Name: Charakterystyka anizotropowych modulatorów trybu nieszczelnego dla Holovideo (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-03-19T15:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 36 s
Description: Poznaj metodę charakteryzacji anizotropowych modulatorów trybu nieszczelnego dla holografii wideo. Technika mapuje odpowiedź częstotliwościową na wyjście kątowe, dostarczając powtarzalnych danych o liniowości i zasięgu kątowym.

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 za wsparcie finansowe od Laboratorium Badawczego Sił Powietrznych FA8650-14-C-6571 oraz od DAQRI LLC.

<ol><li>Smalley, D., Smithwick, Q., Bove, V., Barabas, J., Jolly, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Anisotropic+leaky-mode+modulator+for+holographic+video+displays%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Anisotropic leaky-mode modulator for holographic video displays.</a> Nature. 498 (7454), 313-317 (2013).</li>
<li>Smalley, D., Smithwick, Q., Bove, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Holographic+video+display+based+on+guided-wave+acousto-optic+devices%5BTitle%5D)+AND+%22Proc.+SPIE%22%5BJournal%5D)">Holographic video display based on guided-wave acousto-optic devices.</a> Proc. SPIE. 6488, 64880L-64880L-7 (2007).</li>
<li>Smalley, D. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Holovideo+on+a+stick%3A+integrated+optics+for+holographic+video+displays%22">Holovideo on a stick: integrated optics for holographic video displays</a>. , MIT. MASS. (2013).</li>
<li>Henrie, A., Haymore, B., Smalley, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Frequency+division+color+characterization+apparatus+for+anisotropic+leaky+mode+light+modulators%5BTitle%5D)+AND+%22Rev+Sci+Instrum%22%5BJournal%5D)">Frequency division color characterization apparatus for anisotropic leaky mode light modulators.</a> Rev Sci Instrum. 86 (2), (2015).</li>
<li>Lawes, R. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aLawes%2C+R+%22MEMS+Cost+Analysis%3A+Basic+Fabrication+Processes%22">MEMS Cost Analysis: Basic Fabrication Processes</a>. , Pan Stanford. Boca Raton. (2014).</li>
<li>Pearson, E. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aPearson%2C+E+%22Mems+spatial+light+modulator+for+holographic+displays%22">Mems spatial light modulator for holographic displays</a>. , (2001).</li>
<li>Tabata, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Risk+and+Mobility%3A+A+Case+Study+of+the+Thin-Film+Transistor+Liquid-Crystal+Display+Industry+in+East+Asia%5BTitle%5D)+AND+%22East+Asian+Science%2C+Technology+and+Society%22%5BJournal%5D)">Risk and Mobility: A Case Study of the Thin-Film Transistor Liquid-Crystal Display Industry in East Asia.</a> East Asian Science, Technology and Society. 9 (2), 151-166 (2015).</li>
<li>Pape, D., Goutzoulis, A., Kulakov, S. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aPape%2C+D+%22Design+and+fabrication+of+acousto-optic+devices%22">Design and fabrication of acousto-optic devices</a>. , Marcel Dekker. New York. (1994).</li>
<li>Chang, I., Lee, S. Efficient Wideband Acuosto-Optic Bragg Cells. Ultrasonics Symposium. , 427-430 (1983).</li>
<li>Proklov, V., Korablev, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multichannel+waveguide+devices+using+collinear+acousto-optic+interaction%5BTitle%5D)+AND+%22Proc.+SPIE%22%5BJournal%5D)">Multichannel waveguide devices using collinear acousto-optic interaction.</a> Proc. SPIE. 1932, 298-311 (1993).</li>
<li>Ito, K., Kawamoto, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+optical+deflector+using+collinear+acoustooptic+coupling+fabricated+on+proton-exchanged+LiNbO+3%5BTitle%5D)+AND+%22Jpn.+J.+Appl.+Phys%22%5BJournal%5D)">An optical deflector using collinear acoustooptic coupling fabricated on proton-exchanged LiNbO 3.</a> Jpn. J. Appl. Phys. 37 (9R), 4858(1998).</li>
<li>Smalley, D., Smithwick, Q., Barabas, J., Jolly, S., DellaSilva, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Holovideo+for+everyone%3A+a+low-cost+holovideo+monitor%5BTitle%5D)+AND+%22J+Phys+Conf+Ser%22%5BJournal%5D)">Holovideo for everyone: a low-cost holovideo monitor.</a> J Phys Conf Ser. 415 (1), 012055(2013).</li>
<li>McClaughlin, S., Leach, C., Henrie, A., Smalley, D., Jolly, S., Bove, V. Frequency Division of Color for Holovideo Displays using Anisotropic Leaky Mode Couplers. Optical Society of America, 2015. , DM2A-2 (2015).</li>
<li>McLaughlin, S., Leach, C., Henrie, A., Smalley, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optimized+guided-to-leaky-mode+device+for+graphics+processing+unit+controlled+frequency+division+of+color%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Opt%22%5BJournal%5D)">Optimized guided-to-leaky-mode device for graphics processing unit controlled frequency division of color.</a> Appl. Opt. 54 (12), 3732-3736 (2015).</li>
<li>Jackel, J., Rice, C., Veselka, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Proton+exchange+for+high-index+waveguides+in+LiNbO3%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+Lett%22%5BJournal%5D)">Proton exchange for high-index waveguides in LiNbO3.</a> Appl. Phys. Lett. 41 (7), 607-608 (1982).</li>
<li>Wong, K. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aWong%2C+K+%22Properties+of+lithium+niobate%22">Properties of lithium niobate</a>. , IET. London. (2002).</li>
<li>Tien, P., Ulrich, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Theory+of+prism-film+coupler+and+thin-film+light+guides%5BTitle%5D)+AND+%22JOSA%22%5BJournal%5D)">Theory of prism-film coupler and thin-film light guides.</a> JOSA. 60 (10), 1325-1337 (1970).</li>
<li>Tsai, C. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aTsai%2C+C+%22Guided-wave+acousto-optics%3A+interactions%2C+devices%2C+and+applications%22">Guided-wave acousto-optics: interactions, devices, and applications</a>. , Springer Science & Business Media. Heidelberg. (1990).</li>
<li>Proklov, V., Korablev, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multichannel+waveguide+devices+using+collinear+acousto-optic+interaction%5BTitle%5D)+AND+%22Proc.+SPIE%22%5BJournal%5D)">Multichannel waveguide devices using collinear acousto-optic interaction.</a> Proc. SPIE. 1932, 298-311 (1993).</li>
<li>Li, R. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aLi%2C+R+%22Circuit+Design%22">Circuit Design</a>. , John Wiley & Sons. Hoboken. (2012).</li>
<li>Lawrence, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+mechanics+of+spin+coating+of+polymer+films%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Fluids%22%5BJournal%5D)">The mechanics of spin coating of polymer films.</a> Phys. Fluids. 31 (10), 2786-2795 (1988).</li>
<li>Fontana, R., Katine, J., Rooks, M., Viswanathan, R., Lille, J., MacDonald, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((E-beam+writing%3A+a+next-generation+lithography+approach+for+thin-film+head+critical+features%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Trans.+Magn%22%5BJournal%5D)">E-beam writing: a next-generation lithography approach for thin-film head critical features.</a> IEEE Trans. Magn. 38 (1), 95-100 (2002).</li>
<li>Robertson, M. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aRobertson%2C+M+%22Substrate+Surface+Preparation+Handbook%22">Substrate Surface Preparation Handbook</a>. , (2011).</li>
<li>Monneret, S., Flory, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((M-lines+technique%3A+prism+coupling+measurement+and+discussion+of+accuracy+for+homogeneous+waveguides%5BTitle%5D)+AND+%22J+Opt+A-Pure+Appl+Op%22%5BJournal%5D)">M-lines technique: prism coupling measurement and discussion of accuracy for homogeneous waveguides.</a> J Opt A-Pure Appl Op. 2 (3), 188(2000).</li>
</ol>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

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 ...

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 płytkach8,9. Anizotropowe modulatory trybu nieszczelnego wymagają jednak tylko dwóch etapów modelowania w celu wytworzenia i wykorzystania stosunkowo standardowych technik mikrowytwarzania10,11. 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 litu15,16. 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 krawędziowej18,19. 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.

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

charakterystyka anizotropowych modulatorów trybu nieszczelnego dla holovideo

Characterization of Anisotropic Leaky Mode Modulators for Holovideo

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 wyprodukowania1-3. 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.

Główne wyniki powyższego protokołu to pomiar modów kierowanych z komercyjnego sprzęgacza pryzmatycznego przedstawiony na Rysunku 2, surowe dane wejściowe/wyjściowe dla pojedynczej częstotliwości zebrane z dostosowanego sprzęgacza pryzmatycznego przedstawione na Rysunku 8 oraz krzywe wielokolorowe przedstawione na Rysunku 9. W poniższych akapitach omawiamy praktyczne informacje wynikające z każdego z tych rezultatów.
<p class="jove_con...

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

Charakterystyka anizotropowych modulatorów trybu nieszczelnego dla Holovideo

Holovideo displays are based on light-bending spatial light modulators.  One such spatial light modulator is the anisotropic leaky mode modulator.  This ...

Ogólnym celem niniejszej procedury jest powtarzalna charakterystyka modulatorów światła przestrzennego poprzez mapowanie ich odpowiedzi częstotliwościowej w odniesieniu do kątowego wyjściowego sygnału. Metoda ta pomaga dostarczyć istotnych danych niezbędnych do odpowiedzi na kluczowe pytania w dziedzinie elektroholografii, takich jak identyfikacja przejść kierunkowych modów przeciekających oraz określenie wymagań optymalizacyjnych. Główną zaletą tej techniki jest wyraźne oddzielenie przejść modów przeciekających, co pozwala na szybkie uzyskanie powtarzalnych informacji na temat ich liniowości, względnej intensywności, rozsyłu kątowego oraz częstotliwości pracy.Wizualna demonstracja tego procesu jest kluczowa, ponieważ zarówno wyrównanie, jak i sprzęganie pryzmatyczne opierają się na wskazówkach wizualnych, które są trudne do opisania. Aby scharakteryzować urządzenie, należy najpierw przygotować je do montażu na płytce rozdzielczej częstotliwości radiowych. Przygotuj urządzenie, płytkę rozdzielczą RF oraz trzy szkiełka przedmiotowe do stworzenia platformy montażowej.Jeden preparat jest większy od dwóch pozostałych. Będzie on stanowił podstawę platformy w kształcie litery U. Należy rozpocząć pracę z największym preparatem.Nałóż obfitą kroplę superkleju na lewą ćwiartkę najdłuższego wymiaru szkiełka. Następnie ustaw mniejsze szkiełko tak, aby jego najdłuższy wymiar był prostopadły do wymiaru pierwszego szkiełka. Wyrównaj lewe krawędzie obu szkiełek w taki sposób, aby ich lewe dolne rogi na siebie nachodziły.Dociśnij je do siebie, wywierając silny i równomierny nacisk na szkiełka, aż klej zastygnie. Powtórz analogiczne kroki dla prawej strony. W wyniku tych działań powstanie struktura w kształcie litery U.Aby zamontować urządzenie, naklej dwustronną taśmę na platformę w centrum litery U. Następnie przygotuj modulator w trybie przeciekania (leaky mode), który ma zostać scharakteryzowany. Upewnij się, że urządzenie ma wypolerowane końce i jest gotowe do użycia. Następnie umieść urządzenie na taśmie znajdującej się na platformie.Zamontuj urządzenie w taki sposób, aby jego koniec wystawał poza krawędź platformy montażowej, aby uniknąć zakłóceń w drodze światła. Następnie zamontuj płytkę rozdzielczą RF. Zamontuj płytkę rozdzielczą tak, aby nie znajdowała się na drodze wiązki światła wychodzącego z urządzenia.Kolejnym krokiem jest bonding drutowy. Przedstawiono tutaj urządzenie i płytkę wyprowadzającą po wykonaniu bondingu drutowego. Teraz należy wybrać odpowiedni pryzmat do wprowadzenia światła do urządzenia i użyć alkoholu izopropylowego do oczyszczenia powierzchni, która będzie w kontakcie z urządzeniem.Dodatkowo należy oczyścić powierzchnię styku urządzenia. Następnie umieść pryzmat na urządzeniu w taki sposób, aby znajdował się on centralnie nad badanym kanałem urządzenia. Następnie użyj mechanizmu zaciskowego, aby mocno docisnąć dół pryzmatu do górnej części urządzenia, sprzęgając oba elementy.Mechanizm zaciskowy powinien mocno docisnąć dół pryzmatu do górnej części urządzenia; prawidłowe sprzężenie spowoduje powstanie mokrej plamy na styku powierzchni. Pod odpowiednim kątem mokra plama będzie odbijać tęczowe kolory. Kolejnym krokiem jest wykorzystanie aparatury charakterystycznej.Aparat posiada trzy źródła laserowe – czerwone, zielone i niebieskie – na jednym z końców. Światło z laserów przechodzi najpierw przez tłumik zmienny, następnie przez płytkę półfalową, po czym przez otwór o zmiennej średnicy i na koniec przez soczewkę skupiającą. Skupione światło pada na pryzmat na próbce, która zostanie zamontowana na tym stole obrotowym.Niniejszy schemat przedstawia przegląd elementów optycznych, stopnia obrotowego oraz elektroniki. Po wprowadzeniu światła do urządzenia, podanie sygnału o częstotliwości radiowej generuje powierzchowne fale akustyczne. Powodują one, że światło opuszcza urządzenie pod kątem zależnym od sterowanej częstotliwości i pada na miernik mocy.Skonfiguruj instrumenty tak, aby zbierać dane w zakresie określonych częstotliwości i pozycji. Zamocuj urządzenie wraz z pryzmatem i uchwytem na platformie obrotowej. Umieść zespół tak, aby światło z soczewki skupiającej najpierw padało na pryzmat.Aby wyrównać urządzenie, należy najpierw włączyć laser i dostosować tłumik, aż natężenie światła rozproszonego będzie komfortowe dla oka. Następnie należy umieścić polaryzator na drodze wiązki za płytką półfalową. Należy go zorientować tak, aby blokował światło spolaryzowane poziomo.Obracaj płytką półfalową, aby uzyskać maksymalne tłumienie światła laserowego. Po osiągnięciu tego stanu usuń polaryzator. Teraz powróć do platformy obrotowej, aby obrócić ją ręcznie.Wyreguluj urządzenie tak, aby światło lasera padało pod odpowiednim kątem w stosunku do górnej powierzchni urządzenia. Wyrównaj pryzmat, korzystając z liniowego stołu translacyjnego umieszczonego na stole obrotowym. Koryguj ustawienie do momentu, aż punkt ogniskowy światła lasera przejdzie przez narożnik pryzmatu pod kątem 90 stopni.Na tym etapie należy dokonać precyzyjnej regulacji stopnia obrotu, aby uzyskać sprzężenie. Monitoruj urządzenie. Gdy rozpocznie się sprzęganie falownika, w wyniku rozproszenia w falowniku pojawi się charakterystyczna smużka światła.Innym sposobem weryfikacji sprzężenia jest skierowanie światła wychodzącego z urządzenia na ekran detekcyjny. Na ekranie należy potwierdzić obecność charakterystycznych linii modów światła. Są to różne poprzeczne mody elektryczne.Po wykryciu sprzężenia należy precyzyjnie dostroić stopnie obrotu i translacji, aby zwiększyć sprzężenie ewanescencyjne. Następnie należy przygotować kabel łączący płytkę rozdzielczą z wzmacniaczem i generatorem sygnałów. Należy wykonać połączenie z wejściem sygnałowym płytki rozdzielczej.Następnie należy włączyć zarówno generator sygnału wysokiej częstotliwości, jak i wzmacniacz. Na tym etapie warto przeprowadzić wstępny test urządzenia. Należy przeskanować zakres częstotliwości od 400 MHz do 600 MHz i sprawdzić, czy występuje odchylenie światła.Przed kontynuacją oczyść ścieżkę wiązki i upewnij się, że miernik mocy znajduje się na swoim miejscu. Następnie wróć do atenuatora w torze optycznym. Usuń tam wszelkie tłumienie, które zostało wprowadzone w celu zapewnienia bezpieczeństwa podczasy wyrównywania.Na koniec, aby osłonić cały aparat charakteryzacyjny na czas trwania eksperymentu, należy zastosować skrzynię izolującą optycznie. Do sterowania aparatem charakteryzacyjnym należy wykorzystać oprogramowanie sterujące instrumentem. W tym doświadczeniu zastosowano program LabVIEW, uruchamiający niestandardowy program testowy.Po wprowadzeniu parametrów testowych uruchom program. Skrypt powinien wykonać się w czasie krótszym niż pięć minut. Podczas testowania zostanie wygenerowany wykres, który można modyfikować.Zarówno wykres, jak i dane zostaną zapisane. Te dane, zebrane przed zapakowaniem urządzenia, pochodzą z komercyjnego analizatora cienkich warstw. Osią pionową jest intensywność lasera.Oś pozioma stanowi miarę rotacji urządzenia. Dwa spadki odpowiadają kątom, przy których mod prowadzący umożliwia światłu wniknięcie do falowodu i wyjście na końcu urządzenia, co zapobiega odbiciu do watomierza. Te dane dotyczące mocy optycznej, zebrane po obudowie, pochodzą z aparatury charakterystycznej.Wykres jest wynikiem skanowania wejściowej częstotliwości radiowej w megahertzach oraz położenia watometru w milimetrach. Projekcja danych na osi Y przedstawia charakterystykę częstotliwościową urządzenia. Projekcja na osi X określa zakres rozproszonego światła wyjściowego.Nachylenie danych w płaszczyźnie XY pozwala ocenić liniowość skanu. Wykres ten łączy surowe dane z kilku eksperymentów dla wszystkich trzech długości fal w przypadku modów sterowanych TE 1. Jeśli odpowiedź dla każdego koloru jest zbliżona pod względem częstotliwości i nakłada się pod względem kąta, urządzenie nadaje się do częstotliwościowej kontroli koloru.Po opanowaniu metody, pełna charakterystyka w świetle czerwonym, zielonym i niebieskim dla pojedynczego kanału zajmuje 30 minut. Oczywiście obrazy o wysokiej rozdzielczości wymagają więcej czasu. Po opracowaniu technika ta utorowała drogę badaczom w dziedzinie elektroholografii do eksploracji multipleksowania z podziałem częstotliwości w falowodnych przestrzennych modulatorach światła.Po obejrzeniu tego filmu powinni Państwo dobrze rozumieć, jak w powtarzalny sposób charakteryzować modulatory przestrzenne. Obejmuje to prawidłowe sprzęganie pryzmatyczne, procedury wyrównywania oraz testowania.

characterization-of-anisotropic-leaky-mode-modulators-for-holovideo

Research

JoVE Journal

Engineering

Inżynieria

Mikroczujnik fotoniczny o wysokiej czułości został opracowany do wykrywania pola elektrycznego. Czujnik wykorzystuje mody optyczne kuli dielektrycznej. Zmiany w zewnętrznym polu elektrycznym zaburzają morfologię kuli, prowadząc do przesunięć w jej modach optycznych. Natężenie pola elektrycznego jest mierzone poprzez monitorowanie tych przesunięć optycznych.

Opracowanie polimerowych mikrooptycznych czujników pola elektrycznego w trybie Whispering Gallery

Prezentujemy kompaktowy cyfrowy system holograficzny (CDHM) do inspekcji i charakteryzacji urządzeń MEMS. Zademonstrowano konstrukcję bez soczewek wykorzystującą rozbieżną falę wejściową zapewniającą naturalne powiększenie geometryczne. Prezentowane są zarówno badania statyczne, jak i dynamiczne.

Kompaktowy cyfrowy mikroskop holograficzny bez soczewek do kontroli i charakteryzacji MEMS

Przedstawiono protokół do wykrywania i automatyzacji blokowania trybu w wstępnie dostosowanym laserze światłowodowym o rotacji polaryzacji nieliniowej. Wykrycie nagłej zmiany stanu polaryzacji wyjścia w przypadku wystąpienia blokady trybu służy do nakazania wyrównania regulatora polaryzacji wewnątrz wnęki w celu znalezienia warunków blokowania trybu.

Automatyzacja blokowania trybów w laserze światłowodowym z rotacją polaryzacji nieliniowej poprzez pomiary polaryzacji wyjściowej

Wielowarstwowe urządzenia mikroprzepływowe często wiążą się z wytwarzaniem form wzorcowych o skomplikowanej geometrii dla funkcjonalności. W tym artykule przedstawiono kompletny protokół wieloetapowej fotolitografii z zaworami i funkcjami o zmiennej wysokości, które można dostosować do dowolnego zastosowania. W ramach demonstracji wytwarzamy mikroprzepływowy generator kropel zdolny do wytwarzania kulek hydrożelowych.

Wieloetapowa fotolitografia o zmiennej wysokości dla wielowarstwowych urządzeń mikroprzepływowych z zaworami

Demonstrujemy transmisję wielu niezależnych sygnałów przez światłowód wielomodowy za pomocą kształtowania czoła fali za pomocą pojedynczego przestrzennego modulatora światła. Modulując czoło fali dla każdego sygnału z osobna, przesyłane są przestrzennie oddzielone ogniska. Potencjalne zastosowania to multipleksowany transfer danych w inżynierii komunikacyjnej oraz endoskopowe dostarczanie światła w biofotonice.

Transmisja wielu sygnałów przez światłowód z wykorzystaniem kształtowania czoła fali

Przedstawiono protokół dla projektowania wiązki o stałej i stałej wiązce za pomocą laserowego wibrometru dopplerowskiego (LDV), w tym pomiar strojenia częstotliwości, modyfikację możliwości strojenia oraz unikanie awarii i problemów urządzenia. Wyższość metody LDV nad analizatorem sieci wynika z jej wyższej zdolności modalnej.

Metodologia projektowania i charakteryzacji wydajnych filtrów MEMS o szerokim zakresie

Pokazujemy, jak zakodować złożone pole wiązek laserowych za pomocą elementu jednofazowego. Interferometr o wspólnej ścieżce jest wykorzystywany do mieszania wyświetlanych informacji o fazie z przestrzennym modulatorem światła tylko w fazie, aby ostatecznie uzyskać pożądany złożony wzór pola na wyjściu systemu obrazowania optycznego.

Kształtowanie amplitudy i fazy wiązek laserowych za pomocą przestrzennego modulatora światła tylko dla fazy

Przedstawiono protokół produkcji odblaskowego cholesterycznego, ciekłokrystalicznego urządzenia wyświetlającego, zawierającego chiralną domieszkę reagującą na redoks, umożliwiającą szybką i niskonapięciową pracę.

Elektrochemiczne cholesteryczne urządzenie ciekłokrystaliczne do szybkiej i niskonapięciowej modulacji koloru

Opisano wytwarzanie piezoelektrycznych przetworników grubości poprzez rozpylanie elektrod płytkowych prądem stałym na niobianie litu. Dodatkowo, niezawodna praca jest osiągana dzięki uchwytowi przetwornika i systemowi zasilania płynem, a charakteryzacja jest demonstrowana za pomocą analizy impedancji, laserowej wibrometrii dopplerowskiej, szybkiego obrazowania i rozkładu wielkości kropel za pomocą rozpraszania laserowego.

Wytwarzanie i charakterystyka urządzeń piezoelektrycznych w trybie grubości do atomizacji i akustofluidyki

Przedstawiamy protokół wytwarzania metahologramów widzialnych z multipleksami spinowymi i kierunkowymi, a następnie przeprowadzamy eksperyment optyczny w celu sprawdzenia ich funkcji. Te metahologramy mogą łatwo wizualizować zakodowane informacje, dzięki czemu mogą być używane do projekcji wolumetrycznej i szyfrowania informacji.

Demonstracja wszystkich dielektrycznych widzialnych metahologramów z multipleksem spinowym i kierunkowym

W tym artykule prześledzono cykl życia rezonatora membranowego z azotku krzemu, od projektu, przez produkcję, aż po charakterystykę.

Wytwarzanie i charakterystyka rezonatorów membranowych z azotku krzemu o wysokiej zawartości Q

Poznaj metodę charakteryzacji anizotropowych modulatorów trybu nieszczelnego dla holografii wideo. Technika mapuje odpowiedź częstotliwościową na wyjście kątowe, dostarczając powtarzalnych danych o liniowości i zasięgu kątowym.

Charakterystyka anizotropowych modulatorów trybu nieszczelnego dla Holovideo

Przeglądaj więcej filmów