Name: Wytwarzanie i charakterystyka falowodów i wnęk wolnowodnych kryształów fotonicznych (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2012-11-30T13:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 8 s
Description: Poznaj techniki wytwarzania i charakteryzacji falowodów oraz wnęk wolnowodnych w kryształach fotonicznych przy użyciu litografii elektronowej i plazmowego trawienia. Metoda ta umożliwia badanie interakcji światło-materia w nanostrukturach fotonicznych.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Autorzy dziękują dr Matteo Galli, dr Simone L. Portalupi i prof. Lucio C. Andreani z Uniwersytetu w Pawii za pomocne dyskusje związane z techniką RS i wykonywaniem pomiarów.

Zastrzeżenie: Poniższy protokół przedstawia ogólny przebieg procesu obejmujący techniki wytwarzania i charakteryzacji falowodów kryształów fotonicznych i wnęk. Przebieg procesu jest zoptymalizowany pod kątem konkretnego sprzętu dostępnego w naszym laboratorium, a parametry mogą się różnić w przypadku użycia innych odczynników lub sprzętu.
1. Przygotowanie próbki
<ol>
	<li>Cięcie próbki - weź wafel krzemowo-izolacyjny (SOI) i użyj rysika diamentowego, aby zarysować linię o długości około 1-2 mm od krawędzi powierzchni krzemu, upewniając się, że rysa rozciąga się poza krawędź płytki. Wyrównaj rysę do prostej krawędzi (np. szkiełka mikroskopowego) i wywieraj równomierny dodatni nacisk po obu stronach rysy: płytka rozszczepi się wzdłuż płaszczyzny kryształu w miejscu zadrapania. Powtórz tę procedurę, aby zdefiniować cały chip.</li>
	<li>Czyszczenie próbki - Umieść próbkę w acetonie UWAGA za pomocą pęsety i wyczyść w kąpieli ultradźwiękowej przez 1-2 minuty. Usuń próbkę z acetonu; wypłucz pozostały aceton z próbki za pomocą OSTROŻNIE izopropanolu (30 sekund) (zarówno aceton, jak i izopropanol są łatwopalne: należy stosować dobrą wentylację i unikać wszelkich źródeł zapłonu). Osuszyć próbkę za pomocą czystego, suchego pistoletu do azotu.</li>
	<li>Odporność na wirowanie - umieścić próbkę na maszynie do powlekania wirowego. Pipeta wrażliwa na elektrony rezystancja UWAGA ZEP520A (ZEP520A jest łatwopalny, szkodliwy przez drogi oddechowe i należy unikać kontaktu ze skórą i oczami) na próbce - użyj wystarczającej ilości oporu, aby całkowicie pokryć próbkę bez wychodzenia rezystu poza krawędź. Odwirować próbkę tak, aby uzyskać film o grubości ok. 350 nm i piec na płycie grzejnej w temperaturze 180 °C przez 10 minut. Stwierdziliśmy, że ta grubość jest optymalna, która równoważy rozdzielczość i odporność na wytrawianie (patrz dalej).</li>
</ol>
2. Definicja wzorca
<ol>
	<li>Projektowanie - za pomocą odpowiedniego oprogramowania zasymuluj wymagany wzór kryształów fotonicznych. Dostępnych jest wiele przydatnych pakietów oprogramowania, w tym między innymi: MIT Photonic Bands (MPB), FullWAVE (RSoft), MIT Electromagnetic Equation Propagation (MEEP).</li>
	<li>Generowanie wzorców - utwórz pliki ekspozycji (ogólnie format gds) i popraw błędy zbliżeniowe za pomocą odpowiedniego oprogramowania. Rozdział 30</li>
	<li>Ekspozycja wzoru - załaduj próbkę do komory systemu litografii wiązką elektronów (LEO 1530/ Raith Elphy) i odpompuj. Po osiągnięciu podciśnienia należy włączyć zasilanie EHT i ustawić na 30 kV. Pozostawić system w tym stanie na 1 godzinę, aby próbka, stolik i komora osiągnęły temperaturę równowagi. Ustaw ekspozycję zgodnie z instrukcją obsługi konkretnego systemu litografii wiązką elektronów. Naświetlić próbkę, stosując odpowiedni podstawowy rozmiar kroku (np. 2 nm) (jest to minimalny rozmiar piksela, jaki system może naświetlić), czas ustalania wynoszący co najmniej 1 ms (jest to czas, w którym system czeka między przesunięciem wiązki a naświetleniem określonej części wzoru) oraz dawkę obszarową 55 μAcm-2.</li>
	<li>Opracowanie próbki - przy użyciu UWAGA Ksylen (ksylen jest zarówno łatwopalny, jak i wysoce toksyczny, pracuje w dobrze wentylowanym pomieszczeniu, z dala od źródeł zapłonu i unika kontaktu ze skórą i oczami) w temperaturze 23 °C rozwijaj próbkę przez 45 sek. Płucz w izopropanolu.</li>
</ol>
3. Transfer Pattena
<ol>
	<li>Czyszczenie komory RIE - Ustaw natężenie przepływu argonu i wodoru na 200 sccm. Zmniejsz pompę za pomocą przepustnicy, aby osiągnąć ciśnienie w komorze 1 × 10-1 mBar. Ustaw moc RF na 100 W, zapal plazmę i pracuj przez co najmniej 10 minut - należy zaobserwować polaryzację prądu stałego około 700 V. Po wyłączeniu plazmy Ar/H2 należy odczekać, aż komora będzie pompować przez około 1 minutę. Ustaw natężenie przepływu tlenu do komory na 200 sccm i ponownie zmniejsz ciśnienie w komorze do 1 × 10-1 mBar. Zapal drugą plazmę tlenową o mocy 100 W i uruchom przez 5 minut. Po tych zabiegach komora będzie wolna od zanieczyszczeń, takich jak pozostałości polimerów, z wszelkich wcześniejszych suchych wytrawiań. Procedurę tę wykonujemy przed każdą zmianą receptury wytrawiania, aby zapewnić maksymalną powtarzalność. Procedura ta jest zoptymalizowana dla naszego systemu, który składa się z równoległej płyty, obciążonej katodą, RIE; z główną komorą o średnicy 12 cali i wysokości 14 cali, w tym 12-calowym portem z dołączonym zaworem dławiącym i pompą turbomolekularną.</li>
	<li>Fotoniczne trawienie kryształów - załaduj próbkę do głównej komory RIE i obniż ciśnienie tła do <3 × 10-6 mBar, aby upewnić się, że komora jest wolna od pary wodnej. Wytrawianie należy rozpocząć od wstępnego kondycjonowania komory za pomocą gazów trawiących (tj. CHF3 i SF6): ustawić natężenie przepływu obu gazów na 100 sccm (tj. ustawić stosunek gazu 1:1) i za pomocą przepustnicy doprowadzić ciśnienie w komorze do 5 × 10-2 mBar; Pozwól gazom płynąć przez co najmniej 10 minut. Po wstępnym kondycjonowaniu ustaw moc RF na około 20 W i zapal plazmę; wytrawiać próbkę przez około 2 minuty (szybkość wytrawiania krzemu dla tych parametrów wytrawiania wynosi około 150 nm/min), zapewniając przy tym utrzymanie ciśnienia w komorze 5 × 10-2 mBar. Polaryzacja prądu stałego w zakresie 200-220 V powinna być osiągnięta przez cały okres trawienia.</li>
	<li>Czyszczenie próbki w celu usunięcia pozostałego rezystu wrażliwego na elektrony - po wytrawieniu na sucho wyczyść próbkę, spłukując ją w CAUTION 1165 Remover (1165 jest łatwopalny i może powodować podrażnienie oczu, nosa i dróg oddechowych) z mieszaniem ultradźwiękowym przez 1-2 minuty, a następnie acetonem i izopropanolem, jak opisano powyżej (krok 1.2).</li>
	<li>Izolacja membranowa - pokryj próbkę wirowo fotorezystantem wrażliwym na promieniowanie UV UWAGA Microposit S1818 G2 (S1818 G2 jest zarówno łatwopalny, jak i działa drażniąco na oczy, nos i drogi oddechowe) (patrz krok 1.3). Za pomocą odpowiedniej fotomaski zdefiniuj okna w obrębie rezystu nad wzorami kryształów fotonicznych za pomocą wyrównywacza maski UV. Wystaw próbkę na około 30-45 sekund. Opracuj rezystancję w OSTROŻNIE Microposit Developer MF-319 (MF-319 jest cieczą alkaliczną i może powodować podrażnienie oczu, nosa i dróg oddechowych) przez 30-45 sekund, a następnie spłucz w wodzie dejonizowanej. Przygotuj plastikową zlewkę z mieszaniną kwasu fluorowodorowego UWAGA 1:5 (1,1499 g / ml 48-51% HF) (HF jest wyjątkowo i łatwo niszczy tkanki, podczas pracy należy używać pełnego sprzętu ochrony osobistej przeznaczonego do HF) do wody dejonizowanej. Należy pamiętać, że ze względów bezpieczeństwa z kwasem fluorowodorowym należy używać wyłącznie plastikowych zlewek i pęsety. Zanurzyć próbkę w mieszaninie kwasu fluorowodorowego na 15 minut. Po wytrawieniu dokładnie wypłukać próbkę w wodzie dejonizowanej. Usunąć pozostały fotorezystor za pomocą acetonu i izopropanolu (patrz krok 1.2) - od tego etapu i dalej nie można stosować mieszania ultradźwiękowego. Aby upewnić się, że próbka jest tak czysta, jak to możliwe, należy postępować zgodnie z myciem acetonem i izopropanolem ze spłukiwaniem w PRZESTROGA Roztwór Piranha (roztwór Piranha jest bardzo energetyczny, potencjalnie wybuchowy i atakuje materiały organiczne, podczas obchodzenia się należy stosować pełne środki ochrony osobistej) (3:1 UWAGA kwas siarkowy (kwas siarkowy jest i bardzo toksyczny, podczas obchodzenia się należy stosować środki ochrony osobistej i unikać wdychania oparów lub mgły) PRZESTROGA nadtlenek wodoru (nadtlenek wodoru jest bardzo niebezpieczny W przypadku kontaktu ze skórą i oczami, podczas obchodzenia się z produktem należy stosować środki ochrony indywidualnej)) przez 5 minut, a następnie płukać próbkę w wodzie dejonizowanej, acetonie i izopropanolu. Należy pamiętać, że ze względów bezpieczeństwa z roztworem Piranha należy używać wyłącznie szklanych zlewek i metalowej pęsety. Ponieważ roztwór piranii może eksplodować w kontakcie z acetonem lub izopropanolem, należy go obchodzić z dala od tych odczynników.</li>
	<li>Szczelinowanie fasetkowe - w przypadku przygotowania falowodu wolnoświeckiego kryształu fotonicznego, próbka wymaga rozszczepienia fasetowego. Rozszczepić próbkę, postępując zgodnie z tą samą procedurą, która została opisana w kroku 1.1, z tą różnicą, że należy użyć jak najmniejszej rysy. Chip SOI z podłożem o grubości ~700 μm może być niezawodnie rozcinany do próbek o długości 4-5 mm.</li>
</ol>
4. Charakterystyka falowodu wolnoświeckiego kryształu fotonicznego
<ol>
	<li>Wstępne przygotowanie konfiguracji - podłącz wyjście źródła światła CAUTION z szerokopasmową wzmocnioną emisją spontaniczną (ASE) (niewidzialne promieniowanie IR: unikaj niepotrzebnych dużych mocy, zakryj ścieżkę wiązki, jeśli to możliwe) do rozdzielacza światłowodowego 3 dB i użyj każdego z wyjść do sprzężenia światła w dwóch ramionach interferomemetru Macha-Zehndera (MZI) w wolnej przestrzeni, jak pokazano na rysunku 9. Użyj soczewek asferycznych, aby skolimować strumień świetlny z włókien. W jednym z ramion interferometru użyj dwóch dodatkowych soczewek asferycznych, aby sprzęgnąć wiązkę światła do i z chipa próbki. Umieść rozdzielacz wiązki polaryzacyjnej (PBS) w ramieniu próbki, aby spolaryzować światło wprowadzające próbkę. Użyj soczewek asferycznych, aby połączyć skolimowane wiązki wyjściowe z obu ramion z powrotem w drugi rozdzielacz światłowodowy 3 dB, gdzie zostaną one ponownie połączone. Podłącz jedno z wyjść do detektora podczerwieni i wykorzystaj odczyt detektora, aby zmaksymalizować sprzężenie światła z próbką; podłącz drugie wyjście do optycznego analizatora widma (OSA). Dwa ramiona MZI powinny mieć w przybliżeniu taką samą długość optyczną w obecności próbki: upewnij się, że włókna w dwóch ramionach MZI mają tę samą długość nominalną i zawierają przestrajalny stopień opóźniający w ramieniu odniesienia, aby umożliwić precyzyjną regulację jego długości. W ramieniu próbki zamontuj soczewki asferyczne na precyzyjnych stolikach xyz, aby uzyskać najlepsze sprzężenie z próbką.</li>
	<li>Dostosuj długość ramienia referencyjnego - sprzęgnij wiązkę światła z pustym (tj. bez kryształu fotonicznego) falowodem grzbietowym (tego samego typu, co falowody dostępowe, które doprowadzają światło do wnętrza kryształów fotonicznych) w tym samym chipie w ramieniu próbki. Uruchom ciągłe skanowanie OSA i obserwuj zmierzone widma długości fali. Jeśli dwa ramiona MZI mają w przybliżeniu tę samą długość optyczną, widma wykazują prążki spowodowane konstruktywną i destrukcyjną interferencją; te prążki nie pojawią się, jeśli ramiona MZI mają bardzo różne długości optyczne (>~cm). Rozstaw prążków jest odwrotnie proporcjonalny do różnicy w długości ścieżki optycznej między dwoma ramionami. Przesuń stolik opóźniający, aby skrócić ramię referencyjne i obserwuj prążki w OBS: jeśli stają się gęstsze (rzadsze), ramię referencyjne jest krótsze (dłuższe) niż ramię próbki. Ustaw stopień opóźniający, aby upewnić się, że ramię odniesienia jest krótsze niż ramię próbki i powoduje odstęp między prążkami około 5 do 10 prążków w zakresie długości fali 10 nm (patrz rysunek 10a). Na koniec wykonaj tę optymalizację na urządzeniu, które zapewnia maksymalne opóźnienie, a następnie utrzymuj opóźnienie na stałym poziomie przez cały czas pomiaru całej próbki.</li>
	<li>Przebieg kalibracji - gdy nadal jest wyrównany na falowodzie ślepym, uruchom trzy skany na OSA: jeden skan dla widma zakłóceń i jeden skan dla każdego z dwóch ramion osobno (uzyskany przez zablokowanie drugiego ramienia). Użyj rozdzielczości 0,05-0,1 nm. Zapisz każde zmierzone widmo.</li>
	<li>Akwizycja danych o wolnym świetle - uruchom i zapisz trzy widma, jak w kroku 4.3, dla każdego falowodu kryształu fotonicznego na chipie.</li>
	<li>Analiza danych Fouriera - widmo interferencyjne (interferogram) I(ω) jest matematycznie wyrażone wzorem: 
 I(ω) = S(ω) + R(ω) + sqrt[S(ω)R(ω)]{exp[iΦ(ω) - iωτ] + c.c.}, 
 gdzie S(ω) i R(ω) są gęstościami widmowymi mierzonymi oddzielnie odpowiednio od ramienia próbki i ramienia odniesienia. Opóźnienie τ jest ustawiane przez położenie stopnia opóźniającego w ramieniu odniesienia. Informacja o dyspersji fotonicznego falowodu kwarcowego zawarta jest w członie fazowym, który musimy wyodrębnić z danych pomiarowych. 
 Odejmij niezakłócające tło S(ω)+R(ω) od interferogramu, aby wyizolować tylko zakłócający człon. Obliczyć transformację Fouriera składnika zakłócającego: wyraz sqrt(SR)exp[i(Φ- ωτ)] i jego sprzęgnięcie zespolone odpowiadają pikom wyśrodkowanym odpowiednio w t=τ i t=-τ. Przefiltruj numerycznie jeden z dwóch terminów i przekształć z powrotem do dziedziny częstotliwości. Rozróżnicuj fazę Φ(ω) - ωτ otrzymanych danych w odniesieniu do ω, aby uzyskać Δτg, różnicę w opóźnieniu grupy między dwoma ramionami. Indeks grupy ng=c/vg, gdzie vg jest prędkością grupy, jest określony wzorem: 
 ng = (ΔτgPhC - Δτgcal)c/L + ncal, 
 gdzie Δτgcal uzyskuje się z danych kalibracyjnych pobranych z falowodu ślepej, L jest długością falowodu kryształu fotonicznego, a ncal = 2,7 jest efektywnym indeksem falowodu grzbietu odniesienia. Udział różnych elementów optycznych konfiguracji w opóźnieniu jest brany pod uwagę w przebiegu kalibracji i dlatego jest odejmowany na tym etapie.</li>
</ol>
<ol start="6">
	<li>Krzywa transmisji - obliczyć krzywą transmisji, normalizując widmo próbki falowodu kryształkowego fotonicznego do widma falowodu ślepego.</li>
</ol>
5. Charakterystyka wnęki kryształu fotonicznego
<ol>
	<li>Konfiguracja - przygotowanie konfiguracji (Rysunek 14) dla RS obejmuje: przełączenie elementu wymiennego na rozdzielacz wiązki polaryzacyjnej; włożenie polaryzatora w ramieniu wejściowym oraz analizatora w ramieniu wyjściowym; obrócenie lustra w ramieniu sondy, aby umożliwić użycie źródła bliskiej podczerwieni; umożliwienie oświetlenia próbki. Zamontuj próbkę pionowo w orientacji 45° do osi polaryzatora (rysunek 18) na mikrobloku xyz z napędem różnicowym i wyreguluj mikroblok tak, aby próbka była ostra i można było zobaczyć wgłębienie za pomocą kamery, jak na rysunku 15 (po lewej). Korzystając ze źródła wzmocnionej emisji spontanicznej (ASE), wyrównaj wiązkę ze środkiem wnęki Rysunek 15 (po prawej). Odwróć lustro podświetlające i pozwól, aby ramię wyjściowe weszło do spektrometru (monochromator z dołączonym detektorem matrycowym). Rozpocznij szerokie skanowanie z niską lub umiarkowaną rozdzielczością, aby zidentyfikować piki ubytku. Uzyskaj zgrubną długość fali rezonansu w skanie ASE (rysunek 16a) z dokładnością do 1 nm. Możliwe jest również uzyskanie szerokiego skanu za pomocą przestrajalnego źródła lasera CAUTION (TLS) (Rysunek 16b) (niewidoczne promieniowanie podczerwone: unikaj niepotrzebnych dużych mocy, jeśli to możliwe, zakryj ścieżkę wiązki). Należy uważać, aby rozdzielczość była ustawiona na najwyższą wartość, aby próbkować szerokości linii każdego piku.</li>
	<li>Wykonaj skany w wysokiej rozdzielczości na zidentyfikowanych pikach - podłącz TLS do ramienia wejściowego i tłumiąc wiązkę do poziomu mW. Przygotuj się do skanowania w wysokiej rozdzielczości, pozwalając na zebranie ramienia wyjściowego przez fotodetektor i ustawiając ciągłe skanowanie przemiatania z rozdzielczością 1 pm dla zakresu 2 nm wyśrodkowanego na wcześniej znalezionej długości fali rezonansowej. Znaczenie tego kroku polega na poprawie stosunku sygnału do szumu (SNR) w celu uzyskania rezonansu liniowego Lorentza: zmień pozycję xyz mikrobloku i ponownie uruchom skanowanie, aż SNR zostanie zmaksymalizowany, a kształt linii będzie zbliżony do kształtu Lorentza, jak pokazano w sekcji wyników reprezentatywnych.</li>
</ol>

<ol><li>Baba, T., Kawasaki, T., Sasaki, H., Adachi, J., Mori, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Large+delay-bandwidth+product+and+tuning+of+slow+light+pulse+in+photonic+crystal+coupled+waveguide%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Express%22%5BJournal%5D)">Large delay-bandwidth product and tuning of slow light pulse in photonic crystal coupled waveguide.</a> Opt. Express. 16 (12), 9245-9253 (2008).</li>
<li>Melloni, A., Canciamilla, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tunable+delay+lines+in+silicon+photonics%3A+coupled+resonators+and+photonic+crystals%2C+a+comparison%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Photon.+J%22%5BJournal%5D)">Tunable delay lines in silicon photonics: coupled resonators and photonic crystals, a comparison.</a> IEEE Photon. J. 2 (2), 181-194 (2010).</li>
<li>Ishikura, N., Baba, T., Kuramochi, E., Notomi, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Large+tunable+fractional+delay+of+slow+light+pulse+and+its+application+to+fast+optical+correlator%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Express%22%5BJournal%5D)">Large tunable fractional delay of slow light pulse and its application to fast optical correlator.</a> Opt. Express. 19 (24), 24102-24108 (2011).</li>
<li>Beggs, D. M., Rey, I. H., Kampfrath, T., Rotenberg, N., Kuipers, L., Krauss, T. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ultrafast+tunable+optical+delay+line+based+on+indirect+photonic+transitions%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+Lett%22%5BJournal%5D)">Ultrafast tunable optical delay line based on indirect photonic transitions.</a> Phys. Rev. Lett. 108 (21), 213901(2012).</li>
<li>Beggs, D. M., White, T. P., O'Faolain, L., Krauss, T. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ultracompact+and+low-power+optical+switch+based+on+silicon+photonic+crystals%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Lett%22%5BJournal%5D)">Ultracompact and low-power optical switch based on silicon photonic crystals.</a> Opt. Lett. 33 (2), 147-149 (2008).</li>
<li>Nguyen, H. C., Sakai, Y., Shinkawa, M., Ishikura, N., Baba, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((10+Gb%2Fs+operation+of+photonic+crystal+silicon+optical+modulators%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Express%22%5BJournal%5D)">10 Gb/s operation of photonic crystal silicon optical modulators.</a> Opt. Express. 19 (14), 13000-13007 (1364).</li>
<li>Kampfrath, T., Beggs, D. M., White, T. P., Melloni, A., Krauss, T. F., Kuipers, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ultrafast+adiabatic+manipulation+of+slow+light+in+a+photonic+crystal%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+A%22%5BJournal%5D)">Ultrafast adiabatic manipulation of slow light in a photonic crystal.</a> Phys. Rev. A. 81 (4), 043837(2010).</li>
<li>Monat, C., Corcoran, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Slow+light+enhancement+of+nonlinear+effects+in+silicon+engineered+photonic+crystal+waveguides%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Express%22%5BJournal%5D)">Slow light enhancement of nonlinear effects in silicon engineered photonic crystal waveguides.</a> Opt. Express. 17 (4), 2944-2953 (2009).</li>
<li>Corcoran, B., Monat, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((light+emission+in+silicon+through+slow-light+enhanced+third-harmonic+generation+in+photonic-crystal+waveguides%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Photon%22%5BJournal%5D)">light emission in silicon through slow-light enhanced third-harmonic generation in photonic-crystal waveguides.</a> Nature Photon. 3, 206-210 (2009).</li>
<li>Li, J., O'Faolain, L., Rey, I. H., Krauss, T. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Four-wave+mixing+in+photonic+crystal+waveguides%3A+slow+light+enhancement+and+limitations%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Express%22%5BJournal%5D)">Four-wave mixing in photonic crystal waveguides: slow light enhancement and limitations.</a> Opt. Express. 19 (5), 4458-4463 (2010).</li>
<li>Checoury, X., Han, Z., Boucaud, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Stimulated+Raman+scattering+in+silicon+photonic+crystal+waveguides+under+continuous+excitation%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+B%22%5BJournal%5D)">Stimulated Raman scattering in silicon photonic crystal waveguides under continuous excitation.</a> Phys. Rev. B. 82 (4), 041308(2010).</li>
<li>Y, <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Photonic+crystal+nanocavity+laser+with+a+single+quantum+dot+gain%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Express%22%5BJournal%5D)">Photonic crystal nanocavity laser with a single quantum dot gain.</a> Opt. Express. 17 (18), 15975-15982 (2009).</li>
<li>Ellis, B., Mayer, M. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ultralow-threshold+electrically+pumped+quantum-dot+photonic-crystal+nanocavity+laser%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Photon%22%5BJournal%5D)">Ultralow-threshold electrically pumped quantum-dot photonic-crystal nanocavity laser.</a> Nature Photon. 24, 297-300 (2011).</li>
<li>Galli, M., Gerace, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Low-power+continuous-wave+generation+of+visible+harmonics+in+silicon+photonic+crystal+nanocavities%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Express%22%5BJournal%5D)">Low-power continuous-wave generation of visible harmonics in silicon photonic crystal nanocavities.</a> Opt. Express. 18 (25), 26613-26624 (2010).</li>
<li>Notomi, M., Shinya, A., Mitsugi, S., Kira, G., Kuramochi, E., Tanabe, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optical+bistable+switching+action+of+Si+high-Q+photonic-crystal+nanocavities%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Express%22%5BJournal%5D)">Optical bistable switching action of Si high-Q photonic-crystal nanocavities.</a> Opt. Express. 13 (7), 2678-2687 (2005).</li>
<li>Shambat, G., Rivoire, K., Lu, J., Hatami, F., Vučkovič, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tunable-wavelength+second+harmonic+generation+from+GaP+photonic+crystal+cavities+coupled+to+fiber+tapers%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Express%22%5BJournal%5D)">Tunable-wavelength second harmonic generation from GaP photonic crystal cavities coupled to fiber tapers.</a> Opt. Express. 18 (12), 12176-12184 (2010).</li>
<li>Fan, S., Villeneuve, P. R., Joannopoulos, J. D., Haus, H. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Channel+drop+filters+in+photonic+crystals%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Express%22%5BJournal%5D)">Channel drop filters in photonic crystals.</a> Opt. Express. 3 (1), 4-11 (1998).</li>
<li>Tanabe, T., Nishiguchi, K., Kuramochi, E., Notomi, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Low+power+and+fast+electro-optic+silicon+modulator+with+lateral+p-i-n+embedded+photonic+crystal+nanocavity%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Express%22%5BJournal%5D)">Low power and fast electro-optic silicon modulator with lateral p-i-n embedded photonic crystal nanocavity.</a> Opt. Express. 17 (25), 22505-22513 (2009).</li>
<li>Nozaki, K., Tanabe, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sub-femtojoule+all-optical+switching+using+a+photonic-crystal+nanocavity%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Photon%22%5BJournal%5D)">Sub-femtojoule all-optical switching using a photonic-crystal nanocavity.</a> Nature Photon. 4, 477-483 (2010).</li>
<li>Notomi, M., Yamada, K., Shinya, A., Takahashi, J., Takahashi, C., Yokohama, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Extremely+large+group-velocity+dispersion+of+line-defect+waveguides+in+photonic+crystal+slabs%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+Lett%22%5BJournal%5D)">Extremely large group-velocity dispersion of line-defect waveguides in photonic crystal slabs.</a> Phys. Rev. Lett. 87 (25), 253902(2001).</li>
<li>Labilloy, D., Benisty, H., Weisbuch, C., Smith, C. J. M., Krauss, T. F., Houdré, R., Oesterle, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Finely+resolved+transmission+spectra+and+band+structure+of+two-dimensional+photonic+crystals+using+emission+from+InAs+quantum+dots%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+B%22%5BJournal%5D)">Finely resolved transmission spectra and band structure of two-dimensional photonic crystals using emission from InAs quantum dots.</a> Phys. Rev. B. 59 (3), 1649-1652 (1999).</li>
<li>Inanç Tarhan, I., Zinkin, M. P., Watson, G. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Interferometric+technique+for+the+measurement+of+photonic+band+structure+in+colloidal+crystals%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Lett%22%5BJournal%5D)">Interferometric technique for the measurement of photonic band structure in colloidal crystals.</a> Opt. Lett. 20 (14), 1571-1573 (1995).</li>
<li>Galli, M., Marabelli, F., Guizzetti, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Direct+measurement+of+refractive-index+dispersion+of+transparent+media+by+white-light+interferometry%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Opt%22%5BJournal%5D)">Direct measurement of refractive-index dispersion of transparent media by white-light interferometry.</a> Appl. Opt. 42 (19), 3910-3914 (1364).</li>
<li>Galli, M., Bajoni, D., Marabelli, F., Andreani, L. C., Pavesi, L., Pucker, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Photonic+bands+and+group-velocity+dispersion+in+Si%2FSiO2+photonic+crystals+from+white-light+interferometry%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+B%22%5BJournal%5D)">Photonic bands and group-velocity dispersion in Si/SiO2 photonic crystals from white-light interferometry.</a> Phys. Rev. B. 69 (11), 115107(2004).</li>
<li>Vlasov, Y. A., O'Boyle, M., Hamann, H. F., McNab, S. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Active+control+of+slow+light+on+a+chip+with+photonic+crystal+waveguides%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Active control of slow light on a chip with photonic crystal waveguides.</a> Nature. 438, 65-69 (2005).</li>
<li>Gomez-Iglesias, A., O'Brien, D., O'Faolain, L., Miller, A., Krauss, T. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Direct+measurement+of+the+group+index+of+photonic+crystal+waveguide+via+Fourier+transform+spectral+interferometry%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+Lett%22%5BJournal%5D)">Direct measurement of the group index of photonic crystal waveguide via Fourier transform spectral interferometry.</a> Appl. Phys. Lett. 90 (26), 261107(2007).</li>
<li>Akahane, Y., Asano, T., Song, B. -S., Noda, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-Q+photonic+nanocavity+in+a+two-dimensional+photonic+crystal%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">High-Q photonic nanocavity in a two-dimensional photonic crystal.</a> Nature. 425, 944-947 (2003).</li>
<li>McCutcheon, M. W., Rieger, G. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Resonant+scattering+and+second-harmonic+spectroscopy+of+planar+photonic+crystal+microcavities%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+Lett%22%5BJournal%5D)">Resonant scattering and second-harmonic spectroscopy of planar photonic crystal microcavities.</a> Appl. Phys. Lett. 87 (22), 221110(2005).</li>
<li>Galli, M., Portalupi, S. L., Belotti, M., Andreani, L. C., O'Faolain, L., Krauss, T. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Light+scattering+and+Fano+resonances+in+high-Q+photonic+crystal+nanocavities%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+Lett%22%5BJournal%5D)">Light scattering and Fano resonances in high-Q photonic crystal nanocavities.</a> Appl. Phys. Lett. 94 (7), 71101(2009).</li>
<li>WÃest, R., Strasser, P., Jungo, M., Robin, F., Erni, D., Jückel, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+efficient+proximity-effect+correction+method+for+electron-beam+patterning+of+photonic-crystal+devices%5BTitle%5D)+AND+%22Microelectron+Eng%22%5BJournal%5D)">An efficient proximity-effect correction method for electron-beam patterning of photonic-crystal devices.</a> Microelectron Eng. 67-68, 182-188 (2003).</li>
<li>Tanaka, Y., Asano, T., Akahane, Y., Song, B. -S., Noda, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Theoretical+investigation+of+a+two-dimensional+photonic+crystal+slab+with+truncated+cone+air+holes%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+Lett%22%5BJournal%5D)">Theoretical investigation of a two-dimensional photonic crystal slab with truncated cone air holes.</a> Appl. Phys. Lett. 82 (11), 1661(2003).</li>
<li>Asano, T., Song, B. -S., Noda, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Analysis+of+the+experimental+Q+factors+%28%7E+1+million%29+of+photonic+crystal+nanocavities%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Express%22%5BJournal%5D)">Analysis of the experimental Q factors (~ 1 million) of photonic crystal nanocavities.</a> Opt. Express. 14 (5), 1996-2002 (2006).</li>
<li>O'Faolain, L., Schulz, S. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Loss+engineered+slow+light+waveguides%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Express%22%5BJournal%5D)">Loss engineered slow light waveguides.</a> Opt. Express. 18 (26), 27627-27638 (2010).</li>
<li>Joannopoulos, J. D., Johnson, S. G., Winn, J. N., Meade, R. D. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aJoannopoulos%2C+JD+%22Photonic+crystals%2C+molding+the+flow+of+light%22">Photonic crystals, molding the flow of light</a>. , 2nd ed, Princeton University Press. (2008).</li>
<li>Li, J., White, T. P., O'Faolain, L., Gomez-Iglesias, A., Krauss, T. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Systematic+design+of+flat+band+slow+light+in+photonic+crystal+waveguides%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Express%22%5BJournal%5D)">Systematic design of flat band slow light in photonic crystal waveguides.</a> Opt. Express. 16 (9), 6227-6232 (2008).</li>
<li>Takeda, M., Ina, H., Kobayashi, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fourier-transform+method+of+fringe-pattern+analysis+for+computer-based+topography+and+interferometry%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Opt.+Soc.+Am%22%5BJournal%5D)">Fourier-transform method of fringe-pattern analysis for computer-based topography and interferometry.</a> J. Opt. Soc. Am. 72 (1), 156-160 (1982).</li>
</ol>

Nie stwierdzono konfliktu interesów.

Przykładowa produkcja
Nasz wybór rezystancji wiązki elektronów (tj. ZEP 520A) wynika z jej jednoczesnej wysokiej rozdzielczości i rezystancji trawienia. Uważamy, że na ZEP 520A może mieć wpływ światło UV emitowane przez górne lampy laboratoryjne; w związku z tym zalecamy umieszczanie próbek powlekanych wirowo w nieprzezroczystych pojemnikach UV podczas przenoszenia ich z jednego laboratorium do drugiego.
Przechodząc do definiowania wzoru kryształów fotonicznyc...

<table><tbody><tr><td>Aceton</td><td>Fisher Scientific</td><td>A/0520/17</td><td>UWAGA: łatwopalny, należy stosować dobrą wentylację i unikać wszelkich źródeł zapłonu.</td></tr><tr><td>Isopropanol</td><td>Fisher Scientific</td><td>P/7500/15</td><td>UWAGA: łatwopalny, stosować dobrą wentylację i unikać wszelkich źródeł zapłonu.</td></tr><tr><td>Electron Beam</td><td>resist Marubeni Europe plc.</td><td>ZEP520A</td><td>UWAGA: łatwopalny, szkodliwy przez drogi oddechowe, unikać kontaktu ze skórą i oczami.</td></tr><tr><td>Xylene</td><td>Fisher Scientific</td><td>X/0100/17</td><td>UWAGA: łatwopalny i wysoce toksyczny, należy stosować dobrą wentylację, unikać wszelkich źródeł zapłonu, unikać kontaktu ze skórą i oczami.</td></tr><tr><td>Microposit S1818 G2</td><td>Chestech Ltd.</td><td>10277866</td><td>UWAGA: łatwopalny i działa drażniąco na oczy, nos i drogi oddechowe.</td></tr><tr><td>Microposit Developer MF-319</td><td>Chestech Ltd.</td><td>10058721</td><td>UWAGA: alkaliczna ciecz i może powodować podrażnienie oczu, nosa i dróg oddechowych.</td></tr><tr><td>Hydrofluoric Acid</td><td>Fisher Scientific</td><td>22333-5000</td><td>UWAGA: wyjątkowo, łatwo niszczy tkanki; uchwyt z pełnym wyposażeniem ochrony osobistej przystosowanym do HF.</td></tr><tr><td>Microposit 1165 Remover</td><td>Chestech Ltd.</td><td>10058734</td><td>UWAGA: łatwopalny i działa drażniąco na oczy, nos i drogi oddechowe.</td></tr><tr><td>Kwas siarkowy</td><td>Fisher</td><td>Scientific S/9120/PB17</td><td>UWAGA: i bardzo toksyczny; należy obchodzić się z użyciem środków ochrony osobistej i unikać wdychania oparów lub mgły.</td></tr><tr><td>Nadtlenek wodoru</td><td>Fisher Scientific</td><td>BPE2633-500</td><td><silna>UWAGA: bardzo niebezpieczna w przypadku kontaktu ze skórą i oczami; uchwyt ze środkami ochrony osobistej.</td></tr><tr><td colspan="4">Equipment</td></tr><tr><td>Silicon on-Insulator Wafel</td><td>Soitec</td><td>G8P-110-01</td><td></td></tr><tr><td>Diamond Scribe</td><td>J M Diamond Tool Inc.</td>Szkiełka mikroskopowe <td>HS-415</td><td></td></tr><tr><td></td><td>Fisher Scientific</td><td>FB58622</td><td></td></tr><tr><td>Zlewki</td><td>Pęseta Fisher Scientific</td><td>FB33109</td><td></td></tr><tr><td></td><td>SPI dostarcza</td><td>PT006-AB</td><td></td></tr><tr><td>Kąpiel ultradźwiękowa</td><td>Camlab</td><td>1161436</td><td></td></tr><tr><td>Spin-Coater</td><td>Electronic Micro Systems Ltd.</td>Pipeta <td>EMS 4000</td><td></td></tr><tr><td></td><td>Fisher Scientific</td><td>FB55343</td><td></td></tr><tr><td>System litografii wiązką elektronów</td><td>Raith Gmbh</td> Reaktywny system trawienia jonowego <td>Raith 150</td><td></td></tr><tr><td></td><td>Zastrzeżony zaprojektowany we własnym zakresie</td> <td>-</td><td></td></tr> <tr><td>UV Mask Aligner</td><td>Karl Suss</td><td>MJB-3</td><td></td></tr><tr><td>Źródło ASE</td><td>Amonics</td><td>ALS-CL-15-B-FA</td><<td>strong>UWAGA: niewidzialne promieniowanie podczerwone.</td></tr><tr><td>Włókna jednomodowe</td><td>Thorlabs</td><td>P1-SMF28E-FC-2</td><td></td></tr><tr><td>Rozdzielacze światłowodowe 3 dB</td><td>Thorlabs</td><td>C-WD-AL-50-H-2210-35-FC/FC</td><td></td></tr><tr><td>Soczewki asferyczne</td><td>Nowe</td> stopnie Focus <td>5720-C</td><td></td></tr><tr><td>XYZ</td><td>Melles Griot</td><td>17AMB003/MD</td><td></td></tr><tr><td>Kostka polaryzacyjna beamsplitter</td><td>Thorlabs</td><td>PBS104</td><td></td></tr><tr><td>Detektor podczerwieni</td><td>New Focus</td><td>2033</td><td></td></tr><tr><td>100&#215; Obiektyw</td><td>Nikon</td><td>BD Plan 100x</td><td></td></tr><tr><td>Oscyloskop</td><td>Tektronix</td><td>TDS1001B</td><td></td></tr><tr><td>Optyczny analizator widma</td><td>Advantest</td><td>Q8384</td><td></td></tr><tr><td>Karta czujnika podczerwieni</td><td>Newport</td><td>F-IRC2</td><td></td></tr><tr><td>Źródło TLS</td><td>Agilent</td><td>81940A</td><td>UWAGA: niewidzialne promieniowanie podczerwone.</td></tr><tr><td>IR Kamera</td><td>Elektrofizyka</td> Detektor podczerwieni <td>7290A</td><td></td></tr><tr><td></td><td>Nowy Multimetr cyfrowy Focus</td><td>2153</td><td></td></tr><tr><td></td><td>Agilent</td><td>34401A</td><td></td></tr><tr><td>Oświetlenie</td><td>Stocker Yale</td> Lite Monochromator <td>Roztocza</td><td></td></tr><tr><td></td><td>Produkty spektralne Detektor</td><td>matrycowy DK480</td><td></td></tr><tr><td></td><td>Andor</td><td>DU490A-1.7</td><td></td></tr><tr><td>GIF Fiber</td><td>Thorlabs</td><td>31L02</td><td></td></tr></tbody></table>

wytwarzanie i charakterystyka falowodów i wnęk wolnowodnych kryształów fotonicznych

Fabrication And Characterization Of Photonic Crystal Slow Light Waveguides And Cavities

Slow light było jednym z gorących tematów w społeczności fotonicznej w ostatniej dekadzie, wzbudzając duże zainteresowanie zarówno z fundamentalnego punktu widzenia, jak i ze względu na znaczny potencjał dla praktycznych zastosowań. W szczególności fotoniczne falowody kryształkowe o wolnym świetle odegrały ważną rolę i zostały z powodzeniem wykorzystane do opóźniania sygnałów optycznych1-4 oraz ulepszania zarówno urządzeń liniowych5-7, jak i nieliniowych. 8-11
Fotoniczne wnęki kryształów osiągają podobne efekty jak falowody wolnego światła, ale na zmniejszonej szerokości pasma. Wnęki te oferują wysoki współczynnik Q / objętość, do realizacji optycznie12 i elektrycznie13 pompowanych laserów ultraniskoprogowych oraz wzmocnienia efektów nieliniowych. 14-16 Ponadto zademonstrowano filtry pasywne17 i modulatory18-19, które wykazują ultrawąską szerokość linii, wysoki zakres swobodnego widma i rekordowe wartości niskiego zużycia energii.
Aby osiągnąć te ekscytujące wyniki, musi zostać opracowany solidny, powtarzalny protokół produkcji. W tym artykule przyjrzymy się dogłębnie naszemu protokołowi wytwarzania, który wykorzystuje litografię wiązką elektronów do definiowania wzorów kryształów fotonicznych i wykorzystuje techniki trawienia na mokro i na sucho. Nasza zoptymalizowana receptura produkcji pozwala uzyskać kryształy fotoniczne, które nie cierpią z powodu asymetrii pionowej i wykazują bardzo dobrą chropowatość krawędzi i ścianek. Omawiamy wyniki różnic w parametrach trawienia i szkodliwy wpływ, jaki mogą one mieć na urządzenie, prowadząc do ścieżki diagnostycznej, którą można podjąć w celu zidentyfikowania i wyeliminowania podobnych problemów.
Kluczem do oceny falowodów wolnego światła jest pasywna charakterystyka widm transmisji i indeksu grupowego. Opisano różne metody, w szczególności dotyczące rozdzielczości granic Fabry'ego-Perota widma transmisyjnego20-21 oraz techniki interferometryczne. 22-25 W tym miejscu opisujemy bezpośrednią, szerokopasmową technikę pomiarową łączącą interferometrię spektralną z analizą transformaty Fouriera. 26 Nasza metoda wyróżnia się prostotą i wydajnością, ponieważ możemy scharakteryzować nieosłonięty kryształ fotoniczny z falowodami dostępowymi, bez potrzeby stosowania komponentów zakłócających w układzie scalonym, a konfiguracja składa się wyłącznie z interferometru Mach-Zehnder, bez potrzeby stosowania ruchomych części i skanowania opóźnionego.
Podczas charakteryzowania wnęk kryształów fotonicznych, techniki wykorzystujące wewnętrzne źródła21 lub zewnętrzne falowody bezpośrednio sprzężone z wnęką27 wpływają na wydajność samej wnęki, tym samym zniekształcając pomiar. W tym miejscu opisujemy nowatorską i nieinwazyjną technikę, która wykorzystuje wiązkę sondy spolaryzowaną krzyżowo i jest znana jako rozpraszanie rezonansowe (RS), w którym sonda jest sprzężona z wnęką poza płaszczyzną za pomocą obiektywu. Technika ta została po raz pierwszy zademonstrowana przez McCutcheona i wsp.28, a następnie rozwinięta przez Galli i wsp.29

Wytworzone próbki
Rysunek 1 przedstawia obraz z rozpylnego mikroskopu elektronowego (SEM) naświetlonego i wywołanego wzoru w rezystcie do wiązki elektronów – „czysta” krawędź między rezystem a podłożem krzemowym świadczy o tym, że naświetlanie i wywoływanie zostały przeprowadzone w sposób kompletny. Do określenia właściwego czynnika dawki oraz czasu wywoływania dla kolejnych warstw wykorzystuje się naświetlanie wzorów testowych dawki, składających się z prostych powtarzalnych ks...

Wykorzystanie falowodów i wnęk fotonicznych zostało szeroko przyjęte przez społeczność fotoniczną w wielu różnych zastosowaniach. Dlatego produkcja i charakterystyka tych urządzeń cieszy się dużym zainteresowaniem. W artykule przedstawiono naszą technikę wytwarzania i dwie metody charakterystyki optycznej, a mianowicie: interferometrię (falowody) i rozpraszanie rezonansowe (wnęki).

Wytwarzanie i charakterystyka falowodów i wnęk wolnowodnych kryształów fotonicznych

Slow light has been one of the hot topics in the photonics community in the past decade, generating great interest both from a fundamental point of view ...

Ogólnym celem tej procedury jest wytworzenie i scharakteryzowanie światłowodu lub wnęki wolnowodnego kryształu fotonicznego. Osiąga się to poprzez uprzednie przygotowanie krzemu na chipie izolatora do litografii wiązką elektronów poprzez oczyszczenie i wirowanie powłoki chipa rezystancją ZEP pięć 20 a. Drugim krokiem jest naświetlenie i opracowanie fotonicznego wzoru kryształów przy użyciu litografii wiązką elektronów do zdefiniowania wzoru i ksylenu do rozwoju.Następnie przenieś fotoniczny wzór kryształu do górnej warstwy krzemu chipa poprzez plazmowe wytrawianie próbki w reaktywnym wytrawiaczu jonowym. Ostatnim krokiem jest usunięcie zakopanej warstwy tlenku poprzez wytrawienie krzemionki w kwasie fluorowodorowym. W ten sposób powstają membranowe fotoniczne urządzenia krystaliczne, innymi słowy urządzenia z powietrzem zarówno nad, jak i poniżej warstwy kryształu fotonicznego krzemu.Ostatecznie urządzenie jest charakteryzowane optycznie, jeśli próbka zawiera falowody fotoniczne kryształu wśród eksperymentu z wolnym światłem opartym na interferometrze, jeśli próbka składa się z wnęk kryształów fotonicznych. Zamiast tego do charakterystyki stosuje się technikę rozpraszania rezonansowego. Celem naszej pracy jest zbadanie oddziaływań materii lekkiej w nanostrukturach fotonicznych oraz stworzenie nowatorskich urządzeń i zbadanie interesujących koncepcji w takich strukturach.Tak więc, aby się skoncentrować i móc naprawdę skupić się na fizyce tej pracy, potrzebujemy niezawodnego protokołu produkcyjnego. Opracowaliśmy protokół oparty na krzemie na izolatorze, który uważamy za bardzo niezawodny i wygodny, a udostępniając ten protokół szerszemu gronu użytkowników i innych badaczy, mamy nadzieję stymulować większą aktywność w tej dziedzinie. Jeśli chodzi o charakterystykę naszej powolnej żywotności falowodów kryształkowych Tory'ego, nasza technika wyróżnia się prostotą i mocą, ponieważ nie wymaga żadnych elementów interferometrycznych na chipie ani ruchomych części.Główną zaletą tej techniki rozpraszania rezonansowego w porównaniu z istniejącymi metodami jest to, że umożliwia ona charakterystykę wnęk kryształów fotonicznych i układ poza płaszczyzną, co zwykle wymagałoby wewnętrznego źródła światła Aby rozpocząć czyszczenie krzemu na płytce izolatora, umieszczając go w kąpieli ultradźwiękowej acetonu na jedną do dwóch minut. Następnie przenieś próbkę do izopropanolu na 30 sekund, aby usunąć resztki acetonu i wysusz ją za pomocą czystego, suchego pistoletu do azotu. Następnie umieść wafel w koderze wirującym i pipetuj na wystarczającej ilości fotorezystu 5 28, aby całkowicie pokryć próbkę.Obracaj próbkę z prędkością 3 200 obr./min przez 60 sekund, aby uzyskać film o grubości 350 nanometrów. Wyjmij wafel z wirówki i piecz na gorącej płycie w temperaturze 180 stopni Celsjusza przez 10 minut. Po schłodzeniu chipa umieść go w komorze naświetlania wzoru systemu litografii wiązką elektronów i pompuj w dół, gdy zostanie osiągnięta pełna próżnia.Ustaw napięcie przyspieszenia na 30 kilowoltów i pozostaw system do zrównoważenia na jedną godzinę. Następnie naświetlić próbkę dawką powierzchniową 55 mikroamperów na centymetr kwadratowy. Używając kroku o wielkości dwóch nanometrów.Wywołać próbkę, umieszczając ją w ksylenie w temperaturze 23 stopni Celsjusza na 45 sekund. Następnie spłucz resztki ksylenu izopropanolem. Po oczyszczeniu komory do trawienia jonów reaktywnych załaduj próbkę i przepompuj system do wartości mniejszej niż trzy razy 10 do ujemnej szóstki.Milibar Następnie wstępnie kondycjonuje komorę, przepływając fluor i sześciofluorek siarki w stosunku jeden do jednego przy 100 SECM i pozwól gazom płynąć przez co najmniej 10 minut. Następnie ustaw moc RF na 20 watów i zapal plazmę. Wytrawiać próbkę przez około dwie minuty, upewniając się, że utrzymane jest ciśnienie w komorze pięciokrotne 10 do ujemnych dwóch milibarów.Następnie wyjąć próbkę i oczyścić ją przez płukanie. W 1165 usunąć za pomocą mieszania ultradźwiękowego przez jedną do dwóch minut, a następnie acetonu i izopropanolu. Aby rozpocząć izolację membrany, należy obtoczyć próbkę czułym na promieniowanie UV fotorezystem micros S 1818 G dwa.Za pomocą odpowiedniej maski fotograficznej. Zdefiniuj okna w obrębie rezystu nad wzorami kryształów fotonicznych za pomocą wyrównywacza maski UV. Wystawić próbkę na około 30 do 45 sekund.Rozwiń fotorezyst w mikro poit developer MF 3 1 9 przez 30 do 45 sekund. Następnie płukanie i woda dejonizowana. Następnie wytrawić próbkę w jednej części kwasu fluorowodorowego na pięć części wody dejonizowanej przez 15 minut.Po wytrawieniu dokładnie spłucz próbkę i wodą dejonizowaną. Usuń pozostały fotorezystor za pomocą acetonu przez pięć minut lub do momentu, gdy próbka wydaje się czysta. Następnie spłucz izopropanol i wysusz suszarką z azotem.Następnie oczyścić próbkę w kąpieli pianowej z trzech części kwasu siarkowego na jedną część nadtlenku wodoru przez pięć minut. Następnie przepłukać próbkę w wodzie dejonizowanej, acetonie i izopropanolu. Na koniec przekleńcie próbkę, wykonując małe zadrapania po każdej stronie chipa, wyrównując zadrapania krawędzią szkiełka i naciskiem, aby rozszczepić wzdłuż linii zadrapań.W celu zmierzenia krzywych transmisji i indeksu grupowania fotonicznych fal kryształowych w wolnym świetle, należy skonfigurować pokazany tutaj symulowany system detekcji interferometrycznej Zendera, jak opisano szczegółowo w dołączonym protokole. Następnie włóż chip na miejsce i połącz światło z pustym falowodem grzbietowym. Dostosuj stopień opóźnienia, aż długość ramienia odniesienia będzie krótsza niż ramię próbki.Kontynuuj regulację stopnia opóźnienia i obserwuj przesyłaną moc przez ciągłą powłokę optycznego analizatora widma. Dostosuj, aż zaobserwuje się od czterech do 10 prążków w zakresie długości fal 10 nanometrów. Po wyregulowaniu utrzymuj linię opóźniającą stałą przez cały czas pomiarów.Następnie skalibruj konfigurację, uruchamiając trzy skany ślepego falowodu na optycznym analizatorze widma przy użyciu rozdzielczości od 0,05 do 0,1 nanometra. Jeden skan dla widma zakłóceń i jeden skan dla każdego z dwóch ramion osobno. Zapisz każde zmierzone widmo.Następnie uruchom te same trzy skany na każdym światłowodzie fal kryształu fotonicznego na chipie. Na koniec oblicz krzywą transmisji, normalizując widmo próbki falowodu kryształu fotonicznego do widma falowego na falowodzie ślepym. Oblicz również krzywą indeksu grupy na podstawie widm interferencyjnych, jak opisano w protokole.Zacznij od zamontowania próbki pionowo z orientacją 45 stopni do osi polaryzatora na mikrobloku XY, Z z napędem różnicowym i wyreguluj mikroblok tak, aby próbka była ostra i można było zobaczyć wnękę za pomocą kamery przy użyciu wzmocnionego źródła emisji spontanicznej. Wyrównaj belkę ze środkiem gniazda. Następnie rozpocznij szerokie skanowanie z rozdzielczością od ładowania do umiarkowanej.W celu zidentyfikowania pików wnęki należy uzyskać długość fali przebiegu rezonansu w skanowaniu emisji spontanicznej ze wzmocnieniem z dokładnością plus minus jednego nanometra. Po zidentyfikowaniu pików wnęki należy wykonać skany w wysokiej rozdzielczości z przestrajalnym źródłem lasera osłabionym do poziomu mikrowatów. Skanuj z rozdzielczością jednego pikometra dla zakresu dwóch nanometrów wyśrodkowanego na wcześniej znalezionej długości fali rezonansowej.Zmień pozycję XY, Z mikrobloku i uruchom ponownie skanowanie, aż stosunek sygnału do szumu zostanie zmaksymalizowany, a kształt linii będzie zbliżony do pokazanego tutaj lianu. Udane wytrawianie za pomocą systemu wytrawiania jonami reaktywnymi daje próbkę z pionowymi ściankami bocznymi i bez poszerzenia otworów na żadnej powierzchni krzemu. Ustawienia ciśnienia, mocy i czasu zostały zoptymalizowane pod kątem idealnego tworzenia konstrukcji.Gdy ciśnienie trawienia jonów reaktywnych jest powyżej optymalnego, wzrost ciśnienia powoduje powstanie kąta w ścianie kryształu fotonicznego. Wzrost mocy RF może również powodować nieprawidłowości w krysztale, takie jak poszerzenie otworów w kryształach fotonicznych pokazanych po prawej stronie. Zbyt długi czas naświetlania powoduje kombinację efektów spowodowanych rozpadem fotorezystu, co skutkuje poszerzeniem otworów w kryształach fotonicznych i skośnych ściankach bocznych.Falowód ślepy powoduje równomiernie rozmieszczone prążki w całym zakresie długości fali. Kiedy ślepa próba zostanie zastąpiona fotonicznym falowódem krystalicznym o długości 80 mikrometrów, prążki stają się gęstsze przy długościach fal powyżej 1 575 nanometrów, co oznacza przejście z reżimu szybkiego do wolnego światła. Ta metoda zapewnia zmierzone indeksy grupowe w nadmiarze 100 dla falowody o długości 80 mikrometrów i prawie 90 dla przewodnika o długości 300 mikrometrów.Skany o wysokiej rozdzielczości za pomocą źródła laserowego T Noble idealnie wytworzą kształt linii Liana do dokładnej analizy czynnika Q wynoszącej 43 855 przy długości fali około 1 562 nanometrów. Protokół, który właśnie opisaliśmy, został zoptymalizowany pod kątem fotonicznych falowodów krystalicznych i wnęk w ważnym telekomunikacyjnym zakresie długości fal 1550 nanometrów. Oczywiście możemy również wykonać inne rodzaje falowódów, które są równie wymagające.Możemy to również robić na różnych długościach fal, a dostarczając wszystkie te szczegóły społeczności, mamy nadzieję, że inni ludzie zainspirują się do wypróbowania tego również w różnych materiałach i do innych zastosowań. Dzięki naszej technice pomiarowej, opartej na interferometrii spektralnej i analizie transformacji foera, jesteśmy w stanie zmierzyć wskaźniki grupowe przekraczające 100 za pomocą bardzo prostej konfiguracji optycznej. Technika charakteryzacji wnęki pozwala na szybką, prostą i nieinwazyjną charakterystykę właściwości spektralnych nano wnęk kryształów fotonicznych, takich jak określenie współczynnika jakości rezonansowego mos.

fabrication-characterization-photonic-crystal-slow-light-waveguides

Research

JoVE Journal

Engineering

Inżynieria

Wytwarzanie i charakteryzacja fotonicznych krystalicznych przewodników i wnęk o zwolnionym świetle

Opisujemy zastosowanie techniki przetapiania laserem dwutlenku węgla do wytwarzania krzemionkowych wnęk rezonansowych, w tym wolnostojących mikrosfer oraz mikrotoroidów na chipie. Metoda przetapiania usuwa niedoskonałości powierzchni, co pozwala na uzyskanie długiego czasu życia fotonów w obu typach urządzeń. Powstałe urządzenia charakteryzują się ultrawysokimi dobrociami, co umożliwia ich zastosowanie w szerokim zakresie, od telekomunikacji po biodetekcję.

Wytwarzanie krzemionkowych mikrorozwiązujących o ultrawysokim czynniku dobroci

Przedstawiono dostosowane techniki opracowane w naszym laboratorium do budowy mikrofalowych systemów fotonicznych opartych na rezonatorach o ultra-wysokim Q w trybie galerii szeptów. Protokoły uzyskiwania i charakteryzowania tych rezonatorów są szczegółowo opisane i podano wyjaśnienie niektórych z ich zastosowań w fotonice mikrofalowej.

Mikrofalowe systemy fotoniczne oparte na rezonatorach z galerią szeptów

Rozwijamy i charakteryzujemy nieuporządkowany światłowód polimerowy, który wykorzystuje poprzeczną lokalizację Andersona jako nowatorski mechanizm falowody. To mikrostrukturalne włókno może transportować małą zlokalizowaną wiązkę o promieniu porównywalnym z promieniem wiązki konwencjonalnych światłowodów.

Wytwarzanie i charakterystyka nieuporządkowanych światłowodów polimerowych do poprzecznej lokalizacji światła Andersona

Parametryczne wzbudzenia optomechaniczne zostały ostatnio eksperymentalnie zademonstrowane w mikroprzepływowych rezonatorach optomechanicznych za pomocą ciśnienia promieniowania optycznego i stymulowanego rozpraszania Brillouina. W artykule opisano wytwarzanie tych rezonatorów mikroprzepływowych wraz z metodologiami generowania i weryfikacji oscylacji optomechanicznych.

Produkcja i testowanie mikroprzepływowych oscylatorów optomechanicznych

Nieuporządkowane struktury oferują nowe mechanizmy tworzenia fotonicznych pasm wzbronionych i niespotykaną dotąd swobodę w projektach funkcjonalnych defektów. Aby obejść wyzwania obliczeniowe związane z nieuporządkowanymi systemami, konstruujemy modułowe próbki makroskopowe nowej klasy materiałów PBG i wykorzystujemy mikrofale do scharakteryzowania ich niezmiennych właściwości fotonicznych w łatwy i niedrogi sposób.

Wykorzystanie mikrofalowych i makroskopowych próbek dielektrycznych ciał stałych do badania właściwości fotonicznych nieuporządkowanych materiałów fotonicznych wzbronionych

Przedstawiamy protokół wytwarzania wnęk kryształów fotonicznych 1D na włóknach krzemionkowych o średnicy podfalowej (nanowłókna optyczne) za pomocą ablacji indukowanej laserem femtosekundowym.

Wytwarzanie 1-D fotonicznej wnęki kryształu na nanowłóknie za pomocą ablacji indukowanej laserem femtosekundowym

Przedstawiono protokoły syntezy mikrosfer z polimerów, manipulacji mikrosferami i pomiarów mikrofotoluminescencji.

Wytwarzanie mikrosfer polimerowych do zastosowań w rezonatorach optycznych i laserach

Optyczne fantomy tkanek są niezbędnymi narzędziami do kalibracji i charakterystyki systemów obrazowania optycznego oraz walidacji modeli teoretycznych. W tym artykule szczegółowo opisano metodę wytwarzania fantomów, która obejmuje replikację właściwości optycznych tkanek i trójwymiarowej struktury tkanki.

Wytwarzanie i charakterystyka fantomów tkanek optycznych zawierających makrostrukturę

Struktura pasma fotonicznego umożliwia zrozumienie, w jaki sposób ograniczone mody elektromagnetyczne rozchodzą się w krysztale fotonicznym. W kryształach fotonicznych, które zawierają elementy magnetyczne, takim ograniczonym i rezonansowym modom optycznym towarzyszy zwiększona i zmodyfikowana aktywność magnetooptyczna. Opisujemy procedurę pomiarową mającą na celu wyodrębnienie magnetooptycznej struktury pasmowej za pomocą mikroskopii przestrzeni Fouriera.

Spektralna i kątowo-optyczna charakterystyka nanostruktur fotonicznych

Opisana tutaj jest metoda litografii nanosferycznej do równoległego wytwarzania falowodów w trybie zerowym, które są układami nanoapertur w pokrytym metalem szkiełku nakrywkowym do mikroskopii szklanej do obrazowania pojedynczych cząsteczek przy stężeniach fluoroforów od nano do mikromolowych. Metoda wykorzystuje samoorganizację kryształów koloidalnych w celu stworzenia szablonu falowodu.

Wytwarzanie falowodów w trybie zerowym do mikroskopii pojedynczych cząsteczek o wysokim stężeniu

Ten protokół opisuje budowę taniego, dyskretnego, sprzężonego światłowodami i z przestrzenią powietrzną etalonowego Fabry'ego-Perota z różnymi zastosowaniami, takimi jak spektroskopia gazów śladowych. Produkcja jest możliwa w każdym obiekcie, w którym dostępny jest standardowy optyczny sprzęt laboratoryjny.

Wytwarzanie taniego, sprzężonego z włóknami i rozmieszczonego powietrznie etalonu Fabry-Pérot

Poznaj techniki wytwarzania i charakteryzacji falowodów oraz wnęk wolnowodnych w kryształach fotonicznych przy użyciu litografii elektronowej i plazmowego trawienia. Metoda ta umożliwia badanie interakcji światło-materia w nanostrukturach fotonicznych.

Wytwarzanie i charakterystyka falowodów i wnęk wolnowodnych kryształów fotonicznych

Przeglądaj więcej filmów