서 미세 조정 폴딩 미러 중 하나의 틸트 각도와 위치를 박리를 최대화한다. 또한, 미세 조정 제조 벤치의 X-단계의 기울기는 절제을 극대화한다. 주 : 폴딩 미러의 경사각도가 USI를 튜닝키네마 틱 미러 홀더 조정 노브와 미러의 위치를 ​​ng를하는 실장되는 Z 스테이지를 변환함으로써 조정된다. </li><li> 최적화 후, CCD 카메라 소프트웨어에서 절제 라인의 위치를 ​​표시하고 유리판을 제거한다. 주 : CCD 카메라의 제어 소프트웨어는 캡처 된 이미지에 대한 이미지 포착 및 도면 표시를 가능하게한다. 또한, 상기 캡쳐 이미지와 표시의 데이터를 저장할 수있다. 제조 벤치의 X 스테이지가 절대 위치의 기준을 가지고 있지 않기 때문에, CCD 이미지는 X 축의 위치를 ​​기준으로서 사용된다. 이 CCD 이미지의 해상도, 픽셀 당 10 μm의 것이다. </li><li> 백금 (PT) -coater를 사용하여, 피막 (60)들에 대한 유리판의 유리판의 Pt 25 nm의 층을 증착한다. 이미지 사형 전자 현미경 (SEM)을 이용하여 유리판에 절제 패턴. 절제 패턴은 350 nm의 기간 (예상되는 간섭 무늬 패턴) 알와주기적인 구조를 표시하는 경우ignment이 최적화되어 있습니다. 주기적인 절제 패턴을 볼 때까지 낮은 펄스 에너지 (300 μJ에 이르기까지)에 대한 - 그렇지 않은 경우 (2.1.4 단계 2.1.1에서) 절차를 반복합니다. </li></ol></li><li> apodized PHC 공동의 제작 <ol><li> CCD 카메라에 표시된 절제 라인과 거의 평행 제조 벤치에 테이퍼 섬유를 놓습니다. </li><li> 테이퍼 섬유를 통해 프로브 레이저 (전력 = 1 mW의)을 전송하고 CCD 카메라에 테이퍼 섬유에서 산란을 관찰합니다. 강한 산란 부분 인해 서브 파장 직경에 나노 영역에 대응한다. </li><li> CCD 카메라에 표시된 박리 선 위치로 나노 파이버의 중심을 제조 벤치 Z 스테이지 번역. </li><li> 프로브 레이저를 끄고 최소 펄스 에너지 (&lt;10 μJ)로 펨토초 레이저를 조사. 펨토초 레이저 빔을 나노 겹쳐 Y 스테이지 번역. 오버랩은 나노, OBS의 조명에 의해 식별되고CCD 카메라에 erved. 주 : 나노 이제 펨토초 Y를 따라 레이저 빔 및 Z 축에 대하여 정렬된다. </li><li> 절제 라인 위치로 나노 파이버 위치를 중첩하도록 X 스테이지를 X 축에 따른 나노 파이버를 정렬 변환하기 위해 CCD 카메라의 표시. </li><li> 펨토초 레이저와 나노 섬유의 중복을 극대화 할 수있는 Y 스테이지를 번역합니다. 나노 섬유에서 두 개의 첫 주문의 반사를 관찰합니다 (상단 덮개의 유리 접시에 두 밝은 점으로 표시). 앞뒤로 Y 스테이지를 번역하면서이 반사 지점의 움직임을 관찰한다. 참고 :이 장소는 한쪽으로 이동할 경우, 나노 섬유는 절제 라인에 평행하지 않습니다. 이 경우, 박리 라인에 나노 평행하게 회전 스테이지를 회전한다. 그들은 평행 할 때, 반사 반점은 플래시로 표시됩니다. </li><li> 절제 라인에 나노 평행하게 한 후,를 최대화하기 위해 Y 스테이지 번역테이퍼 섬유의 끝에서, 포토 다이오드를 사용하여 나노 섬유 안내 모드 내로 분산 펨토초 레이저의 파워를 측정함으로써, 펨토초 레이저 빔과 나노 파이버 사이에 중첩된다. 중복을 극대화 한 후, 제조 θ = 0.5 도의 각도로 회전 무대를 돌립니다. 주 : 펨토초 레이저 빔과 나노 파이버 사이의 최대 오버랩 들어, 하나의 나노 안내 모드 내로 분산 펨토초 레이저 광의 전력이 최대화 될 것으로 예상된다. </li><li> 전력계로 펨토초 레이저를 차단 mJ을 0.27으로 펄스 에너지를 설정한다. 단일 샷 조사 모드로 펨토초 레이저 설정을 변경합니다. 주 :이 모드에서는 단지 하나의 펄스가 그렇지 않으면 레이저 출력이없는 불 스위치를 누를 때 발생한다. <ol><li> 레이저 빔 경로에서 전력 미터를 분리 한 펨토초 레이저 펄스를 발생. 이는 제조 공정을 완료한다. </li></ol></li></ol></li><li> Fabricati결함에 의한 PHC 공동의에 <ol><li> 섹션 2.1에 설명 된대로 유리 접시에 절제를 관찰하여 설치의 정렬을 확인합니다. 강한 박리 라인 높이를 찾은 후, 단지 위상 마스크 전에 레이저 빔의 중심에 0.5 mm의 구리 와이어를 삽입한다. 구리 배선은 Y 축을 따라 (박리 선에 수직 인)되어야한다. </li><li> Z 축을 따라 구리 와이어의 위치를 ​​변경하면서 유리 기판의 박리 패턴을 확인한다. 절제 패턴 박리 라인의 중앙에 하나의 갭을 표시 할 때 구리 와이어의 위치를 ​​고정한다. </li><li> 정렬 후, 2.2 절에 설명 된 절차에 따라 나노 섬유의 펨토초 레이저 가공을 수행합니다. 이 제조를 들어, = 0 °의 θ하기 위해 제작의 각도를 설정합니다. </li></ol></li></ol> 제작 된 샘플 3. 특성 <ol><li> 광학 특성의 측정 <ol><li> 준비 선생도 1b에 도시 된 바와 같이, 광 측정 TUP. 테이퍼 섬유에 광대역 광원을 시작 전과 스펙트럼 분석기를 이용하여 제작 한 후, 투과 및 반사 스펙트럼을 측정한다. 제작 한 후, 투과 스펙트럼은 샘플 제조의 브래그 공진에 대응하는 스톱 밴드를 표시한다. </li><li> 편광를 선택하고 두 개의 직교 편광의 X-POL 및 Y-POL의 스펙트럼을 취할 섬유 인라인 편광판의 패를 돌립니다. 참고 : (나노 분화구를 따라 편광)을 X-폴은 정지 대역은 블루 시프트 (21) (짧은 파장으로)입니다 및 나노 섬유의 산란이 강한 것입니다. 그래서, 스펙트럼 CCD 카메라를보고 편광을 선택합니다. </li><li> 편광 중 하나, (도 1b에 도시 됨)를 이용하여 PZT 테이퍼 섬유를 연신하여 투과 스펙트럼을 취. 들에 의해 스펙트럼을 가지고20 μm의 최대 연신 길이까지 2 μm의 단계에 테이퍼 섬유를 tretching합니다 (PZT 스캔 범위에 의해 제한). 브래그 공명이 적색 편이 테이퍼 섬유를 연신하여 (긴 파장으로) 될 것으로 관찰한다. 이러한 스펙트럼으로부터, 길이의 단위 연신 브래그 공명 시프트를 계산한다. </li><li> 캐비티 모드를 해결 절대 캐비티 전송을 측정하기위한, 가변 CW 레이저 소스를 사용한다. 테이퍼 섬유에 레이저를 발사하고, 포토 다이오드를 사용하여 송신을 모니터링한다. </li><li> Y-POL 대한 정지 대역의 적색 측 가장자리 레이저 파장을 설정하고, 송신을 최소화하기 위해 섬유 인라인 편광자를 사용한다. 이러한 방식으로, X-POL 성분 억제 만 Y-POL 선택된다. 20 μm의 - 0에서 테이퍼 섬유를 스트레칭하는 동안 더 빨강 측 대역 가장자리의 출력 및 전송을 기록하기 위해 레이저 파장을 설정합니다. <ol><li> 레이저 wavel을 변경함으로써 측정을 반복전체 정지 대역이 덮여 때까지 0.3 나노 미터의 단계에 블루 측에 ength. 이들 데이터로부터, 단계 3.1.3에서 측정 된 길이를 연신 단위당 공진 시프트에 대한 데이터를 이용하여 전체 스펙트럼을 재구성. 참고 : 20 μm의 공동 모드 0.05 사이의 일반적인 무료 스펙트럼 범위에서 테이퍼 섬유 스트레칭으로 2 nm의에 의해 공동 모드 변화와 함께 전형적인 샘플, 정지 대역 (브래그 공명) 용 - 0.5 nm의. 테이퍼 섬유를 연신하여 4 캐비티 모드 - 입력 레이저의 특정 파장에 대한 하나 이상의 셋을 측정 할 수있다. 모드 사이의 주파수 간격은 단계 3.1.3에서 측정 된 길이를 연신 단위 공진 시프트의 데이터로부터 추정된다. 적어도이 0.3 nm 인 단계의 레이저 파장을 변경함으로써 측정을 반복 - 연속 3 캐비티 모드는 연속적인 측정에 다시 측정한다. 하나는 매트 동안 연속 측정을 위해 송신 데이터를 오버레이하여 전체 스펙트럼을 재구성 할재 측정 된 캐비티 모드 칭 위치. </li></ol></li><li> 지금 단계 3.1.5 및 3.1.5.1에 ​​언급 한 바와 같이 유사한 과정을 사용하여 다른 편광에 대한 스펙트럼을 측정한다. </li></ol></li><li> 제작 된 샘플을 이미징 <ol><li> 2 ㎝ 길이 금속판 제조 된 샘플을 넣고, UV 경화 에폭시를 사용하는 금속판에 테이퍼 광섬유의 양단을 고정한다. 샘플의 사출 측 그림자 측 결상되도록 금속판 대향 확인. </li><li> 30 초 동안 코팅 샘플을 백금 코터를 사용하여 약 10 nm 두께의 Pt 층을 증착. 주사 전자 현미경으로 샘플을 놓습니다. 전체 제작 영역에 걸쳐 모든 0.1 mm의 시료의 SEM 이미지를 가져 가라. </li></ol></li></ol>

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나노 섬유의 렌즈 효과의 영향 (도 2 참조)하여 나노 섬유의 그림자 표면에 나노 크레이터 만드는 제조 기술에서 중요한 역할을한다. 나노 섬유의 렌즈 효과 효과는 폭 방향 (Y 축)에 기계적 불안정성 견고한 제조 공정을 만든다. 조사 시간은 단지 120 FS (즉, 펄스 폭)는 더욱이 의한 단발 조사에 다른 축을 따라 불안정성 제조에 영향을주지 않는다. 그 결과, 잘 정의 된주기와주기적인 나노 구조는 기계적 진동을 억제하기 위해 특별한주의를 복용하지 않고, 기간의 수천을 통해 제조된다. FIB 밀링, 전자빔 리소그래피에도 펨토초 레이저 어블 같은 많은 나노 기술은 포인트 별 제조를 구현한다. 포인트 별 포인트 제작은 물론 엄격한 샘플, 기계적 역에 적합부 합성을 보장 할 수 있습니다. 테이퍼 섬유는 임의의 경질 기판을 건드리지 않고 걸려 유지되면 광 나노 파이버의 경우, 다음 기계적 불안정성은 제조 공정에 영향을 미친다. 나노 섬...

나노 포토 닉 장치에서 빛의 강한 감금 광학 과학의 새로운 국경을 열었습니다. 현대 나노 기술 1 발진이 감지 광학 스위칭 애플리케이션 3의 1-D 및 2-D 광결정 (PHC) 새로운 잠재위한 공동의 제조를 사용할 수있다. 또한, 이러한 PHC 공동의 강한 빛 - 물질 상호 작용은 양자 정보 과학 4 새로운 길을 열었습니다. 그렇다 PHC 캐비티로부터 플라즈몬 nanocavities도 유망한 5, 6, 7에 도시 하였다. 그러나, 섬유 기반 통신 네트워크에 이러한 충치를 인터페이스하는 것은 도전 남아있다. 최근 몇 년 동안, 광학 나노 섬유로 알려진 서브 파장 직경과 테이퍼 단일 모드 광섬유, 유망 나노 포토 닉 장치로 떠오르고있다. 때문에 강한로나노 섬유 유도 필드와 주변 매질과 상호 작용하는 능력 횡 한정은 나노 널리 구성된 다양한 나노 포토 닉 애플리케이션 8 조사된다. 그 외에도에서, 그것은 또한 강력하게 조사하고 빛의 양자 조작에 구현 (9) 문제가된다. 나노 섬유 가이드 모드로 같은 양자 터, 단일 / 몇 레이저 냉각 원자와 단일 양자 도트에서 발광 효율 결합 연구, 10, 11, 12, 13, 14, 15이 증명되었다. 나노 섬유의 발광 물질의 상호 작용은 크게 나노 섬유 (16), (17) PHC 캐비티 구조를 구현함으로써 개선 될 수있다. s의 주요 장점UCH 시스템 용이 통신 네트워크에 통합 될 수있는 섬유 - 라인 기술이다. 테이퍼 나노 섬유를 통해 99.95 %의 광 투과율은 18 증명되었다. 그러나, 나노 파이버 전송 먼지 오염에 매우 민감하다. 따라서, 종래의 나노 기술을 이용하여 나노 섬유에 PHC 구조체의 제조는 매우 유익한 아니다. 집속 이온 빔 (FIB) 밀링을 사용하는 나노 섬유의 제조가 캐비티 (19), (20), 증명되었지만 광학 품질 및 재현성은 높지 않다. 이 비디오 프로토콜에서는 펨토초 레이저 어블 레이션을 이용하여 나노 섬유에 PHC 공동을 제조하기 위해 최근에 증명 (21, 22) 기법을 제안한다. 날조는 나노 파이버와 irrad에 펨토초 레이저의 2 광속 간섭 패턴을 생성하여 수행하나의 펨토초 레이저 펄스를 iating. 나노 섬유의 렌즈 효과의 영향은 나노 섬유의 그림자 표면에 박리 크레이터 생성 그러한 기술의 가능성에 중요한 역할을한다. 전형적인 샘플의 경우, 점차적으로 50에서 다양한 직경 350 나노 미터와 함께 기간과주기적인 나노 분화구 - 550 nm의 - 1mm의 길이에 걸쳐 250 내지 450의 주위에 직경이 나노 섬유에 제조된다. 나노 그러한 주기적 나노 크레이터는 1-D PHC 역할. 또한 나노 섬유에 apodized 결함 유도 PHC 공동을 제조하기 위해 나노 분화구 어레이의 프로파일을 제어하기위한 방법을 제시한다. 높은 광학 품질을 유지할 수 있도록 이러한 나노의 주요 측면은 전체 광학 제조된다. 또한, 제조 기계적 불안정성 등의 제조 결함으로 면역 기술을 단지 하나의 펨토초 레이저 펄스의 조사에 의해 수행된다. 또한이 PHC 나노의 자체 생산을 가능하게오염의 가능성을 최소화 할 수 있도록 섬유 공동. 이 프로토콜은 다른 사람이 구현 및 나노 기술의 새로운 유형을 적용하기위한 것입니다. 도 1a는 제조 셋업의 개략도를 도시한다. 제조 설치 및 정렬 절차의 세부 사항은, (22) (21)에서 논의된다. 400 nm의 중심 파장 120 FS 펄스 폭이 펨토초 레이저는 위상 마스크에 입사된다. 위상 마스크는 0 ± 1 주문에의 펨토초 레이저 빔을 분할합니다. 빔 블록은 0 차 빔을 차단하기 위해 사용된다. 폴딩 거울 대칭 간섭 패턴을 생성하기 위해, 나노 섬유의 위치에 ± 1 주문 재결합. 상기 위상 마스크의 피치는 700 ㎚이며, 따라서 간섭 패턴은 350 nm의 피치 (Λ G)을 갖는다. 원통형 렌즈는 파이버 따라 펨토초 레이저 빔을 집중한다. 에서 빔 크기 (Y 축)및 (Z 축)을 따라 나노 파이버는 각각 60 ㎛ 내지 5.6 mm이다. 테이퍼 섬유는 섬유를 연신 압전 액츄에이터 (PZT)를 구비 한 홀더에 장착된다. 유리 접시와 상단 덮개는 먼지로부터 나노 섬유를 보호하는 데 사용됩니다. 테이퍼 섬유와 홀더는 번역 (XYZ) 및 회전 (θ) 단계가 장착 된 제조 벤치에 고정되어있다. θ-단계는 YZ 평면의 나노 섬유 샘플의 회전을 할 수 있습니다. 상기 X 스테이지는 XY- 및 XZ면을 따라 경사 각도를 제어 할 수있다. CCD 카메라는 나노 파이버로부터 20cm의 거리에서 상기 나노 파이버 위치를 모니터링하는 XY 평면에서 45 °의 각도로 배치된다. 모든 실험은 먼지없는 환경을 달성하는 HEPA (고효율 미립자 체포) 필터가 장착 된 깨끗한 부스 내부에서 수행된다. 먼지가없는 상태에서는 나노 파이버의 송신을 유지하는 것이 필수적이다. 그림 1B는 광학 측정의 회로도를 보여줍니다. 테이퍼 섬유에 광섬유 결합 형 광원과 고분해능 스펙트럼 분석기를 이용하여 송신되고 반사 된 빛의 스펙트럼을 측정 : - 제조 동안에, 광학 특성 간단히 광대역 (900 내지 700 nm 파장 영역)을 실행하여 모니터링된다. 파장 가변 CW 레이저 소스 적절히 캐비티 모드를 해결 절대 캐비티 전송을 측정하기 위해 사용된다. 우리는 제조 및 특성에 대한 프로토콜을 제시한다. 프로토콜 섹션은 세 개의 하위 섹션, 제작 된 샘플의 나노 섬유 제조, 펨토초 레이저의 제조 및 특성에 분할된다.

<table><tbody><tr><td>펨토초 레이저</td><td>Coherent Inc.</td><td>Libra HE</td><td></td></tr><tr><td>위상 마스크</td><td>Ibsen Photonics</td><td>맞춤형</td><td></td></tr><tr><td>광학 나노섬유 제조 장비&nbsp; &nbsp;</td><td>이시하라 산업</td><td>ONME</td><td></td></tr><tr><td>ADC 카드</td><td>, PicoTech</td><td>ADC-24</td><td></td></tr>, <tr><td>단일 모드 광섬유</td><td>, Fujikura</td><td>FutureGuide-SM</td><td></td></tr>, <tr><td>광대역 소스</td><td>, NKT Photonics,</td><td>SuperK, EXTREME</td><td></td></tr><tr><td>CW, 조정 가능한 레이저</td>, <td>Coherent, Inc.</td><td>MBR-110</td><td></td></tr><tr><td>스펙트럼 분석기 (투과 스펙트럼)</td><td>Thermo Fisher Scientific</td><td>Nicolet 8700</td><td></td></tr><tr><td>스펙트럼 분석기 (반사 스펙트럼)</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>Power Meter</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>주사 전자 현미경</td><td>Keyence</td><td>VE-9800</td><td></td></tr><tr><td>UV 경화 에폭시</td><td>NTT-AT</td><td>AT8105</td><td></td></tr><tr><td>포토다이오드</td><td>ThorLabs</td><td>PDA 36A-EC</td><td></td></tr><tr><td>클린 룸 와이프</td><td>TExWipe</td><td>TX-404</td><td></td></tr><tr><td>섬유 코팅 스트리퍼</td><td>NTT-AT</td><td>섬유 니퍼 250 &mu; 엠&nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>커버 유리</td><td>Matsunami Glass IND,LTD</td><td>NEO 마이크로 커버 유리 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>원통형 렌즈 스테이지</td><td>NewPort</td><td>M-481-A&nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>Y, Z 스테이지</td><td>Chuo Precision Industrial Co., LTD.</td><td>LD-149-C7</td><td></td></tr><tr><td>회전 스테이지</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>

펨토초 레이저에 의한 절제를 사용하여 나노 섬유에 1-d 광자 크리스탈 캐비티의 제작

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

우리는 펨토초 레이저 유발 절제하여 서브 파장 직경 테이퍼 광섬유, 광학 나노 파이버, 1-D 광결정 (PHC) 공동을 제조하는 프로토콜을 제시한다. 우리는주기적인 나노 분화구의 수천 단지 하나의 펨토초 레이저 펄스를 조사하여 광학 나노 섬유를 제조하는 것으로 나타났다. 전형적인 샘플의 경우, 점차적으로 50에서 다양한 직경 350 나노 미터와 함께 기간과주기적인 나노 분화구 - 550 nm의 - 1mm의 길이에 걸쳐 250 내지 450의 주위에 직경이 나노 섬유에 제조된다. 이러한 나노의 주요 양태는 나노 파이버 자체가 원통형 렌즈로서 작용하고 그림자 표면에 펨토초 레이저 빔을 초점을 맞추고있다. 또, 단발 제조 기계적 불안정성 등의 제조 결함으로는 면역한다. 나노 그러한 주기적 나노 크레이터는 1-D PHC 역할과 정지 대역에서 높은 투과율을 유지하면서 강력한 광대역 반사 있도록. 또한 나노 섬유에 apodized 결함 유도 PHC 공동을 제조하기 위해 나노 분화구 어레이의 프로파일을 제어하기위한 방법을 제시한다. 나노 섬유 기반 PHC 캐비티와 광 네트워크의 효율적인 통합 횡 방향 및 종 방향 양쪽 필드의 강한 제한은 나노 포토 닉 애플리케이션 양자 정보학의 새로운 가능성을 열고있다.

도 2는 제조 된 나노 섬유 샘플의 대표적인 부분의 SEM 화상을 나타낸다. 이는 주기적 나노 크레이터 간섭 줄무늬에 잘 대응하는 350 ㎚의 주기로, 나노 섬유의 그림자 측에 형성되어 있음을 보여준다. 삽입 된 샘플의 확대도를 나타낸다. 나노 크레이터 형상은 거의 원형이며, 전형적인 나노 구멍의 직경은 약 210 ㎚이다. 도 3a는 apodized PHC 공동 용 제조 한 결과를 나타낸다. 다른 조립 각도 (θ) 및 펄스 에너지에 해당하는 나노 섬유의 직경과 함께 나노 분화구 어레이의 전형적인 프로파일은 나타낸다. 원은 나노 구멍 직경을 표시하고, 사각형은 대응하는 나노 섬유의 직경이다. 선은 가우스가 프로필에 적합하다. 샘플 FABRI에 검은 색과 녹색의 대응에 표시된 데이터θ = 0 °로 cat...

우리는 펨토초 레이저 유발 절제하여 파장 이하 직경의 실리카 섬유 (나노 파이버 광)의 1-D 광결정 공동을 제조하는 프로토콜을 제시한다.

펨토초 레이저에 의한 절제를 사용하여 나노 섬유에 1-D 광자 크리스탈 캐비티의 제작

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

이 실험 절차의 전반적인 목표는 파장 미만의 직경을 가진 테이퍼드 광섬유(tapered optical fiber) 상에 1차원 광자 결정 공동(photonic crystal cavity)을 광학적으로 제작하는 것을 시연하는 것입니다. 본 방법의 핵심은 나노섬유 상에 수천 개의 나노 구조물을 제작하는 것이며, 단일 레이저 부품만으로 제작된 이 나노 구조물은 결과적으로 1차원 광자 결정 공동으로 작용하여 나노 광학 및 양자 정보 과학의 새로운 가능성을 열어줄 수 있습니다. 이 연구의 필수적인 측면은 나노섬유 자체가 원통형 렌즈 역할을 하여 레이저 빔을 측면 표면에 집중시킨다는 점입니다.또한, 이러한 제작 방식은 기계적 불안정성이나 기타 제작상의 결함으로부터 자유롭다는 점이 특징입니다. 음성 낭독은 본 연구실의 대학원생인 Jameesh Keloth와 함께 진행하는 절차입니다. 제작에 사용할 나노섬유는 상용 장비를 사용하여 제조할 예정입니다.노즐에서 나오는 산소-수소 화염으로 파이버를 가열합니다. 전동 스테이지가 파이버를 당겨 테이퍼 섹션을 생성합니다. 컴퓨터는 프로브 레이저와 포토다이오드의 입력을 사용하여 파이버의 투과율을 모니터링합니다.나노섬유는 약 210 millimeters 길이의 싱글 모드 최적화 광섬유(single mode optimal fiber)로 제작됩니다. 나노섬유를 제작하려면 다른 장비들이 필요합니다. 우선, 광섬유 코팅 제거기(fiber coating stripper), 메탄올, 그리고 클린룸 와이프를 준비하십시오.또한, 싱글 모드 파이버를 담글 수 있는 아세톤 저장조를 준비하십시오. 나노파이버에 먼지가 쌓이는 것을 방지하기 위해, 신속하게 격리할 수 있도록 준비하십시오. 본 실험에서 나노파이버는 UV 경화성 에폭시를 사용하여 이 나노파이버 홀더에 장착됩니다.유리 플레이트 상단 커버를 사용하여 홀더를 닫을 수 있습니다. 단일 모드 광섬유를 준비하고, 광섬유 코팅 스트리퍼를 사용하여 양 끝단에서 5mm 길이의 폴리머 재킷을 제거합니다. 클린룸 와이프를 메탄올에 적셔 끝단을 세척하십시오.다음으로, 두 끝단 사이의 광섬유를 아세톤 저장조에 담급니다. 광섬유 재킷이 벗겨질 때까지 10분에서 15분 동안 그대로 둡니다. 광섬유 재킷이 벗겨지면, 광섬유를 아세톤에서 꺼내어 메탄올을 적신 클린룸 와이프로 광섬유 전체를 닦아냅니다.다음 단계를 위해 섬유를 상용 나노섬유 장치로 옮깁니다. 이 섬유는 전동 드라이브에 장착되어 제작을 시작할 준비가 된 상태입니다. 장치를 닫고 프로브 레이저를 켜서 투과율을 모니터링하십시오.소프트웨어를 사용하여 화염을 점화하고, 파라미터를 로드한 후 제작을 시작합니다. 제작이 완료되면 에폭시가 도포된 나노섬유 홀더를 장치로 가져갑니다. UV 경화성 에폭시를 사용하여 테이퍼의 양쪽에 섬유를 고정합니다.섬유가 제자리에 위치하면 상단 커버로 나노섬유 홀더를 덮습니다. 샘플을 깨끗한 상자에 넣어 실험 장치로 옮깁니다. 이것이 펨토초 레이저 가공을 위한 설정입니다.HEPA 필터가 장착된 클린 부스 내부입니다. 레이저 빔이 원통형 렌즈 위쪽에서 들어옵니다. 나노섬유 홀더는 X, Y, Z축 이동 스테이지와 회전 스테이지 위에 놓이게 됩니다.이 도식은 장치에 대한 보다 명확한 개념을 제공합니다. 레이저 광이 원통형 렌즈를 통과합니다. 그 후 700 nanometers의 피치를 가진 위상 마스크에 도달합니다.위상 마스크는 빔을 0차 및 ±1차로 분리합니다. 0차 빔은 차단되며, ±1차 빔은 폴딩 미러에서 반사됩니다. 대칭적으로 배치된 미러는 홀더에 고정된 나노파이버에서 간섭 패턴이 생성되도록 유도합니다.포토다이오드를 통해 광섬유 내의 빛을 모니터링할 수 있습니다. 나노섬유의 위치를 모니터링하는 데는 CCD 카메라가 사용됩니다. 레이저 제작 장치는 정렬되어야 합니다.이 과정에는 레이저로 절제 가능한 유리판의 사용이 필요합니다. 제작 벤치 위에 유리판을 놓으십시오. 이동 스테이지를 사용하여 벤치의 높이를 15 millimeters로 조정한 다음, 1 milijoules의 펄스 에너지로 5초 동안 유리에 레이저를 조사하십시오.CCD 카메라를 사용하여 플레이트를 관찰하고 레이저 유도 절제 부위를 확인합니다. 절제 패턴이 나타난 유리 표면에서 손상된 선을 확인할 수 있습니다. 새로운 절제를 수행할 수 있도록 유리의 수평 위치를 1mm 이동시킵니다.그 후, 새로운 위치에서 어블레이션 강도를 테스트하기 위해 유리 표면의 높이를 변경합니다. 1 mJ의 펄스 에너지로 유리판을 다시 5초 동안 조사합니다. 그런 다음, 유리판의 손상 정도를 평가합니다.이 유리 플레이트에서 수행한 것과 같이, 유리의 높이를 조절하고 가장 강한 어블레이션 라인이 확인될 때까지 새로운 영역을 어블레이션합니다. 가장 강한 어블레이션 라인과 관련된 높이로 스테이지를 맞춘 상태에서, 거울의 각도와 스테이지를 미세 조정하여 어블레이션을 더욱 극대화합니다. 이러한 최적화가 끝나면 CCD 카메라 소프트웨어로 이동하십시오.소프트웨어를 사용하여 시야 내의 어블레이션 라인 위치를 표시합니다. 어블레이션의 주기적 구조를 테스트하기 위해 유리판을 제거합니다. 패턴을 이미징하려면 주사 전자 현미경을 사용하십시오.패턴은 350 nanometers의 주기를 가진 주기적 구조를 보여야 합니다. 그렇지 않은 경우, 정렬 단계를 반복하십시오. 정렬된 제작 벤치에서 시작하십시오.홀더에 적절하게 제작된 테이퍼드 파이버를 준비합니다. 파이버 홀더를 장착하고 파이버를 프로브 레이저에 결합합니다. 적절하게 정렬하려면 파이버가 CCD 소프트웨어에 표시된 어블레이션 라인과 거의 평행해야 합니다.테이퍼드 파이버(tapered fiber)로 프로브 레이저를 보내고 CCD 카메라를 사용하여 산란을 관찰하십시오. 이동 스테이지를 이용해 파이버를 길이 방향으로 이동시켜 어블레이션 라인의 중심에 맞춥니다. 이제 최소 펄스 에너지를 설정한 펨토초 레이저를 사용하십시오.광섬유를 수평 평면으로 이동시켜 펨토초 레이저 빔과 겹치게 합니다. 그런 다음 광섬유를 수직 평면으로 이동시켜 그 위치를 어블레이션 라인과 겹치게 합니다. 다시 수평 평면으로 이동시켜 펨토초 레이저와의 중첩을 최대화합니다.스테이지를 앞뒤로 이동시키면서 파이버 홀더 상단 커버의 유리를 통해 파이버에서 발생하는 1차 및 2차 반사광을 관찰하십시오. 밝은 점들이 선을 따라 이동한다면 나노파이버가 어블레이션 라인과 평행하지 않은 것이므로 회전 스테이지를 회전시켜야 합니다. 점들이 순간적으로 나타난다면 나노파이버가 어블레이션 라인과 평행하다는 것을 의미하며, 회전 스테이지를 조정할 필요가 없습니다.나노섬유가 어블레이션 라인과 평행할 때, 프로브 레이저를 끄고 포토다이오드를 사용하여 섬유를 통해 전달되는 출력을 측정하십시오. 이동 스테이지를 사용하여 수평면에서 섬유의 위치를 조정하십시오. 조정의 목표는 펨토초 레이저로부터 산란되어 측정되는 출력을 최대화하는 것입니다.완료되면, 회전 스테이지를 사용하여 파이버를 회전 각도로 회전시킵니다. 다음으로, 파워 미터를 사용하여 펨토초 레이저 빔을 차단합니다. 미터에 0.27 mJ이 표시되도록 펄스 에너지를 조정합니다.미터를 레이저 경로에서 제거하기 전에 펨토초 레이저 설정을 싱글 샷(single shot)으로 변경하십시오. 단일 펨토초 레이저 펄스를 조사하여 제작을 완료하십시오. 정렬된 설정으로 제작을 시작하십시오.또한, 원통형 렌즈 위에 와이어가 지지되도록 배치하십시오. 이 0.5 mm 구리 와이어는 포스트에 의해 지지됩니다. 포스트는 레이저 빔 내에서 와이어의 위치를 조정할 수 있도록 이동 스테이지 위에 장착됩니다.유리판의 높이를 가장 강한 어블레이션 라인이 발견된 위치로 설정하십시오. 그다음 레이저 빔의 중심에 와이어를 삽입하고 어블레이션 라인과 수직이 되도록 배치하십시오. 와이어의 그림자를 관찰하며 어블레이션 패턴의 중심에 위치하도록 조정하십시오.다음으로, 펨토초 레이저 펄스를 사용하여 유리판에 어블레이션 패턴을 생성합니다. 유리판의 어블레이션 패턴을 확인하여 와이어 중심부에 갭이 생성되었는지 확인합니다. 생성되지 않았다면, 구리 와이어를 중심으로 이동시킨 후 유리판의 새로운 섹션을 어블레이션합니다.틈이 절제 패턴의 중심에 올 때까지 반복합니다. 계속 진행하기 전, 이동 스테이지를 고정하여 와이어를 제자리에 고정합니다. 그런 다음 제작 플랫폼에서 유리판을 제거합니다.광섬유가 장착된 광섬유 홀더를 준비하여 제작 장치에 설치합니다. 여기서는 홀더가 제자리에 설치되어 있으며 광섬유가 프로브 레이저와 결합된 상태입니다. 광섬유를 통해 프로브 레이저 펄스를 송신합니다.이는 CCD 소프트웨어에 기록된 어블레이션 라인과 거의 평행해야 합니다. 프로브를 끄기 전, 스테이지를 광섬유 길이 방향으로 이동시켜 나노섬유를 어블레이션 라인의 중앙에 맞추십시오. 펨토초 펄스를 켜고, 광섬유와 펨토초 레이저 펄스의 중첩을 최대화하는 것을 목표로 광섬유의 길이와 수직인 수평면 상에서 광섬유를 이동시키십시오.포토다이오드로 산란광의 세기를 측정하여 확인합니다. 중첩을 최대화한 후, 제작 각도를 설정합니다. 이제 파워 미터를 사용하여 펨토초 레이저를 차단하십시오.그런 다음 펄스 에너지를 0.27 mJ로 조정하고 펨토초 레이저 설정을 단일 샷(single shot)으로 변경합니다. 레이저 경로에서 파워미터를 제거하고 펨토초 레이저 펄스를 한 번 조사하여 제작을 완료합니다. 이 주사 전자 현미경 이미지는 제작된 나노섬유 샘플의 전형적인 세그먼트를 보여줍니다.나노크레이터는 광섬유의 그림자 쪽에 형성됩니다. 나노크레이터는 직경이 약 210 nanometers인 거의 원형의 형태를 띱니다. 본 샘플의 주기성은 350 nanometers입니다.아포다이즈드(apodized) 프로토닉 결정 공동(protonic crystal cavity)에서 얻은 이 투과 스펙트럼은 나노크레이터 면에 수직으로 편광된 빛에 대한 것입니다. 이 스펙트럼은 약 794에서 799 nanometers 사이의 스톱밴드(stopband) 영역을 보여주며, 이 영역에서 투과율은 단 몇 퍼센트에 불과합니다. 이를 나노크레이터 면에 평행하게 편광된 빛의 투과 스펙트럼과 비교해 보십시오.또한 약 796에서 803 나노미터 사이의 더 긴 파장 대역에서 스톱 밴드가 나타납니다. 두 스펙트럼 모두 공동 모드(cavity modes)에 해당하는 피크를 가집니다. 결함 유도 광자 결정 공동의 동일한 편광 모드에서 얻은 투과 스펙트럼에서도 유사한 거동이 관찰됩니다.이러한 경우, 공동 모드(cavity modes)는 스톱 밴드(stop band)의 양단에 위치하게 됩니다. 단파장 영역에서의 공동 모드 간격이 장파장 영역에서의 간격보다 훨씬 크다는 점에 유의하십시오. 이 단일 샷 광학 제작 방식은 기계적 불안정성의 영향을 받지 않아 범주 높이를 보장하며, 이 제작 기술은 나노섬유를 이용한 다양한 나노광학 소자를 만드는 데 구현될 수 있고 다른 나노제작 공정에도 적용될 수 있습니다.

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연구

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하위 Diffraction 제한 이미징 및 원격 탐사에 사용 하기 위해 펨 레이저 필 라 멘 트

다광자 현미경, 내시경 검사 및 광의학에서 잠재적 인 응용 분야에 대한 사용자 정의 저비용, 모드 잠금 펨토초 섬유 레이저를 구축하는 방법이 제시된다. 이 레이저는 시판되는 부품과 기본 접합 기술을 사용하여 제작되었습니다.

다광자 현미경을 위한 저비용 맞춤형 제작 및 모드 잠금 작동 의 모든 정상 분산 펨토초 섬유 레이저

리프오프 포토리소그래피, 나노 깊이 반응성 이온 에칭 및 실온 플라즈마를 통해 음향 나노 유체학용 리튬 니오베이트에 표면 음향파 작동 장치를 통합하여 나노 높이 채널의 제조를 시연합니다. 단결정 리튬 niobate의 표면 활성화 다층 결합, 산화물에 리튬 niobate 결합에 유사하게 유용한 공정.

음향 나노 유체학용 리튬 니오바테를 통한 표면 음향파 작동을 통합한 나노높이 채널 제조

이 프로토콜은 미량 가스 분광법과 같은 다양한 응용 분야를 가진 저비용, 이산, 광섬유 결합 및 공기 간격 Fabry-Perot etalon의 구성을 설명합니다. 제작은 표준 광학 실험실 장비를 사용할 수 있는 모든 시설에서 가능합니다.

저비용, 섬유 결합 및 공기 간격 Fabry-Pérot Etalon 제작

액체의 초고속 레이저 어블레이션은 액체/공기 환경에서 나노 물질(나노 입자[NP] 및 나노 구조[NS])을 합성하기 위한 정밀하고 다재다능한 기술입니다. 레이저 절제 나노 물질은 라만 활성 분자로 기능화하여 NS/NP 위 또는 근처에 배치된 분석물의 라만 신호를 향상시킬 수 있습니다.

표면 강화 라만 산란 기반 감지 응용 분야를 위한 초고속 레이저 절제 나노 입자 및 나노 구조

배우세요 펨토초 레이저 절제를 이용해 나노 섬유에 1차원 광자 결정 캐비티를 제작하는 방법을. 이 기술은 나노광학 및 양자정보과학 분야의 새로운 응용 가능성을 열어줍니다.

펨토초 레이저에 의한 절제를 사용하여 나노 섬유에 1-D 광자 크리스탈 캐비티의 제작

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