Charakterystyka anizotropowych modulatorów trybu nieszczelnego dla Holovideo

Summary

Ta praca opisuje wytwarzanie i charakterystykę anizotropowych modulatorów trybu nieszczelności dla holograficznego wideo.

Abstract

Wyświetlacze Holovideo są oparte na przestrzennych modulatorach światła zakrzywiających światło. Jednym z takich przestrzennych modulatorów światła jest anizotropowy modulator nieszczelności. Ten modulator szczególnie dobrze nadaje się do eksperymentów z holograficznym wideo, ponieważ jest stosunkowo prosty i niedrogi do wyprodukowania^1-3. Niektóre dodatkowe zalety urządzeń działających w trybie nieszczelnym to: duża zagregowana szerokość pasma, separacja polaryzacji światła sygnalizacyjnego od szumu, duże odchylenie kątowe i kontrola częstotliwości koloru¹. Aby zrealizować te zalety, niezbędna jest umiejętność odpowiedniego scharakteryzowania tych urządzeń, ponieważ ich działanie jest silnie uzależnione od parametrów falowodu i przetwornika⁴. Aby scharakteryzować modulatory, autorzy używają komercyjnego sprzęgacza pryzmatu, a także niestandardowego aparatu do charakteryzacji do identyfikacji modów kierowanych, obliczania grubości falowodu i wreszcie do mapowania częstotliwości wejściowej urządzenia i kątowej mocy wyjściowej modulatorów nieszczelnych. Niniejsza praca zawiera szczegółowy opis pomiaru i charakterystyki modulatorów trybu nieszczelności odpowiednich do pełnokolorowego holograficznego wideo.

Introduction

Większość technologii wyświetlania holograficznego, takich jak rozpikselowane zawory świetlne, a także urządzenia MEM i modulatory akustyczno-optyczne fal masowych, są zbyt złożone, aby pozwolić na szeroki udział w ich rozwoju. Modulatory z pikselami, zwłaszcza te z warstwami filtrującymi i aktywnymi płaszczyznami tylnymi, mogą wymagać dziesiątek kroków tworzenia wzorców do zbudowania⁵ i mogą być ograniczone przez fan-out⁶. Im większa liczba etapów tworzenia wzorców, tym większa złożoność urządzenia i tym ściślejszy musi być protokół produkcyjny, aby osiągnąć rozsądną wydajność urządzenia⁷. Modulatory akustyczno-optyczne wykorzystujące fale objętościowe nie nadają się do procesów opartych na płytkach^8,9. Anizotropowe modulatory trybu nieszczelnego wymagają jednak tylko dwóch etapów modelowania w celu wytworzenia i wykorzystania stosunkowo standardowych technik mikrowytwarzania^10,11. Dostępność tych procesów umożliwia każdej instytucji dysponującej skromnym zapleczem produkcyjnym udział w rozwoju technologii holograficznego wyświetlania wideo¹².

Prostota produkcji urządzeń może być jednak urzekająca, ponieważ prawidłowe działanie urządzeń jest silnie uzależnione od falowodów, które muszą być dokładnie zmierzone i dostosowane, aby osiągnąć pożądane cechy urządzenia. Na przykład, jeśli falowód jest zbyt głęboki, pasmo operacyjne urządzenia zostanie zawężone¹³. Jeśli falowód jest zbyt płytki, urządzenie może nie działać przy czerwonym podświetleniu. Jeśli falowód zostanie wyżarzony zbyt długo, kształt profilu głębokości falowodu zostanie zniekształcony, a przejścia czerwony, zielony i niebieski mogą nie przylegać do siebie w dziedzinie częstotliwości¹⁴. W niniejszej pracy autorzy prezentują narzędzia i techniki do przeprowadzenia tej charakterystyki.

Nieszczelny modulator składa się z falowodu z wymiennym protonem, rozproszonego na powierzchni piezoelektrycznego, x-cut niobianu litu^15,16. Na jednym końcu falowodu znajduje się aluminiowy przetwornik międzypalcowy, patrz rysunek 1. Światło jest wprowadzane do falowodu za pomocą sprzęgacza pryzmatycznego¹⁷. Następnie przetwornik uruchamia powierzchniowe fale akustyczne, które oddziałują przeciwliniowo ze światłem w falowodzie wzdłuż osi y. Ta interakcja łączy światło kierowane w tryb nieszczelny, który wycieka z falowodu do masy i ostatecznie opuszcza podłoże z powierzchni krawędziowej^18,19. Ta interakcja obraca również polaryzację z spolaryzowanego światła kierowanego TE na spolaryzowane światło nieszczelne TM. Powierzchniowy wzór fali akustycznej jest hologramem i jest w stanie skanować i kształtować światło wyjściowe w celu utworzenia obrazu holograficznego.

Falowód jest tworzony przez wymianę protonów. Najpierw aluminium osadza się na podłożu. Następnie aluminium jest wzorzyste fotolitograficznie i wytrawiane, aby odsłonić obszary podłoża, które stają się kanałami falowodowymi. Pozostałe aluminium działa jak twarda maska. Podłoże zanurza się w stopionym kwasie benzoesowym, który zmienia indeks powierzchniowy w odsłoniętych obszarach. Urządzenie jest wyjmowane, czyszczone i wyżarzane w piecu muflowym. Ostateczna głębokość falowodu określa liczbę nieszczelnych przejść modów. Głębokość falowodu określa również częstotliwość każdego przejścia z przewodnika do trybu dla każdego koloru⁴.

Aluminiowe przetworniki są formowane przez start. Po uformowaniu falowodów na podłoże przędzony jest rezystancja wiązki elektronowej. Przetwornik międzypalcowy jest wzorowany na wiązce elektronów, tworząc ćwierkający przetwornik zaprojektowany tak, aby reagować na pasmo 200 MHz odpowiedzialne za kontrolowanie koloru w urządzeniach falowodowych. Okres palca jest określany przez Λƒ = v, gdzie Λ to okres palca, v to prędkość dźwięku w podłożu, a ƒ to częstotliwość radiowa (RF). Przetwornik będzie miał impedancję, która musi być dopasowana do 75 omów, aby zapewnić wydajną pracę²⁰.

Interakcja w trybie nieszczelności zachodzi na różnych częstotliwościach dla różnych długości fal światła oświetlenia, w wyniku czego światło czerwone, zielone i niebieskie może być kontrolowane w dziedzinie częstotliwości. Powierzchniowy wzór fali akustycznej jest generowany przez sygnał RF wysyłany do przetwornika międzypalcowego. RF sygnału wejściowego przekłada się na częstotliwości przestrzenne na powierzchniowym wzorze fali akustycznej. Falowód można wyprodukować tak, aby sygnały o niskiej częstotliwości kontrolowały przemiatanie kątowe i amplitudę światła czerwonego, podczas gdy średnie częstotliwości kontrolują światło zielone, a wysokie częstotliwości kontrolują światło niebieskie. Autorzy zidentyfikowali zestaw parametrów falowodu, które pozwalają na oddzielenie i sąsiedztwo wszystkich tych trzech interakcji w dziedzinie częstotliwości, tak aby wszystkie trzy kolory mogły być kontrolowane za pomocą jednego sygnału 200 MHz, co jest maksymalną przepustowością popularnych procesorów graficznych (GPU).

Dopasowując szerokość pasma kanału GPU do modulatora trybu nieszczelnego, system staje się w pełni równoległy i wysoce skalowalny. Dodając pary procesorów graficznych o dopasowanej szerokości pasma i kanały modulatora trybu nieszczelnego, można konstruować holograficzne wyświetlacze o dowolnym rozmiarze.

Po utworzeniu urządzenia, jest ono starannie charakteryzowane, aby sprawdzić, czy częstotliwości przejścia z trybu nieszczelnego do nieszczelnego są odpowiednie do kontroli częstotliwości kolorów. Po pierwsze, lokalizacja trybów prowadzonych jest określana przez komercyjny sprzęgacz pryzmatyczny, aby potwierdzić, że falowód ma odpowiednią głębokość i prawidłową liczbę trybów prowadzenia. Następnie, po zamontowaniu i zapakowaniu urządzeń, są one umieszczane w niestandardowym sprzęgaczu pryzmatycznym, który odwzorowuje częstotliwości wejściowe skanowanego światła wyjściowego. Uzyskane dane dają odpowiedź wejściową częstotliwościową i odpowiedź wyjścia kątowego dla światła czerwonego, zielonego i niebieskiego dla testowanego urządzenia. Jeśli urządzenie zostało wykonane prawidłowo, odpowiedź wejściowa urządzenia zostanie rozdzielona pod względem częstotliwości, a odpowiedź wyjściowa będzie nakładać się pod kątem. Gdy zostanie to potwierdzone, urządzenie jest gotowe do użycia w holograficznym wyświetlaczu wideo.

Pierwsze pomiary odbywają się przed zapakowaniem urządzenia. Głębokość falowodu jest określana przez komercyjny łącznik pryzmatyczny. Można to osiągnąć za pomocą tylko jednej długości fali oświetlenia (zwykle 632 nm czerwonej), ale autorzy zmodyfikowali swój komercyjny sprzęgacz pryzmatyczny, aby umożliwić mu zbieranie informacji o trybie dla światła czerwonego, zielonego i niebieskiego. Po zapakowaniu urządzenie poddawane jest drugiemu pomiarowi w niestandardowym sprzęgaczu pryzmatycznym, który rejestruje odchylone światło wyjściowe w funkcji wejściowego RF. Poniżej znajduje się szczegółowy opis tych pomiarów. Podano również etapy wytwarzania.

Protocol

1. Wstępne przygotowanie

Uwaga: Zacznij od nowej płytki niobianu litu X-cut. Powinien być klasy optycznej, o grubości 1 mm, czysty, bez żadnych osadów na powierzchni, obustronnie polerowany, a górna strona zaznaczona.

1. Za pomocą parownika wiązki elektronów lub równoważnej maszyny w próżni 50 μTorr, odparować 200 nm aluminium na płytce z prędkością 5 A/s. Aby powtórzyć przedstawione wyniki, umieść konstelację wafli 65 cm nad aluminiowym tyglem.
2. Zakręć 30 kroplami dodatniego fotorezystu, takiego jak AZ3330, z prędkością 3,000 obr./min przez 60 sekund. Zmiękcz rezystor w temperaturze 90 °C przez 60 sekund. Uwaga: Szczegółowy opis mechaniki przędzenia folii polimerowych znajduje się w pracy C. J. Lawrence'a²¹.
3. Używanie odpowiedniej maski, takiej jak "Maska 1. Proton Exchange Mask.dxf" dostarczony w załączniku, naświetl płytkę za pomocą wyrównywacza maski z żarówką rtęciową o mocy 350 W lub jej odpowiednikiem przez 10 sekund zgodnie ze specyfikacją maszyny. Upewnij się, że płytka jest wyrównana tak, aby falowody były równoległe do osi y.
4. Rozwiń rezyst w dodatnim wywoływaczu fotorezystu przez 60 sekund. Piecz wafel na twardo przez 60 sekund w temperaturze 110 °C. Całkowicie wytraw odsłonięte aluminium, zanurzając je na 2 minuty w roztworze 1 l wytrawiacza aluminiowego podgrzanego do 50 °C.
   UWAGA: Wytrawianie aluminium jest toksyczne, i szkodliwe. Zobacz kartę charakterystyki, aby uzyskać informacje na temat prawidłowego obchodzenia się i przechowywania tej substancji chemicznej. Podczas obchodzenia się z tą substancją chemiczną należy używać odpowiedniego sprzętu ochrony osobistej przed kwasem.
5. Usuń maskę fotorezystu za pomocą spłukania acetonem, a następnie alkoholem izopropylowym (IPA).
6. Używając tarczy diamentowej o grubości 0,016 cala i głębokości naświetlania 0,165 cala na automatycznej piłie do krojenia w kostkę, pokrój płytkę na urządzenia o wymiarach 10 x 15 mm² z długim wymiarem równoległym do osi y.
   Uwaga: Ostrze nie przetnie całkowicie podłoża. Aby oddzielić każde urządzenie, po prostu napręż każde cięcie wykonane przez piłę do krojenia w kostkę. Każde urządzenie o wymiarach 10 x 15^mm2 indywidualnie przejdzie przez pozostałe kroki protokołu.

2. Wymiana protonów

1. Umieść indywidualne urządzenie w probówce z małym otworem wszlifowanym w dnie, aby umożliwić interakcję między urządzeniem a wszystkimi kąpielami płynnymi.
2. Wymień protony w urządzeniu, zanurzając je w 1 l stopionego kwasu benzoesowego o czystości 99% w temperaturze 240 °C. Użyj czasu zanurzenia 10 min i 10 sekund, aby osiągnąć docelową głębokość 0,4504 μm.
   Uwaga: Czas zanurzenia w wymianie protonów jest podyktowany współczynnikiem dyfuzji D, który dla stopu autorów wynosi obecnie D = 0,2993. Czas zanurzenia w wymianie protonów oblicza się za pomocą zależności T = d² / (4D). W tym równaniu T to czas wymiany w godzinach, d to głębokość falowodu w mikronach, a D to współczynnik dyfuzji. Szczegółowy opis mechaniki wymiany protonów znajduje się w pracy J. L. Jackela¹⁵.
3. Wyjmij urządzenie i pozostaw do ostygnięcia na 5 minut lub do ostygnięcia w dotyku. Usuń wszelkie pozostałości kwasu benzoesowego za pomocą spłuczki z acetonu, a następnie IPA.

3. Wyżarzanie

1. Umieść urządzenie w zwykłej probówce i zawiń probówkę w folię aluminiową. Umieść rurkę w piecu muflowym na 45 minut w temperaturze 375 °C. Wyjmij urządzenie i pozostaw do ostygnięcia na 5 minut lub do momentu, gdy ostygnie w dotyku.

4. Czysty

1. Wyczyść aluminiową maskę z urządzenia za pomocą aluminiowego wytrawiania przez około 2 minuty w temperaturze 50 °C. Wyczyść urządzenie w kwaśnym wytrawiaczu piranii, aby usunąć wszelkie pozostałości organiczne.
   UWAGA: Kwaśne wytrawianie piranią jest toksyczne, i szkodliwe. Zapoznaj się z kartą charakterystyki, aby uzyskać informacje na temat prawidłowego obchodzenia się z tymi chemikaliami i ich przechowywania. Podczas obchodzenia się z tymi chemikaliami należy używać odpowiednich środków ochrony osobistej przed kwasami.
2. Opłucz urządzenie w acetonie, następnie IPA i osusz sprężonym azotem.

5. Pomiary falowodu

1. Za pomocą dowolnego komercyjnego analizatora falowodowego zmierz charakterystykę falowodu wymienianego protonu.
   Uwaga: Dobre urządzenie będzie miało 2 tryby prowadzenia za pomocą lasera 633 nm. Na rysunku 2 przedstawiono przykład pożądanych wyników. Jeśli urządzenie pokazuje więcej niż dwa tryby z przewodnikiem dla czerwonego podświetlenia, czas wymiany w kroku 2.2 powinien zostać skrócony. Podobnie, jeśli urządzenie pokazuje mniej niż dwa tryby prowadzenia, czas wymiany powinien zostać wydłużony.

6. Dodaj opór

1. Wiruj 4 krople Lift Off Resist (LOR) przy 3,000 obr./min przez 60 sekund, a następnie piecz w temperaturze 200 °C przez 1 godzinę. Wyjmij i pozwól urządzeniu ostygnąć przez 5 minut lub do momentu, gdy ostygnie w dotyku. Odwiruj 4 krople roztworu polimetakrylanu metylu (PMMA) i anizolu w proporcji 3:1 z prędkością 3 000 obr./min przez 60 sekund, a następnie piecz w temperaturze 150 °C przez 15 minut.
2. Wyjmij urządzenie i pozwól mu ostygnąć przez 5 minut lub do momentu, gdy ostygnie w dotyku. Wiruj 2 krople przewodzącego polimeru z prędkością 1,000 obr./min przez 60 sekund, a następnie wiruj z prędkością 6,000 obr./min przez 4 sekundy, aby usunąć nadmiar.

7. Wzorzec

1. Użyj mikroskopu elektronowego wzbogaconego o wygaszacz wiązki, aby umożliwić pisanie lub równoważnej maszyny, aby naświetlić urządzenie.
   1. W próżni 50 μTorr naświetlić warstwę przewodzącą wiązce elektronów o dawce powierzchniowej 30 μC/^cm2, która skanuje wzór przetworników międzypalcowych. Aby powtórzyć wyniki, należy użyć zmierzonego prądu wiązki o natężeniu 410 pA.
   2. Napisz wzór z pliku .dxf lub jego odpowiednika na mikroskopie elektronowym zgodnie ze specyfikacją maszyny.
      Uwaga: Szczegółowy opis procesu litografii E-Beam znajduje się w pracy wykonanej przez R. E. Fontana²².

8. Rozwijaj

1. Usuń warstwę przewodzącą, płucząc urządzenie w ciągłym strumieniu wody dejonizowanej przez 5 sekund. Usuń odsłonięty PMMA, zanurzając urządzenie w roztworze ketonu metylowo-izobutylowego (MIBK) i IPA w stosunku 1:3 na 45 sekund.
   1. Wyjąć z roztworu MIBK:IPA w stosunku 1:3 i płukać IPA przez 5 sek. Osuszyć urządzenie sprężonym azotem.
2. W razie potrzeby powtórz kroki 8.1-8.1.1, aby w pełni rozwinąć PMMA.
   Uwaga: Należy jednak wystawić urządzenie na działanie roztworu MIBK:IPA tylko w odstępach 5 sekund. Kompletny rozwój powinien ujawnić LOR pod PMMA i można go zidentyfikować po jednolitym zabarwieniu w całym rozwiniętym obszarze otoczonym ostrymi krawędziami i rogami.
   Uwaga: Nadmierny rozwój PMMA prowadzi do małego wydmuchiwania elementów i może całkowicie usunąć palce przetwornika międzypalcowego, pozostawiając pojedynczy duży rozwinięty blok. Podobnie w trakcie rozwoju pozostawia niejednorodne pozostałości, które zmniejszą skuteczność następującego po nim procesu startu.
3. Usuń LOR w odsłoniętym obszarze, zanurzając urządzenie w roztworze 1:1 odpowiedniego wywoływacza i wody dejonizowanej na 25 sekund. Usuń z roztworu 1:1 odpowiedni wywoływacz i wodę dejonizowaną. Płukać IPA przez 5 sek.
   1. Wysuszyć sprężonym azotem. W razie potrzeby powtórz kroki 8.3, aby w pełni rozwinąć LOR.
      Uwaga: Należy jednak wystawić urządzenie na działanie roztworu odpowiedniego wywoływacza i wody dejonizowanej tylko w odstępach co 2 sekundy. Pełne opracowanie powinno ujawnić powierzchnię podłoża pod LOR. Można go rozpoznać po jednolitym białym zabarwieniu na całym rozwiniętym obszarze, zachowując przy tym ostre krawędzie i rogi. Niewłaściwe opracowanie LOR prowadzi również do problemów omówionych w 8.2.3.1. Rysunek 3 przedstawia przykładowy proces tworzenia LOR.
      Uwaga: Przełączenie na niższy stosunek odpowiedniego wywoływacza do wody dejonizowanej, taki jak 1:2 lub 1:3, jest pomocne, ponieważ urządzenie zbliża się do całkowitego rozwoju, aby umożliwić rozwinięcie drobnych funkcji bez przedmuchiwania urządzenia. Jednak nie jest korzystne rozpoczynanie od tych dawek, ponieważ całkowity czas wydłuża się i przekracza optymalny czas u wywoływacza.

9. Depozyt aluminium

1. Za pomocą parownika wiązki elektronów lub równoważnej maszyny w próżni 50 μTorr, odparować 200 nm aluminium na płytce z prędkością 5 A/s.

10. Aluminiowe buty do startu

1. Napełnij duże szklane naczynie 750 ml wody na płycie grzejnej o temperaturze 90 °C. Włóż plastikowy bufor do naczynia na wodę. W osobnym małym szklanym pojemniku zanurz urządzenie w 100 ml roztworze N-metylo-2-pirolidonu (NMP).
2. Umieścić pojemnik z roztworem NMP zawierającym urządzenie na plastikowym buforze upewniając się, że poziom wody nie przekracza wysokości pojemnika NMP. Przykryj i pozostaw na 3 do 4 godzin lub do momentu zakończenia aluminiowego startu. Usuń urządzenie z NMP.
   Uwaga: Korzystne jest oczyszczenie dużych kawałków aluminium z urządzenia przed wyjęciem go z kąpieli NMP. Zrób to, używając pipety wypełnionej NMP, aby spryskać urządzenie i strącić wszelkie pozostałe duże kawałki niechcianego aluminium.
3. Wypłucz urządzenie w IPA i osusz sprężonym azotem. Pod mikroskopem sprawdź, czy start został zakończony. Jeśli pozostaną niepożądane resztki aluminium, zwilż urządzenie acetonem i bardzo delikatnie wyszczotkuj wacikiem do pomieszczeń czystych pokrytym acetonem, aby usunąć.
4. Spłucz w IPA, osusz sprężonym azotem i ponownie sprawdź pod mikroskopem. Powtórz czynności 10.3 i 10.4 w razie potrzeby.

11. Polerowanie końca

1. Pokryj urządzenie folią ochronną, taką jak warstwa dodatniego fotorezystu. Clamp urządzenie tak, aby koniec z przetwornikami był odsłonięty do polerowania. Stosując odpowiednie procedury polerowania²³, powoli wypoleruj końcówkę urządzenia do chropowatości powierzchni mniejszej niż 100 nm, tak aby żadne wady powierzchni nie zakłócały światła wychodzącego z urządzenia.
2. Zdejmij urządzenie z clamp i wyczyść folię ochronną. Jeśli fotorezystor został użyty jako folia ochronna, obfite spłukanie w acetonie, a następnie IPA go usunie. W razie potrzeby wysuszyć próbkę sprężonym azotem.

12. Zamontuj na tablicy podziałkowej

1. Jeśli dla płytki wyprowadzającej RF wymagany jest jakikolwiek montaż, zmontuj płytę rozdzielającą zgodnie z jej specyfikacją.
2. Zbuduj ze szklanych szkiełek platformę montażową, która mocno przytrzyma zarówno płytkę wyprowadzającą RF, jak i urządzenie. Uwaga: Platforma montażowa jest zbudowana w kształcie litery U z trzech szklanych prowadnic: jednej 75 x 50 x 1 mm³ i dwóch 75 x 25 x 1 mm³.
   1. Umieść obfitą warstwę superglue na skrajnej lewej czwartej części dużego slajdu. Umieść jeden z mniejszych szkiełek na ściegu superglue tak, aby skrajna lewa krawędź i dolna krawędź pokrywały się z odpowiednimi krawędziami dużego slajdu.
   2. Mocno i równomiernie dociśnij dwa szkiełka, aż klej superglue stwardnieje, około 15 sekund. Powtórz ten proces dla prawej czwartej części dużego szkiełka.
3. Zamontuj urządzenie do górnej części platformy montażowej za pomocą taśmy dwustronnej. Upewnij się, że koniec urządzenia wystaje poza koniec platformy montażowej, tak aby platforma montażowa nie zakłócała światła wychodzącego z końca urządzenia.
4. Zamontuj płytkę wyprowadzającą RF na platformie montażowej tak, aby nie znajdowała się na ścieżce wiązki światła wychodzącego z urządzenia. Prostym sposobem na to jest podniesienie płytki wyprowadzającej grubą taśmą tak, aby spód płytki wyłamującej znajdował się nad górną częścią urządzenia.
5. Podłącz elektrody na urządzeniu do odpowiednich miejsc na płytce wyprowadzającej RF. Użyj cewki indukcyjnej z serii 27 nH, aby dopasować impedancję każdego przetwornika do wejść płytki rozdzielającej.

13. Sprzężenie pryzmatyczne

1. Wybierz pryzmat rutylowy, aby sprzęgnąć światło z urządzeniem. Polaryzacja światła (poprzeczna elektryczna) powinna być równoległa do osi optycznej rutylu, osi optycznej (osi Z) niobianu litu ciętego w kształcie litery X.
2. Dokładnie wyczyść powierzchnie styku zarówno urządzenia, jak i pryzmatu za pomocą IPA. Ustaw pryzmat tak, aby był wyśrodkowany na kanale, który ma być testowany.
3. Mocno dociśnij dolną część pryzmatu do górnej części urządzenia za pomocą mechanizmu zaciskowego. Uwaga: Nie dokręcaj zbyt mocno, ponieważ nadmierny nacisk spowoduje pęknięcie podłoża i uszkodzenie pryzmatu sprzęgającego.
4. Jeśli się powiedzie, obserwuj, że pojawi się mokra plama.
   Uwaga: Mokra plama to obszar sfrustrowanego całkowitego wewnętrznego odbicia na granicy faz między pryzmatem a próbką. Przykład prawidłowego sprzężenia pryzmatu znajduje się na rysunku 4.

14. Montaż w aparacie do charakteryzacji

1. Zamontuj urządzenie na obrotowej platformie aparatury do charakteryzacji barwnej z podziałem częstotliwości dla anizotropowych nieszczelnych modulatorów światła omówionych przez A. Henrie⁴.
   Uwaga: Schemat aparatu do charakteryzacji znajduje się na rysunku 5.

15. Wyrównaj w aparacie charakteryzacji

1. Włącz laser. Aby powtórzyć wyniki przedstawione w tym artykule, należy użyć 5 V dla 638 nm, 5,5 V dla 532 nm i 6,5 V dla 445 nm.
2. Tłumić wiązkę, aż intensywność rozproszonego światła będzie komfortowa dla oka. Sprawdź polaryzację lasera.
   1. Umieść polaryzator na ścieżce wiązki za płytą półfalową, tak aby blokował światło spolaryzowane poziomo. Obróć płytkę półfalową, aby uzyskać maksymalne tłumienie światła laserowego. Usuń polaryzator.
3. Ręcznie obróć platformę tak, aby kąt między laserem a górną powierzchnią urządzenia był ustawiony na odpowiedni kąt wejścia.
   Uwaga: Właściwy kąt można znaleźć w tabeli 1 zgodnie z żądaną długością fali i trybem testowania.
4. Wyrównaj pryzmat za pomocą etapów translacji liniowej, gdy punkt ogniskowy lasera przechodzi przez narożnik pryzmatu pod kątem 90°. Uwaga: Czasami można zauważyć zwiększone rozproszenie lasera spowodowane przez róg pryzmatu.
   1. W tym momencie światło powinno być sprzężone z urządzeniem, co można sprawdzić albo za pomocą charakterystycznej smugi światła spowodowanej rozproszeniem w falowodzie, albo za pomocą charakterystycznych linii modu wychodzących z końca urządzenia²⁴ (patrz rysunek 6).
      Uwaga: W przypadku korzystania z linii trybu pracy do sprawdzenia sprzężenia pomocne jest usunięcie miernika mocy ze ścieżki wiązki. Zamiast tego wstaw równomiernie rozproszony obiekt, taki jak arkusz białego papieru, do ścieżki wiązki.
   2. Jeśli nie zostanie wykryte sprzężenie, powoli obracaj urządzenie, utrzymując krawędź sprzęgającą pryzmatu w ognisku lasera. Jeśli po obróceniu o pięć stopni w dowolnym kierunku nie można wykryć sprzężenia, zdejmij urządzenie z platformy obrotowej, wyjmij pryzmat i wróć do kroku 13.
5. Po wykryciu sprzężenia należy dostroić platformę obrotową i etapy translacji liniowej, aby zmaksymalizować sprzężenie światła.

16. Podłącz wejście RF i załącz urządzenie

1. Wymień miernik mocy, który został usunięty podczas wyrównywania. Usuń również wszelkie przeszkody na ścieżce belki używanej do wyrównywania.
2. Podłącz wejście RF do płytki wyprowadzającej urządzenie i włącz generator sygnału RF. Upewnij się, że amplifier jest zasilany. Uwaga: Aby zabezpieczyć urządzenie przed przepaleniem, moc elektryczna sygnału docierającego do urządzenia nie powinna przekraczać 1 W.
3. Usuń wszelkie tłumienie używane ze względów bezpieczeństwa podczas wyrównywania. Laser jest teraz na poziomie mocy optycznej używanym do testów. Całość należy zamknąć w optycznie izolującym pudełku.

17. Uruchom dostarczony program testowy

1. Uzyskaj menedżera sprzętu laboratoryjnego, aby uruchomić urządzenie do charakteryzacji, takie jak plik LabView AutomatedDeviceCharacterization.vi dostarczony w załączniku.
2. Wstaw wszystkie parametry użytkownika do oprogramowania testującego na komputerze sterującym. Uwaga: Rysunek 7 jest dostarczony dla osób korzystających z dostarczonego pliku kontrolnego eksperymentu. Za pomocą żółtego pola wskazuje pola, które muszą zostać zaktualizowane przed uruchomieniem każdego testu automatycznego, aby dostarczony program analityczny działał poprawnie w kroku 19.
   1. Aby powtórzyć wyniki przedstawione w tym artykule, użyj następujących parametrów testowych: Częstotliwość początkowa: 100 MHz, Częstotliwość końcowa: 800 MHz, Krok częstotliwości: 10, Przybliżona pozycja początkowa: 0, Przybliżona pozycja końcowa: 25 i Krok pozycji: 1. Upewnij się, że przycisk "Output to File" jest wciśnięty.
3. Uruchom program testowy.
   Uwaga: Dostarczony program steruje miernikiem mocy po torze liniowym w odstępach zdefiniowanych przez użytkownika. W każdej pozycji sygnał wejściowy RF jest przewodzony przez zestaw wybranych częstotliwości i wykonywane są pomiary mocy. Pomiar jest również wykonywany przy wejściu RF przy najniższym ustawieniu częstotliwości i najniższej mocy wyjściowej, która została eksperymentalnie określona jako równoważna brakowi sygnału wejściowego⁴. Pomiary te są następnie przedstawiane w czasie rzeczywistym na interaktywnym wykresie 3D.
   1. Obserwuj cztery pliki wyjściowe: *config.csv opisuje eksperyment, *data.csv zawiera odczyt mocy dla każdej częstotliwości, *no_stim.csv zawiera odczyt szumu tła, a *graph.jpeg zawiera kopię wykresu w interfejsie użytkownika programu w stanie, w jakim znajdował się w momencie zakończenia programu. Zobacz rysunek 8.
4. Powtórzyć sekcje 15-17 dla każdej długości fali i trybu TE1 opisanego w Tabeli 1.

18. Analizuj profile częstotliwości i kąta wyjścia

1. Pobierz program do analizy statystycznej lub pobierz kod MATLab CompareWDMmodes.m podany w załączniku.
2. W folderze (w którym znajduje się program) utwórz podfolder, "Numer próby" wprowadź "Numer próby" do programu testującego. Numer próbki to numer identyfikacyjny urządzenia.
3. W tym folderze "Numer próby" utwórz trzy podfoldery. Nazwij każdy folder w następujący sposób: "Numer próbki", "Kolor"_M1_ "Przetwornik". Nazwy w "pogrubieniu i kursywie" są wartościami wprowadzonymi do programu testowego przez użytkownika. (np. A16_BLUE_M1_T1, C5_RED_M1_T13, lub D35_GREEN_M1_T18).
4. Do każdego podfolderu skopiuj cztery pliki utworzone przez oprogramowanie testujące, które odpowiadają tej konkretnej długości fali, trybowi i przetwornikowi.
5. Otwórz program analityczny i zmień zmienne zdefiniowane przez użytkownika u góry, aby odzwierciedlić wartości zdefiniowane przez użytkownika wprowadzone do oprogramowania testowego.
   Uwaga: W przypadku korzystania z dostarczonego programu analitycznego, a wartości zdefiniowane przez użytkownika w programie testowym to "Numer próby" = A16, "Tryb prowadzony" = 1, "Przetwornik" = 1, kod analityczny zostanie zmodyfikowany do następującego:
   % zmiennych zdefiniowanych przez użytkownika
   series='A';
   próbka=16;
   modes=[1];
   przetwornik='T1';
6. Uruchom program analityczny.
   Uwaga: W przypadku korzystania z dostarczonego kodu analitycznego, między innymi tworzy liczbę, która porównuje znormalizowane pasmo przenoszenia i wyjście kątowe dla światła czerwonego, zielonego i niebieskiego. Utworzony przez niego plik znajduje się w podfolderze "Numer próby". Na rysunku 9 przedstawiono przykład danych wyjściowych.

Results

Główne wyniki powyższego protokołu to pomiar trybu kierowanego z komercyjnego łącznika pryzmatycznego pokazany na rysunku 2, pojedyncza częstotliwość, surowe dane wejściowe/wyjściowe zebrane z dostosowanego łącznika pryzmatycznego pokazanego na rysunku 8 oraz krzywe wielokolorowe pokazane na rysunku 9. W poniższych akapitach omówimy przydatne informacje generowane przez każdy z tych wyników.

Discussion

Konstrukcja każdego urządzenia składa się z dwóch kluczowych etapów: wymiany protonów i rozwoju LOR. Z tych dwóch, czas wymiany protonów określa głębokość falowodu, który z kolei określa liczbę przejść w trybie nieszczelnym, kontrolowane pasmo częstotliwości i każdy kluczowy parametr projektowy dla każdego koloru światła. Pożądane są dwa tryby z przewodnikiem w kolorze czerwonym. Jeśli jest ich więcej, poświęcana jest przepustowość. Jeśli jest ich mniej, nie ma gwarancji przejścia w tryb nieszczelności. Postępuj zgodnie ...

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
X-Cut Niobate litu	Gooch i Housego	99-00630-01	Niobian litu 3″ Średnica wafla X-CUT 1  mm Polski/Polski
Pozytyw Fotograficzny Rezystuj 1	EMD Performance Materials	AZ 3330 F Photoresist	Używany do tworzenia maski do wymiany protonów
Deweloper Photoresist	EMD Performance Materials	AZ MIF 300	Rozwija AZ3330 i LOR 3A
	Aluminium Międzynarodowe zaawansowane materiały	AL13	99,999% czystego
aluminium Wytrawianie	transenu	typu A Aluminium Wytrawiacz
Kwas benzoesowy	Sigma Aldrich	109479-500G	99% czysty
aceton	Fisher Chemical	UN1009
IPA	Fisher Chemical	UN1219	99,5% czysty alkohol izopropylowy
Kwaśny wytrawiacz piranii	Cyantek Corperation	Nanostrip
Under Layer Resist	Micro Chem	LOR 3A	Dolna warstwa używana do liftoff
Positive Photo Resist	Micro Chem	950 PMMA A9	Górna warstwa używana do liftoff
Anisole	Micro Chem	A Cieńszy
Przewodzący polimerowy roztwór wodny	Mitsubishi Rayon Company	AquaSAVE
MIBK (4-metylo-2-pentanon)	Sigma Aldrich	360511	Rozwija PMMA
NMP (1-metylo-2-pirolidon)	Sigma Aldrich	328634	Używany do podnoszenia
parownika wiązki elektronowej	Odkurzacz Denton	Uczciwość 20	Wystarczy dowolny równoważny sprzęt.
Przędzarka cienkowarstwowa	Laurell Technologies Corporation	WS-400A-6NPP-LITE	Wystarczy dowolny równoważny sprzęt.
Nakładka maski	Karl Suss Ameryka Inc.	MA 150 CC	Wystarczy dowolny równoważny sprzęt.
Automatyczna piła do krojenia w kostkę	Disco Corperation	Disco Dad 320	Wystarczy dowolny równoważny sprzęt.
Piec muflowy	Thermo Scientific	FB1415M	Wystarczyłby dowolny równoważny sprzęt.
Mikroskop elektronowy	FEI	XL30 ESEM	Wystarczy dowolny równoważny sprzęt.
Piec do odwadniania	Przyrządy laboratoryjne	Ultra-czysty 100  (3497M-3)	Wystarczyłby jakikolwiek ekwiwalentny sprzęt.
Płyta grzejna	Thermo Scientific	SP131325	Wystarczy dowolny równoważny sprzęt.
Polerka	Ultra Tec Mfg., Inc.	Końcówka Ultrapol & Polerka krawędziowa	Wystarczy dowolny równoważny sprzęt.
Klasa IIIb 12  V Lasery RBG: Długości fal (nm): 638, 532 i 445			Kupione z drugiej ręki. Prawdopodobnie wyciągnięte z projektora laserowego. Wystarczyłby jakikolwiek ekwiwalentny sprzęt.
Generator sygnału	Agilent	8648D	Teraz można go znaleźć w Keysight. Przestarzały. Wystarczyłby jakikolwiek ekwiwalentny sprzęt. Wymagane przemiatanie częstotliwości 9 kHz-1,000 MHz.
Wzmacniacz sygnału	Mini-Circuits	TB-17	Niezbędny tylko do pokonania ograniczeń generatora sygnału.
Sterownik miernika mocy	ThorLabs	PM100D	Z miernikiem mocy model S130C. Wystarczyłby jakikolwiek ekwiwalentny sprzęt. Wymagana czułość 500  Pw.
Sterownik siłownika liniowego	Newport	ESP7000	Z siłownikiem liniowym model MFN25PP. Wystarczyłby jakikolwiek ekwiwalentny sprzęt. Potrzebuje 0,1  dokładność mm.
AutomatedDeviceCharacterization.vi	Oprogramowanie do	kontroli eksperymentalnej LabView firmy BYU	Znalezione w załączniku
CompareWDMmodes.m	Oprogramowanie analityczne MATLab	firmy BYU	Znalezione w załączniku