Name: Wytwarzanie 1-D fotonicznej wnęki kryształu na nanowłóknie za pomocą ablacji indukowanej laserem femtosekundowym (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-02-25T13:00:00.000+00:00
Duration: 13 min 2 s
Description: Poznaj metodę wytwarzania 1-D fotonicznej wnęki kryształu na nanowłóknie za pomocą ablacji indukowanej laserem femtosekundowym. Technika ta umożliwia precyzyjną nanofabrykację z zastosowaniem w nanofotonice i informatyce kwantowej.

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

Ta praca była wspierana przez Japońską Agencję Nauki i Technologii (JST) poprzez Program Innowacji Strategicznych. KPN dziękuje za wsparcie z grantu na badania naukowe (nr grantu 15H05462) Japońskiego Towarzystwa Promocji Nauki (JSPS).

UWAGA: Nosić okulary ochronne i bezwzględnie unikać bezpośredniego kontaktu z lampą UV i wszystkimi laserami, w tym laserem femtosekundowym. Nosić kombinezon i rękawice do pomieszczeń czystych, aby uniknąć zanieczyszczenia. Wyrzuć wszelkie śmieci z włókien w odpowiedni sposób do wyznaczonego pojemnika na śmieci.
1. Przygotowanie nanowłókien
<ol>
	<li>Użyj środka do usuwania powłoki z włókien, aby zdjąć powłokę polimerową ze światłowodu jednomodowego na długość 5 mm w dwóch miejscach oddalonych od siebie o 200 mm. Wyczyść dwie mechanicznie usunięte części za pomocą chusteczki do pomieszczeń czystych zamoczonej w metanolu. Zanurz włókno między tymi dwiema odizolowanymi częściami w acetonie. Odczekaj 10 - 15 minut, aż płaszcz włókna się rozpadnie. Wyjmij włókno z acetonu i wyczyść całą odizolowaną część za pomocą chusteczki do pomieszczeń czystych zamoczonej w metanolu.</li>
	<li>Ustaw odizolowane włókno na dwóch etapach sprzętu do produkcji nanowłókien optycznych (ONME), aby wytworzyć nanoświatłowód.
	<ol>
		<li>Uruchom laser sondy do światłowodu i monitoruj transmisję za pomocą fotodiody i zapisz dane transmisji w komputerze za pomocą karty ADC. Uruchom przepływ gazu za pomocą oprogramowania ONME i zapal płomień. Załaduj wstępnie zoptymalizowany parametr do oprogramowania ONME do wytwarzania włókna stożkowego o średnicy talii 500 nm i rozpocznij proces wytwarzania. 
		UWAGA: ONME jest dostępnym na rynku urządzeniem, przeznaczonym do wytwarzania światłowodów stożkowych przy użyciu standardowej techniki ciepła i ciągnięcia. Wykorzystuje płomień tlenowo-wodorowy do podgrzewania włókna i dwa zmotoryzowane stopnie do ciągnięcia włókna. Przepływ gazu i ruchy stolika są kontrolowane przez program komputerowy. Wstępnie zoptymalizowane parametry można uzyskać od dostawcy, na specjalne zamówienie.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Po wytworzeniu złap stożkowe włókno do uchwytu z nanowłókna za pomocą żywicy epoksydowej utwardzanej promieniami UV. Przykryj uchwyt z nanowłókien za pomocą górnej pokrywy ze szklaną płytką (pokazaną na rysunku 1a). Umieść próbkę w czystym pudełku i przenieś do jednostki wytwarzającej laser femtosekundowy.</li>
</ol>
2. Produkcja lasera femtosekundowego
<ol>
	<li>Wyrównanie konfiguracji produkcyjnej
	<ol>
		<li>Umieść szklaną płytkę na stole produkcyjnym na wysokości 15 mm. Naświetlaj laser femtosekundowy przez 5 s przy energii impulsu 1 mJ. Zidentyfikuj ablację indukowaną laserem femtosekundowym na podstawie generowania światła białego i pojawienie się wzoru ablacji jako linii uszkodzenia na szklanej płytce.</li>
		<li>Powtórz procedurę, zmieniając wysokość szklanej płyty za pomocą stolika X stołu produkcyjnego. Dla każdej produkcji należy przesunąć stolik Y stołu produkcyjnego o 1 mm, aby wykonać produkcję w nowej pozycji.</li>
		<li>Znajdź wysokość najmocniejszej linii ablacji. W tej pozycji należy precyzyjnie dostroić kąt nachylenia i położenie jednego ze składanych lusterek, aby zmaksymalizować ablację. Dostosuj również nachylenie stolika X stołu produkcyjnego, aby zmaksymalizować ablację. 
		UWAGA: Kąt nachylenia składanego lusterka jest regulowany za pomocą pokręteł strojenia uchwytu lusterka kinematycznego, a położenie lustra jest dostrajane poprzez przesunięcie stopnia Z, na którym jest zamontowane.</li>
		<li>Po optymalizacji zaznacz położenie linii ablacji w oprogramowaniu kamery CCD i usuń szklaną płytkę. 
		UWAGA: Oprogramowanie sterujące kamerą CCD umożliwia przechwytywanie obrazu i rysowanie znaczników na przechwyconym obrazie. Umożliwia również zapis danych przechwyconego obrazu oraz oznaczeń. Ponieważ stolik X stołu produkcyjnego nie ma bezwzględnego odniesienia położenia, obraz CCD jest używany jako odniesienie pozycji w osi X. Rozdzielczość obrazu CCD wynosi 10 μm na piksel.</li>
		<li>Za pomocą powlekarki Platinum (Pt) powlekaj szklaną płytkę przez 60 s, aby nałożyć warstwę Pt o długości 25 nm na szklaną płytkę. Zobrazuj wzór ablacji na szklanej płytce za pomocą skaningowego mikroskopu elektronowego (SEM). Jeśli wzór ablacji wykazuje strukturę okresową z okresem 350 nm (oczekiwany wzór prążków interferencyjnych), wówczas wyrównanie jest zoptymalizowane. W przeciwnym razie powtórz procedurę (od kroku 2.1.1 - 2.1.4) dla niższych energii impulsów (do 300 μJ), aż do uzyskania efektu ablacji okresowej.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Wytwarzanie apodyzowanej jamy PhC
	<ol>
		<li>Umieść stożkowe włókno na stole produkcyjnym mniej więcej równolegle do linii ablacji zaznaczonej na kamerze CCD.</li>
		<li>Wyślij laser sondy (moc = 1 mW) przez światłowód stożkowy i obserwuj rozpraszanie od światłowodu stożkowego na kamerze CCD. Najsilniejsza część rozpraszająca odpowiada obszarowi nanowłókien ze względu na jego średnicę poniżej długości fali.</li>
		<li>Przesuń stopień Z stołu produkcyjnego, aby wyśrodkować nanowłókno do pozycji linii ablacji zaznaczonej na kamerze CCD.</li>
		<li>Wyłączyć laser sondy i naświetlić laser femtosekundowy minimalną energią impulsu (<10 μJ). Przesuń stolik Y, aby nałożyć nanowłókno na wiązkę lasera femtosekundowego. Nakładanie się jest identyfikowane przez oświetlenie nanowłókna, obserwowane w kamerze CCD. 
		UWAGA: Nanowłókno jest teraz wyrównane względem wiązki lasera femtosekundowego wzdłuż osi Y i Z.</li>
		<li>Aby wyrównać nanowłókno wzdłuż osi X, przełóż stopień X tak, aby nakładał się na pozycję nanowłókna, do pozycji linii ablacji zaznaczonej na kamerze CCD.</li>
		<li>Przesuń stolik Y, aby zmaksymalizować nakładanie się nanowłókien z laserem femtosekundowym. Obserwuj odbicie dwóch pierwszych rzędów od nanowłókna (pojawia się jako dwie jasne plamki na szklanej płytce górnej pokrywy). Obserwuj ruch tych punktów odbicia podczas przesuwania stolika Y w przód iw tył. 
		UWAGA: Jeśli te plamki przesuwają się w jedną stronę, oznacza to, że nanowłókno nie jest równoległe do linii ablacji. W takim przypadku obróć stopień rotacji, aby nanowłókno było równoległe do linii ablacji. Gdy są równoległe, punkty odbicia pojawią się jako błysk.</li>
		<li>Po ustawieniu nanowłókna równolegle do linii ablacji, przesuń stopień Y, aby zmaksymalizować nakładanie się wiązki lasera femtosekundowego i nanowłókna, mierząc moc lasera femtosekundowego rozproszonego w trybach kierowanych nanowłóknem za pomocą fotodiody na końcu stożkowego włókna. Po zmaksymalizowaniu zakładki obróć stolik obrotu do kąta produkcji θ = 0,5 st. 
		UWAGA: Aby uzyskać maksymalne nakładanie się wiązki lasera femtosekundowego i nanowłókna, można oczekiwać, że moc światła lasera femtosekundowego rozproszonego w trybach kierowanych nanowłókienami zostanie zmaksymalizowana.</li>
		<li>Zablokuj laser femtosekundowy miernikiem mocy i ustaw energię impulsu na 0,27 mJ. Zmień ustawienia lasera femtosekundowego na tryb pojedynczego napromieniowania. 
		UWAGA: W tym trybie po naciśnięciu wyłącznika przeciwpożarowego generowany jest tylko pojedynczy impuls, w przeciwnym razie nie ma wyjścia laserowego.
		<ol>
			<li>Zdejmij miernik mocy ze ścieżki wiązki laserowej i wystrzel pojedynczy femtosekundowy impuls laserowy. Na tym kończy się proces wytwarzania.</li>
		</ol>
		</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Wytwarzanie jamy PhC wywołanej defektem
	<ol>
		<li>Sprawdzić wyrównanie zestawu, obserwując ablację na szklanej płytce, jak opisano w sekcji 2.1. Po ustaleniu wysokości dla najsilniejszej linii ablacji, umieść drut miedziany o średnicy 0,5 mm w środku wiązki laserowej tuż przed maską fazową. Drut miedziany powinien znajdować się wzdłuż osi Y (prostopadle do linii ablacji).</li>
		<li>Sprawdź wzór ablacji na szklanej płytce, zmieniając położenie drutu miedzianego wzdłuż osi Z. Ustal położenie drutu miedzianego, gdy wzór ablacji pokazuje pojedynczą przerwę w środku linii ablacji.</li>
		<li>Po wyrównaniu należy wykonać wytwarzanie lasera femtosekundowego na nanowłóknie, postępując zgodnie z procedurą opisaną w sekcji 2.2. W przypadku tej produkcji należy ustawić kąt produkcji na θ = 0 stopni.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
3. Charakterystyka sfabrykowanych próbek
<ol>
	<li>Pomiar właściwości optycznych
	<ol>
		<li>Przygotuj konfigurację do pomiarów optycznych, jak pokazano na rysunku 1b. Uruchom szerokopasmowe źródło światła w stożkowym światłowodzie i zmierz widmo transmisji i odbicia przed i po produkcji za pomocą analizatora widma. Po wytworzeniu widmo transmisyjne pokaże pasmo zaporowe odpowiadające rezonansowi Bragga wytworzonej próbki.</li>
		<li>Obróć łopatki polaryzatora światłowodowego w linii, aby wybrać polaryzację i pobrać widma dla dwóch polaryzacji ortogonalnych X-pol i Y-pol. 
		UWAGA: Dla X-pol (polaryzacja wzdłuż nano-kraterów) pasmo zatrzymania będzie przesunięte do niebieskiego21 (w kierunku krótszej długości fali), a rozpraszanie od nanowłókien będzie silniejsze. Wybierz więc polaryzacje, patrząc na widmo i kamerę CCD.</li>
		<li>Dla jednej z polaryzacji należy pobrać widma transmisyjne, rozciągając stożkowe włókno za pomocą PZT (pokazanego na rysunku 1b). Zmierz widma, rozciągając stożkowe włókno w krokach co 2 μm, aż do maksymalnej długości rozciągania wynoszącej 20 μm (ograniczonej zakresem skanowania PZT). Zauważ, że rezonans Bragga zostanie przesunięty ku czerwieni (w kierunku dłuższej długości fali) poprzez rozciągnięcie zwężającego się włókna. Na podstawie tych widm oblicz przesunięcie rezonansu Bragga na jednostkę długości rozciągania.</li>
		<li>Do rozdzielenia modów wnęki i pomiaru bezwzględnej transmisji wnęki należy użyć przestrajalnego źródła lasera CW. Uruchom laser w stożkowym światłowodzie i monitoruj transmisję za pomocą fotodiody.</li>
		<li>Ustaw długość fali lasera na czerwoną krawędź pasma oporowego dla Y-pol i użyj polaryzatora światłowodowego w linii, aby zminimalizować transmisję. W ten sposób komponent X-pol jest wygaszony i wybierany jest tylko Y-pol. Ustaw długość fali lasera tak, aby znajdowała się dalej od krawędzi pasma po czerwonej stronie i rejestruj transmisję, rozciągając stożkowe włókno od 0 do 20 μm.
		<ol>
			<li>Powtórz pomiar, zmieniając długość fali lasera na niebieską stronę w krokach co 0,3 nm, aż całe pasmo zatrzymania zostanie pokryte. Na podstawie tych danych zrekonstruuj całe widmo, korzystając z danych dotyczących przesunięcia rezonansu na jednostkę długości rozciągania mierzonej w kroku 3.1.3. 
			UWAGA: Dla typowej próbki pasmo zaporowe (rezonans Bragga) wraz z modami wnęki przesuwa się o 2 nm poprzez rozciągnięcie zwężającego się włókna o 20 μm, a typowy swobodny zakres widmowy dla modów wnęki wynosi od 0,05 do 0,5 nm. Dla danej długości fali lasera wejściowego można zmierzyć co najmniej 3 - 4 mody wnęki poprzez rozciągnięcie stożkowego włókna. Odstępy częstotliwości między modami wywnioskowano na podstawie danych dotyczących przesunięcia rezonansowego na jednostkę długości rozciągania, mierzonej w kroku 3.1.3. Powtarzając pomiar poprzez zmianę długości fali lasera w krokach co 0,3 nm, w kolejnych pomiarach ponownie mierzone są co najmniej 2 - 3 kolejne tryby wnęki. Można zrekonstruować całe spektrum, nakładając na siebie dane transmisyjne dla kolejnych pomiarów, dopasowując położenie ponownie mierzonych modów wnęki.</li>
		</ol>
		</li>
		<li>Teraz zmierz widmo dla drugiej polaryzacji, stosując podobną procedurę, jak wspomniano w krokach 3.1.5 i 3.1.5.1.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Obrazowanie wyprodukowanej próbki
	<ol>
		<li>Umieść wyprodukowaną próbkę na metalowej płytce o długości 2 cm i przymocuj dwa końce stożkowego włókna do metalowej płytki za pomocą żywicy epoksydowej utwardzanej promieniami UV. Upewnij się, że strona napromieniająca próbki jest skierowana w stronę metalowej płytki, tak aby można było zobrazować stronę cienia.</li>
		<li>Za pomocą powlekarki Pt należy pokrywać próbkę przez 30 s i nanieść warstwę Pt o grubości około 10 nm. Umieść próbkę w SEM. Wykonaj obraz SEM próbki co 0,1 mm w całym wyprodukowanym obszarze.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>

<ol><li>Painter, O. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Two-Dimensional+Photonic+Band-Gap+Defect+Mode+Laser%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Two-Dimensional Photonic Band-Gap Defect Mode Laser.</a> Science. 284, 1819-1821 (1999).</li>
<li>Loncar, M., Scherer, A., Qiu, Y. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.1586781">Photonic crystal laser sources for chemical detection.</a> Appl. Phys. Lett. 82, 4648(2003).</li>
<li>Tanabe, T., Notomi, M., Mitsugi, S., Shinya, A., Kuramochi, E. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.2089185?journalCode=apl">All-optical switches on a silicon chip realized using photonic crystal nanocavities.</a> Appl. Phys. Lett. 87, 151112(2005).</li>
<li>Yoshie, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Vacuum+Rabi+splitting+with+a+single+quantum+dot+in+a+photonic+crystal+nanocavity%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Vacuum Rabi splitting with a single quantum dot in a photonic crystal nanocavity.</a> Nature. 432, 200-203 (2004).</li>
<li>Akimov, A. V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Generation+of+single+optical+plasmons+in+metallic+nanowires+coupled+to+quantum+dots%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Generation of single optical plasmons in metallic nanowires coupled to quantum dots.</a> Nature. 450, 402-406 (2007).</li>
<li>Noginov, M. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Demonstration+of+a+spaser-based+nanolaser%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Demonstration of a spaser-based nanolaser.</a> Nature. 460, 1110-1112 (2009).</li>
<li>Zhang, X. Y., Zhang, T., Hu, A., Song, Y. J., Duley, W. W. <a target="_blank" href="https://www.researchgate.net/publication/257952083_Controllable_plasmonic_antennas_with_ultra_narrow_bandwidth_based_on_silver_nano-flags">Controllable plasmonic antennas with ultra narrow bandwidth based on silver nano-flags.</a> Appl. Phys. Lett. 101, 153118(2012).</li>
<li>Tong, L., Zi, F., Guo, X., Lou, J. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0030401812007389">Optical microfibers and nanofibers: A tutorial.</a> Opt. Comm. 285, 4641-4647 (2012).</li>
<li>Morrissey, M. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Spectroscopy%2C+manipulation+and+trapping+of+neutral+atoms%2C+molecules%2C+and+other+particles+using+optical+nanofibers%3A+A+review%5BTitle%5D)+AND+%22Sensors%22%5BJournal%5D)">Spectroscopy, manipulation and trapping of neutral atoms, molecules, and other particles using optical nanofibers: A review.</a> Sensors. 13, 10449-10481 (2013).</li>
<li>Kien, F. L., Dutta Gupta, S., Balykin, V. I., Hakuta, K. <a target="_blank" href="http://journals.aps.org/pra/abstract/10.1103/PhysRevA.72.032509">Spontaneous emission of a cesium atom near a nanofiber: Efficient coupling of light to guided modes.</a> Phys. Rev. A. 72, 032509(2005).</li>
<li>Nayak, K. P., Melentiev, P. N., Morinaga, M., Kien, F. L., Balykin, V. I., Hakuta, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optical+nanofiber+as+an+efficient+tool+for+manipulating+and+probing+atomic+fluorescence%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Express%22%5BJournal%5D)">Optical nanofiber as an efficient tool for manipulating and probing atomic fluorescence.</a> Opt. Express. 15, 5431-5438 (2007).</li>
<li>Nayak, K. P., Hakuta, K. <a target="_blank" href="http://iopscience.iop.org/article/10.1088/1367-2630/10/5/053003/meta">Single atoms on an optical nanofiber.</a> New J. Phys. 10, 053003(2008).</li>
<li>Nayak, K. P., Kien, F. L., Morinaga, M., Hakuta, K. <a target="_blank" href="http://journals.aps.org/pra/abstract/10.1103/PhysRevA.79.021801">Antibunching and bunching of photons in resonance fluorescence from a few atoms into guided modes of an optical nanofiber.</a> Phys. Rev. A. 79, 021801(2009).</li>
<li>Yalla, R., Nayak, K. P., Hakuta, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fluorescence+photon+measurements+from+single+quantum+dots+on+an+optical+nanofiber%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Express%22%5BJournal%5D)">Fluorescence photon measurements from single quantum dots on an optical nanofiber.</a> Opt. Express. 20, 2932-2941 (2012).</li>
<li>Yalla, R., Kien, F. L., Morinaga, M., Hakuta, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Efficient+Channeling+of+Fluorescence+Photons+from+Single+Quantum+Dots+into+Guided+Modes+of+Optical+Nanofiber%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+Lett%22%5BJournal%5D)">Efficient Channeling of Fluorescence Photons from Single Quantum Dots into Guided Modes of Optical Nanofiber.</a> Phys. Rev. Lett. 109, 063602(2012).</li>
<li>Kien, F. L., Hakuta, K. <a target="_blank" href="https://www.researchgate.net/publication/235498340_Cavity-enhanced_channeling_of_emission_from_an_atom_into_a_nanofiber">Cavity-enhanced channeling of emission from an atom into a nanofiber.</a> Phys. Rev. A. 80, 053826(2009).</li>
<li>Kato, S., Aoki, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Strong+coupling+between+a+trapped+single+atom+and+an+all-fiber+cavity%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+Lett%22%5BJournal%5D)">Strong coupling between a trapped single atom and an all-fiber cavity.</a> Phys. Rev. Lett. 115, 093603(2015).</li>
<li>Hoffman, J. E., et al. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/full/10.1063/1.4879799">Ultrahigh transmission optical nanofibers.</a> AIP Advances. 4, 067124(2014).</li>
<li>Nayak, K. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cavity+formation+on+an+optical+nanofiber+using+focused+ion+beam+milling+technique%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Express%22%5BJournal%5D)">Cavity formation on an optical nanofiber using focused ion beam milling technique.</a> Opt. Express. 19, 14040-14050 (2011).</li>
<li>Kien, F. L., Nayak, K. P., Hakuta, K. <a target="_blank" href="https://arxiv.org/abs/1103.1789">Nanofibers with Bragg gratings from equidistant holes.</a> J. Modern Opt. 59, 274-286 (2012).</li>
<li>Nayak, K. P., Hakuta, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Photonic+crystal+formation+on+optical+nanofibers+using+femtosecond+laser+ablation+technique%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Express%22%5BJournal%5D)">Photonic crystal formation on optical nanofibers using femtosecond laser ablation technique.</a> Opt. Express. 21, 2480-2490 (2013).</li>
<li>Nayak, K. P., Zhang, P., Hakuta, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optical+nanofiber-based+photonic+crystal+cavity%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Lett%22%5BJournal%5D)">Optical nanofiber-based photonic crystal cavity.</a> Opt. Lett. 39, 232-235 (2014).</li>
<li>Becker, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fiber+Bragg+grating+inscription+combining+DUV+sub-picosecond+laser+pulses+and+two-beam+interferometry%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Express%22%5BJournal%5D)">Fiber Bragg grating inscription combining DUV sub-picosecond laser pulses and two-beam interferometry.</a> Opt. Express. 16, 19169-19178 (2008).</li>
</ol>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Efekt soczewkowania nanowłókna odgrywa ważną rolę w technice wytwarzania, tworząc w ten sposób nanokratery na zacienionej powierzchni nanowłókna (pokazane na rysunku 2). Efekt soczewkowania nanowłókna sprawia również, że proces wytwarzania jest odporny na wszelkie niestabilności mechaniczne w kierunku poprzecznym (oś Y). Ponadto, ze względu na napromieniowanie pojedynczym strzałem, niestabilności wzdłuż pozostałych osi nie mają wpływu na wytwarzanie, ponieważ czas naświetlania wynosi tylko 120 fs (tj...

Silne ograniczenie światła w urządzeniach nanofotonicznych otworzyło nowe granice w naukach optycznych. Nowoczesne technologie nanoprodukcji umożliwiły wytwarzanie wnęk kryształów fotonicznych (PhC) 1D i 2D dla nowych perspektyw w laseringu1, sensing2 i optycznych aplikacjach przełączających3. Co więcej, silna interakcja światło-materia w tych jamach PhC otworzyła nowe możliwości dla informatyki kwantowej4. Oprócz jam PhC, plazmoniczne nanowity również wykazały obiecujące perspektywy5,6,7. Jednak połączenie takich ubytków z siecią komunikacyjną opartą na światłowodach pozostaje wyzwaniem.
W ostatnich latach zwężający się światłowód jednomodowy o średnicy poniżej długości fali, znany jako nanoświatłowód, okazał się obiecującym urządzeniem nanofotonicznym. Ze względu na silne poprzeczne uwięzienie pola kierowanego nanowłóknem i zdolność do interakcji z otaczającym ośrodkiem, nanowłókno jest szeroko adaptowane i badane pod kątem różnych zastosowań nanofotonicznych8. Oprócz tego jest on również intensywnie badany i implementowany do kwantowej manipulacji światłem i materią9. Zbadano i zademonstrowano efektywne sprzężenie emisji z emiterów kwantowych, takich jak pojedyncze/kilka atomów chłodzonych laserem i pojedyncze kropki kwantowe, w tryby kierowane nanowłóknami10,11,12,13,14,15. Interakcja światło-materia na nanowłóknie może być znacznie ulepszona, poprzez implementację struktury wnęki PhC na nanofiber16,17.
Kluczową zaletą takiego systemu jest technologia fiber-in-line, którą można łatwo zintegrować z siecią komunikacyjną. Wykazano przepuszczalność światła na poziomie 99,95% przez stożkowe nanowłókno18. Jednak transmisja nanowłókien jest niezwykle podatna na kurz i zanieczyszczenia. Dlatego wytwarzanie struktury PhC na nanowłóknach przy użyciu konwencjonalnej techniki nanowytwarzania nie jest zbyt owocne. Chociaż wykazano wytwarzanie wnęk na nanowłóknach przy użyciu frezowania skupionej wiązki jonów (FIB)19,20, jakość optyczna i odtwarzalność nie są tak wysokie.
W tym protokole wideo prezentujemy niedawno zademonstrowaną technikę 21,22 do wytwarzania ubytków PhC na nanowłóknach za pomocą femtosekundowej ablacji laserowej. Wytwarzanie odbywa się poprzez stworzenie dwuwiązkowego wzoru interferencyjnego lasera femtosekundowego na nanowłóknie i naświetlanie pojedynczego impulsu lasera femtosekundowego. Efekt soczewkowania nanowłókna odgrywa ważną rolę w wykonalności takich technik, tworząc kratery ablacyjne na zacienionej powierzchni nanowłókna. Dla typowej próbki, okresowe nanokratery o okresie 350 nm i średnicy stopniowo zmieniającej się w zakresie 50 - 250 nm na długości 1 mm są wytwarzane na nanowłóknie o średnicy około 450 - 550 nm. Takie okresowe nano-kratery na nanowłóknie, działają jak 1-D PhC. Przedstawiamy również metodę kontrolowania profilu układu nano-kraterów w celu wytworzenia apodyzowanych i wywołanych defektami wnęk PhC na nanowłóknie.
Kluczowym aspektem takiego nanowytwarzania jest cała produkcja optyczna, dzięki czemu można utrzymać wysoką jakość optyczną. Co więcej, produkcja odbywa się poprzez naświetlanie tylko jednym femtosekundowym impulsem laserowym, dzięki czemu technika jest odporna na niestabilności mechaniczne i inne niedoskonałości produkcyjne. Umożliwia to również wewnętrzną produkcję wnęki z nanowłókien PhC, dzięki czemu można zminimalizować prawdopodobieństwo zanieczyszczenia. Protokół ten ma na celu pomóc innym we wdrożeniu i dostosowaniu tego nowego rodzaju techniki nanowytwarzania.
Rysunek 1a pokazuje schemat ideowy konfiguracji produkcji. Szczegóły dotyczące konfiguracji produkcji i procedur wyrównywania są omówione w21,22. Laser femtosekundowy o środkowej długości fali 400 nm i szerokości impulsu 120 fs pada na maskę fazową. Maska fazowa rozdziela wiązkę lasera femtosekundowego na rzędy 0 i ±1. Blok belki służy do blokowania belki rzędu 0. Składane lustra symetrycznie rekombinują rzędy ±1 w pozycji nanowłókien, tworząc wzór interferencyjny. Skok maski fazowej wynosi 700 nm, więc wzór interferencyjny ma skok (ΛG) 350 nm. Cylindryczna soczewka skupia wiązkę lasera femtosekundowego wzdłuż nanowłókna. Rozmiar wiązki w poprzek (oś Y) i wzdłuż (oś Z) nanowłókna wynosi odpowiednio 60 μm i 5,6 mm. Włókno stożkowe jest zamontowane na uchwycie wyposażonym w siłownik piezoelektryczny (PZT) do rozciągania włókna. Górna pokrywa ze szklaną płytką służy do ochrony nanowłókna przed kurzem. Uchwyt ze stożkowym włóknem jest zamocowany na stole produkcyjnym wyposażonym w stopnie translacji (XYZ) i obrotu (θ). Stolik θ umożliwia rotację próbki nanowłókna w płaszczyźnie YZ. Stolik X może również sterować kątami nachylenia wzdłuż płaszczyzny XY i XZ. Kamera CCD jest umieszczona w odległości 20 cm od nanowłókna i pod kątem 45° w płaszczyźnie XY, aby monitorować położenie nanowłókna. Wszystkie eksperymenty są przeprowadzane w czystej kabinie wyposażonej w filtry HEPA (High-efficiency particulate arresting), aby uzyskać warunki wolne od kurzu. Stan wolny od kurzu jest niezbędny do utrzymania transmisji nanowłókna.
Rysunek 1b pokazuje schemat pomiarów optycznych. Podczas produkcji właściwości optyczne są krótko monitorowane poprzez wprowadzenie szerokopasmowego (zakres długości fali: 700 - 900 nm) źródła światła sprzężonego ze światłowodem do światłowodu stożkowego i pomiar widma światła przepuszczanego i odbitego za pomocą analizatora widma o wysokiej rozdzielczości. Przestrajalne źródło lasera CW służy do prawidłowego rozwiązywania modów wnęki i pomiaru bezwzględnej transmisji wnęki.
Przedstawiamy protokół do produkcji i charakteryzacji. Sekcja protokołu jest podzielona na trzy podsekcje: przygotowanie nanowłókien, wytwarzanie lasera femtosekundowego i charakterystyka wytworzonych próbek.

<table><tbody><tr><td>Laser femtosekundowy</td><td>Coherent Inc.</td><td>Libra HE</td><td></td></tr><tr><td>Maska fazowa</td><td>Ibsen Photonics</td><td>Wykonany na zamówienie</td><td></td></tr><tr><td>optymalny sprzęt do produkcji nanowłókien&nbsp; &nbsp;</td>Karta ADC <td>Ishihara Sangyo</td><td>ONME</td><td></td></tr><tr><td></td><td>PicoTech</td><td>ADC-24</td><td></td></tr><tr><td>Światłowód jednomodowy</td><td>Fujikura</td><td>FutureGuide-SM</td><td></td></tr><tr><td>Źródło szerokopasmowe</td><td>NKT Photonics</td><td>SuperK EXTREME</td><td></td></tr><tr><td>CW Tunable Laser</td><td>Coherent Inc.</td><td>MBR-110</td><td></td></tr><tr><td>Analizator widma (widmo transmisji)</td><td>Thermo Fisher Scientific</td><td>Nicolet 8700</td><td></td></tr><tr><td>Analizator widma (widmo odbicia)</td><td>Ocean Optics</td><td>QE65000</td><td></td></tr><tr><td>Kamera CCD</td><td>Thorlabs</td><td>DCC1545M</td><td></td></tr><tr><td>Miernik mocy</td><td>Thorlabs</td><td>D3MM</td><td></td></tr><tr><td>Pt-Coater</td><td>Urządzenie próżniowe Inc.</td><td>MSP-1S</td><td></td></tr><tr><td>Skaningowy mikroskop elektronowy</td><td>Keyence</td><td>VE-9800</td><td></td></tr><tr><td>Epoksyd utwardzany promieniami UV</td><td>NTT-AT</td><td>AT8105</td><td></td></tr><tr><td>Fotodioda</td><td>ThorLabs</td><td>PDA 36A-EC</td><td></td></tr><tr><td>Wycieraczka do pomieszczeń czystych</td><td>TExWipe</td><td>TX-404</td><td></td></tr><tr><td>Ściągacz powłok z włókien</td><td>NTT-AT</td><td>Szczypce do włókien 250 &mu; m&nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>Szkło osłonowe</td><td>Matsunami Glass IND,LTD</td><td>NEO mikro szkło nakrywkowe 0,12-0,17 mm&nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>PZT</td><td>NOLIAC</td><td>NAC 2011-H20</td><td></td></tr><tr><td>Stolik cylindryczny</td><td>NewPort</td><td>M-481-A&nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>Etapy Y,Z</td><td>Chuo Precision Industrial Co., LTD.</td><td>LD-149-C7</td><td></td></tr><tr><td>Stopień obrotowy</td><td>SIGMA KOKI</td><td>KSPB-1026MH</td><td></td></tr><tr><td>Stopień Z(1), stopień Z(2)</td><td>NewPort</td><td>M-460P&nbsp;</td><td></td></tr></tbody></table>

wytwarzanie 1-d fotonicznej wnęki kryształu na nanowłóknie za pomocą ablacji indukowanej laserem femtosekundowym

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

Przedstawiamy protokół wytwarzania wnęk kryształów fotonicznych 1D (PhC) na światłowodach stożkowych o średnicy podfalowej, nanowłóknach optycznych, przy użyciu ablacji indukowanej laserem femtosekundowym. Pokazujemy, że tysiące okresowych nano-kraterów jest wytwarzanych na nanowłóknie optycznym poprzez naświetlanie tylko jednym femtosekundowym impulsem laserowym. Dla typowej próbki, okresowe nanokratery o okresie 350 nm i średnicy stopniowo zmieniającej się w zakresie 50 - 250 nm na długości 1 mm są wytwarzane na nanowłóknie o średnicy około 450 - 550 nm. Kluczowym aspektem takiej nanoprodukcji jest to, że samo nanowłókno działa jak cylindryczna soczewka i skupia wiązkę lasera femtosekundowego na swojej cienistej powierzchni. Co więcej, produkcja jednostrzałowa sprawia, że jest odporny na niestabilności mechaniczne i inne niedoskonałości produkcyjne. Takie okresowe nano-kratery na nanowłóknie, działają jak PhC 1-D i umożliwiają silne i szerokopasmowe odbicie przy jednoczesnym utrzymaniu wysokiej transmisji z pasma stopu. Przedstawiamy również metodę kontrolowania profilu układu nano-kraterów w celu wytworzenia apodyzowanych i wywołanych defektami wnęk PhC na nanowłóknie. Silne ograniczenie pola, zarówno poprzecznego, jak i podłużnego, w wnękach PhC opartych na nanowłóknach oraz efektywna integracja z sieciami światłowodowymi może otworzyć nowe możliwości dla zastosowań nanofotonicznych i informatyki kwantowej.

Rysunek 2 przedstawia obraz SEM typowego fragmentu wytworzonej próbki nanowłókien. Widać na nim okresowe nanokratery uformowane po stronie zacienionej nanowłókna, o periodyczności 350 nm, co dobrze odpowiada wzorowi interferencyjnemu. Wstawka przedstawia powiększony widok próbki. Kształt nanokraterów jest niemal okrągły, a średnica typowego nanokrateru wynosi około 210 nm.
Rycina 3a przedstawia ...

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

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

Ogólnym celem niniejszej procedury jest zademonstrowanie optycznego wytwarzania jednowymiarowej wnęki kryształu fotonicznego na zwężonym włóknie optycznym o średnicy mniejszej niż długość fali. Kluczowym punktem naszej metody jest wytworzenie tysięcy nanostruktur lub nanofibry za pomocą pojedynczego laseru, a powstała nanostruktura działa ostatecznie jako jednowymiarowa wnęka kryształu fotonicznego, co może otworzyć nowe możliwości w nanofotonice i nauce o informacji kwantowej. Istotnym aspektem tej pracy jest fakt, że sama nanofibra działa jako soczewka cylindryczna i skupia wiązkę laserową na swojej powierzchni bocznej.Co więcej, sposób wykonania sprawia, że jest on odporny na jakiekolwiek niestabilności mechaniczne lub inne niedoskonałości produkcyjne. Lektorem w nagraniu jest Jameesh Keloth, doktorant z mojego laboratorium. Nanowłókna do produkcji zostaną wytworzone przy użyciu urządzenia komercyjnego.Włókno jest podgrzewane płomieniem tlenowo-wodorowym z tej dyszy. Włókno jest wyciągane przez zmotoryzowane stoły w celu wytworzenia sekcji zwężonej. Komputer monitoruje transmisję przez włókno, wykorzystując sygnały z lasera sondującego i fotodiody.Nanowłókno zostanie wykonane z

fabrication-1-d-photonic-crystal-cavity-on-nanofiber-using

Research

JoVE Journal

Engineering

Inżynieria

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

Bezpośredni zapis laserem femtosekundowym jest często wykorzystywany do tworzenia trójwymiarowych (3D) wzorów w polimerach i szkle. Jednakże formowanie metali w 3D wciąż stanowi wyzwanie. Opisujemy metodę wytwarzania nanostruktur srebrnych osadzonych w matrycy polimerowej przy użyciu lasera femtosekundowego o długości fali 800 nm.

Metoda wytwarzania rozłącznych nanostruktur srebrowych w 3D

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

Opisujemy eksperymentalną metodę osadzania cienkich warstw nanostrukturalnych tlenków za pomocą nanosekundowego pulsacyjnego osadzania laserowego (PLD) w obecności gazu tła. Dzięki tej metodzie można osadzać warstwy ZnO domieszkowane Alem (AZO), od zwartych po hierarchicznie ustrukturyzowane jak lasy nanodrzew.

Wytwarzanie nanoinżynieryjnych przezroczystych przewodzących tlenków za pomocą pulsacyjnego osadzania laserowego

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

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

Wytwarzanie mikrosfer polimerowych do zastosowań w rezonatorach optycznych i laserach

Impulsy femtosekundowe światła laserowego o wysokiej intensywności mogą przechodzić cykle samoogniskowania Kerra i rozogniskowania plazmowego, rozchodząc intensywną wiązkę o średnicy poniżej milimetra na duże odległości. Opisujemy technikę generowania i wykorzystywania tych włókien do wykonywania zdalnego obrazowania i wykrywania poza klasycznymi granicami dyfrakcyjnymi optyki liniowej.

Filamenty laserów femtosekundowych do stosowania w obrazowaniu o ograniczonej subdyfrakcji i teledetekcji

Przedstawiono metodę budowy niestandardowego, taniego, zsynchronizowanego w trybie femtosekundowego lasera światłowodowego do potencjalnych zastosowań w mikroskopii wielofotonowej, endoskopii i fotomedycynie. Ten laser jest zbudowany przy użyciu dostępnych na rynku części i podstawowych technik łączenia.

Tania, niestandardowa produkcja i działanie lasera femtosekundowego o całkowicie normalnej dyspersji do mikroskopii wielofotonowej

Pokazujemy wytwarzanie kanałów o nanowysokości z integracją urządzeń do aktywacji powierzchniowej fali akustycznej na niobianie litu dla nanofluidyki akustycznej za pomocą fotolitografii liftoff, nano-głębokiego reaktywnego trawienia jonowego i plazmowego aktywowanego powierzchniowo wielowarstwowego wiązania monokryształowego niobianu litu w temperaturze pokojowej, procesu podobnie użytecznego do wiązania niobianu litu z tlenkami.

Wytwarzanie kanałów o nanowysokości wykorzystujących aktywację powierzchniowej fali akustycznej za pomocą niobianu litu w nanofluidyce akustycznej

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

Ultraszybka ablacja laserowa w cieczy to precyzyjna i wszechstronna technika syntezy nanomateriałów (nanocząstek [NPs] i nanostruktur [NSs]) w środowisku ciecz/powietrze. Nanomateriały ablowane laserowo mogą być funkcjonalizowane cząsteczkami aktywnymi Ramanem w celu wzmocnienia sygnału Ramana analitów umieszczonych na lub w pobliżu NS/NP.

Ultraszybkie nanocząstki i nanostruktury z ablacją laserową do zastosowań w wykrywaniu opartym na rozpraszaniu Ramana ze wzmocnieniem powierzchniowym

Poznaj metodę wytwarzania 1-D fotonicznej wnęki kryształu na nanowłóknie za pomocą ablacji indukowanej laserem femtosekundowym. Technika ta umożliwia precyzyjną nanofabrykację z zastosowaniem w nanofotonice i informatyce kwantowej.

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

Przeglądaj więcej filmów