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 segmentu wytworzonej próbki nanowłókna. Widać na nim, że po stronie zacienionej nanowłókna powstały okresowe nanokratery 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.
Rysunek 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 odcinka jednomodowego włókna optymalnego o długości około 210 mm. Do wytworzenia nanowłókna niezbędny będzie dodatkowy sprzęt. Na początek należy przygotować ściągacz powłoki włókna, metanol oraz chusteczki do czystych pomieszczeń.Należy również przygotować rezerwuar z acetonem, w którym można zanurzyć światłowód jednomodowy. Aby zapobiec osadzaniu się kurzu na nanowłóknie, należy być przygotowanym do jego szybkiej izolacji. W tym doświadczeniu nanowłókno zostanie zamocowane w tym uchwycie do nanowłókien przy użyciu epoksydu utwardzanego promieniowaniem UV.Uchwyt można zamknąć za pomocą szklanej pokrywy górnej. Należy rozpocząć od odcinka światłowodu jednomodowego i za pomocą ściągacza izolacji światłowodowej usunąć pięć milimetrów polimerowej osłony z każdego końca. Należy nasączyć przemywkę do czystych pomieszczeń metanolem i użyć jej do oczyszczenia końców.Następnie zanurz odcinek włókna pomiędzy dwoma końcami w zbiorniku z acetonem. Pozostaw je tam na 10 do 15 minut, aż izolacja włókna odpadnie. Po odpadnięciu izolacji wyjmij włókno z acetonu i oczyść całe włókno za pomocą przemywki do czystych pomieszczeń nasączonej metanolem.W następnych krokach przenieś włókno do komercyjnego urządzenia do wytwarzania nanowłókien. Włókno to jest zamocowane na napędach zmotoryzowanych i gotowe do rozpoczęcia procesu produkcji. Zamknij urządzenie i uruchom laser pomiarowy, aby monitorować transmitancję.Użyj oprogramowania, aby zapalić płomień, załaduj parametry i rozpocznij proces wytwarzania. Po zakończeniu wytwarzania przenieś uchwyt z nanowłóknem i żywicą epoksydową do urządzenia. Przymocuj włókno po obu stronach zwężki, używając żywicy epoksydowej utwardzanej promieniami UV.Po umieszczeniu włókna przykryj uchwyt nanowłókien górną pokrywą. Umieść próbkę w czystym pudełku, aby przenieść ją do zestawu eksperymentalnego. Jest to konfiguracja do wytwarzania za pomocą lasera femtosekundowego.Urządzenie znajduje się wewnątrz kabiny z filtrami HEPA. Wiązka lasera wpada z góry przez soczewkę cylindryczną. Uchwyt nanowłókna zostanie umieszczony na stole z możliwością przesuwania w osiach X, Y, Z oraz jednym stołem obrotowym.Ten schemat pozwala lepiej zobrazować budowę aparatury. Światło laserowe przechodzi przez soczewkę cylindryczną, a następnie pada na maskę fazową o okresie 700 nanometrów.Maska fazowa rozdziela wiązkę na rzędy zero oraz plus i minus jeden. Rząd zerowy zostaje zablokowany, natomiast rzędy plus i minus jeden odbijają się od luster zwrotnych. Symetrycznie rozmieszczone lustra prowadzą do powstania wzoru interferencyjnego na nanofibrze w jej uchwycie.Fotodioda umożliwia monitorowanie światła w światłowodzie. Kamera CCD służy do monitorowania położenia nanowłókna. Układ do wytwarzania laserem musi zostać wyrównany.Wymaga to użycia płytki szklanej, którą można poddać ablacji laserowej. Umieść płytkę szklaną na stole montażowym. Za pomocą stolika translacyjnego ustaw wysokość stołu na 15 milimetrów, a następnie użyj lasera, aby naświetlać szkło przez pięć sekund przy energii impulsu wynoszącej jedną milijoule.Użyj kamery CCD do obserwacji płytki i zidentyfikowania ablacji indukowanej laserem. Na szkle widoczna będzie uszkodzona linia z wzorem ablacji. Zmień pozycję poziomą szkła o jeden milimetr, aby umożliwić przeprowadzenie nowej ablacji.Następnie należy zmienić wysokość powierzchni szkła, aby przetestować siłę ablacji w nowej pozycji. Ponownie naświetlaj płytkę szklaną przez pięć sekund z energią impulsu wynoszącą 1 mJ. Następnie oceń stopień uszkodzenia płytki szklanej.Podobnie jak w przypadku tej płytki szklanej, należy dostosować wysokość szkła i przeprowadzić ablację w nowym obszarze, aż do zidentyfikowania najsilniejszej linii ablacji. Przy ustawieniu stolika na wysokości odpowiadającej najsilniejszej linii ablacji, precyzyjnie dostrój kąt luster i ustaw stolik, aby maksymalnie zwiększyć ablację. Po tej optymalizacji przejdź do oprogramowania kamery CCD.Użyj oprogramowania, aby zaznaczyć położenie linii ablacji w polu widzenia. Usuń płytkę szklaną, aby zbadać strukturę okresową ablacji. Do obrazowania wzoru należy użyć skaningowego mikroskopu elektronowego.Wzorzec powinien wykazywać strukturę okresową o okresie 350 nanometrów. W przeciwnym razie należy powtórzyć kroki wyrównywania. Rozpocznij pracę przy wyrównanym stanowisku do wytwarzania.Przygotuj odpowiednio wykonany zwężony światłowód w uchwycie. Zamocuj uchwyt światłowodu i podłącz światłowód do lasera sondującego. Aby uzyskać prawidłowe ustawienie, światłowód powinien być ustawiony w sposób niemal równoległy do linii ablacji zaznaczonej w oprogramowaniu CCD.Następnie przeprowadź laser pomiarowy przez zwężone włókno i użyj kamery CCD do obserwacji rozpraszania. Wykorzystaj przesuwkę, aby przemieścić włókno wzdłuż jego długości i wycentrować je na linii ablacji. Teraz użyj lasera femtosekundowego z minimalną energią impulsu.Przesuń światłowód w płaszczyźnie poziomej tak, aby pokrywał się z wiązką lasera femtosekundowego. Następnie przesuń światłowód w płaszczyźnie pionowej, aby jego pozycja pokrywała się z linią ablacji. Ponownie przesuń światłowód w płaszczyźnie poziomej, aby zmaksymalizować pokrycie z laserem femtosekundowym.Przesuwając stolik w przód i w tył, obserwuj szkło na górnej pokrywie uchwytu włókna, aby dostrzec odbicia pierwszego i drugiego rzędu z włókna. Jeśli jasne punkty poruszają się wzdłuż linii, oznacza to, że nanowłókno nie jest równoległe do linii ablacji i należy obrócić stolik obrotowy. Jeśli punkty pojawiają się w formie błysku, wskazuje to, że nanowłókno jest równoległe do linii ablacji i stolik obrotowy nie wymaga regulacji.Gdy nanowłókno znajduje się równolegle do linii ablacji, wyłącz laser sondy i zmierz moc w włóknie za pomocą fotodiody. Użyj stołu pozycjonującego, aby dostosować położenie włókna w płaszczyźnie poziomej. Celem tych regulacji jest maksymalizacja zmierzonej mocy rozproszonej z lasera femtosekundowego.Po zakończeniu użyj stolika obrotowego, aby obrócić światłowód pod odpowiednim kątem obrotu. Następnie weź miernik mocy i użyj go do zablokowania wiązki lasera femtosekundowego. Dostosuj energię impulsu tak, aby miernik wskazywał 0,27 mJ.Zmień ustawienie lasera femtosekundowego na pojedynczy impuls (single shot) przed usunięciem miernika z drogi wiązki lasera. Zakończ proces wytwarzania, emitując pojedynczy impuls lasera femtosekundowego. Rozpocznij proces wytwarzania przy wyrównanym ustawieniu aparatury.Dodatkowo należy przygotować drut zamocowany nad soczewką cylindryczną. Ten miedziany drut o grubości 0,5 mm jest podparty słupkiem. Słupek jest zamontowany na stole przesuwnym, co umożliwia precyzyjne ustawienie drutu w wiązce lasera.Należy upewnić się, że wysokość płytki szklanej została ustawiona w miejscu, w którym odnotowano najsilniejszą linię ablacji. Następnie należy wsunąć drut w centrum wiązki lasera, prostopadle do linii ablacji. Obserwując cień drutu, należy spróbować ustawić go w centrum wzoru ablacji.Następnie należy użyć impulsu lasera femtosekundowego do wytworzenia wzoru ablacji na szklanej płytce. Należy sprawdzić wzór ablacji na szklanej płytce, aby upewnić się, czy drut tworzy przerwę w swoim centrum. Jeśli tak nie jest, należy przesunąć miedziany drut do środka i poddać ablacji nowy fragment szklanej płytki.Powtarzać czynność do momentu, aż przerwa znajdzie się w centrum wzoru ablacji. Przed kontynuacją należy unieruchomić drut, blokując jego zespół przesuwu. Następnie należy zdjąć płytkę szklaną z platformy produkcyjnej.Pobierz uchwyt światłowodowy z zamontowanym światłowodem i zainstaluj go w układzie do produkcji. W tym miejscu uchwyt znajduje się na swoim miejscu, a światłowód jest sprzężony z laserem pomiarowym. Prześlij impuls lasera pomiarowego przez światłowód.Powinno być ono w przybliżeniu równoległe do linii ablacji zarejestrowanej w oprogramowaniu CCD. Przesuń stolik wzdłuż długości włókna, aby wycentrować nanowłókno na linii ablacji przed wyłączeniem sondy. Włącz impulsy femtosekundowe i przesuń włókno w płaszczyźnie poziomej prostopadle do jego długości, dążąc do maksymalizacji pokrycia się włókna z impulsem lasera femtosekundowego.Sprawdź to, mierząc moc światła rozproszonego za pomocą fotodiody. Po zmaksymalizowaniu nakładania się wiązek ustaw kąt wytwarzania. Następnie użyj miernika mocy, aby zablokować laser femtosekundowy.Następnie dostosuj energię impulsu do wartości 0,27 mJ i zmień ustawienie lasera femtosekundowego na pojedynczy impuls (single shot). Usuń miernik mocy z drogi wiązki lasera i wystrzel pojedynczy impuls lasera femtosekundowego, aby zakończyć proces wytwarzania. Ten obraz z transmisyjnego mikroskopu elektronowego przedstawia typowy fragment wytworzonej próbki nanowłókna.Nanokratery powstają po zacienionej stronie włókna. Nanokratery mają niemal okrągły kształt o średnicy około 210 nanometrów. W tej próbce okresowość wynosi 350 nanometrów.To widmo transmisyjne z apodyzowanej wnęki kryształu protonicznego dotyczy światła spolaryzowanego prostopadle do ścian nanokraterów. Widmo wykazuje obszar przerwy transmitancyjnej (stopband) od około 794 do 799 nanometrów, w którym transmitancja wynosi zaledwie kilka procent. Porównaj to z widmem transmisyjnym światła spolaryzowanego równolegle do ścian nanokraterów.Posiada ono również pasmo stopowe, ale przy dłuższych długościach fal, od około 796 do 803 nanometrów. Oba widma wykazują piki odpowiadające modom wnęki. Widma transmisji dla tych samych modów polaryzacyjnych w wnękach kryształów fotonicznych z indukowaną defektą wykazują podobne zachowanie.W takich przypadkach mody wnękowe znajdują się po obu stronach pasma zaporowego. Należy zauważyć, że odstępy między modami wnękowymi przy krótszych długościach fali są znacznie większe niż przy dłuższych długościach fali. Ta jednorazowa metoda wytwarzania optycznego jest odporna na niestabilności mechaniczne, co zapewnia powtarzalność wysokości, a technika ta może zostać zaimplementowana do tworzenia różnych urządzeń nanofotonicznych z nanofibrów oraz może zostać dostosowana do innych procesów nanolitografii.

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