Name: Demonstracja wszystkich dielektrycznych widzialnych metahologramów z multipleksem spinowym i kierunkowym (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2020-09-25T14:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 48 s
Description: Poznaj metodę tworzenia multipleksowanych metahologramów widzialnych z multipleksem spinowym i kierunkowym. Protokół obejmuje nanoszenie polimeru przewodzącego, mikroskopię elektronową oraz charakteryzację optyczną.

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 finansowana przez granty National Research Foundation (NRF) (NRF-2019R1A2C3003129, CAMM-2019M3A6B3030637, NRF-2019R1A5A8080290) finansowane przez Ministerstwo Nauki i ICT rządu koreańskiego. I.K. dziękuje za stypendium NRF Global Ph.D. Fellowship (NRF-2016H1A2A1906519) ufundowane przez Ministerstwo Edukacji rządu koreańskiego.

1. Produkcja urządzeń
UWAGA: Rysunek 1 pokazuje proces wytwarzania metapowierzchni a-Si:H17.
<ol>
	<li>Przygotuj kawałek stopionej płytki krzemionkowej (rozmiar = 2 cm x 2 cm, grubość = 500 μm) jako podłoże. Spłucz podłoże acetonem i alkoholem izopropylowym (IPA), a następnie wdmuchnij gazowy azot na podłoże, aby je wysuszyć.</li>
	<li>Osadzać na podłożu warstwę a-Si:H o grubości 380 nm za pomocą plazmowego chemicznego osadzania z fazy gazowej (PECVD) z następującymi ustawieniami: temperatura w komorze = 300 °C; moc częstotliwości radiowej = 800 W; natężenie przepływu gazu = 10 sccm dla SiH4 i 75 sccm dla H2; ciśnienie procesowe = 25 mTorr; czas = 30 s.</li>
	<li>Pokryj powłoką wirową fotorezystor litograficzny wiązką elektroniczną. Upuścić polimetakrylan metylu (PMMA) A2 na podłoże i powlekać wirowo z prędkością obrotową 2 000 obr./min przez 1 min.</li>
	<li>Piecz podłoże pokryte rezystancją na płycie grzejnej w temperaturze 180 °C przez 5 minut.</li>
	<li>Powłóż przewodzącą warstwę polimeru, aby zapobiec gromadzeniu się ładunku podczas procesu zapisu wiązki elektronicznej. Upuść przewodzący polimer (np. Espacer) na podłoże i powlekaj z prędkością obrotową 2 000 obr./min przez 1 min.</li>
	<li>Uruchom litografię wiązką elektroniczną o napięciu przyspieszenia 80 kV i prądzie 50 pA.</li>
	<li>Zanurz próbkę w wodzie dejonizowanej (DI) na 2 minuty, aby usunąć przewodzącą warstwę polimeru. Zanurzyć próbkę w roztworze ketonu metylowo-izobutylowego (MIBK) w stosunku 1:3 otoczonym mrożonym kubkiem na 12 minut, aby uzyskać odsłonięty wzór. Następnie płucz próbkę alkoholem izopropylowym przez 30 s.</li>
	<li>Osadzanie warstwy chromu (Cr) o grubości 30 nm za pomocą parownika wiązki elektromagnetycznej.</li>
	<li>Zanurz próbkę w acetonie, aby usunąć nienaświetloną warstwę fotorezystu i przenieść wzór Cr na podłoże. Sonikować przez 1 minutę przy 40 kHz, a następnie płukać alkoholem izopropylowym przez 30 sekund.</li>
	<li>Wytrawić odkrytą warstwę a-Si:H, aby przenieść wzór Cr do warstwy a-Si:H za pomocą suchego wytrawiacza o mocy źródła 500 W, polaryzacji 100 V, natężeniu przepływu gazu 80 sccm dla Cl2 i 120 sccm dla HBr.</li>
	<li>Zanurzyć próbkę w roztworze wytrawiacza Cr etch, aby usunąć maskę Cr etch. Następnie przepłukać próbkę sekwencyjnie acetonem, IPA i wodą demineralizowaną odpowiednio przez 30 sekund.</li>
</ol>
2. Charakterystyka skaningowego mikroskopu elektronowego
<ol>
	<li>Powlekaj przewodzącą warstwę polimeru, aby zapobiec gromadzeniu się ładunku podczas procesu skanowania wiązką elektronów. Upuść przewodzący polimer na podłoże i powlekaj z prędkością obrotową 2 000 obr./min przez 1 minutę.</li>
	<li>Przymocuj podłoże do uchwytu próbki za pomocą taśmy węglowej. Odpowietrzyć komorę blokady załadunku, naciskając przycisk AIR.</li>
	<li>Umieścić uchwyt na pręcie mocującym komory załadunku. Opróżnij komorę blokady załadunku, naciskając przycisk EVAC.</li>
	<li>Ustaw wysokość stolika i kąt pochylenia, ustawiając czujnik Z na 8 mm, a czujnik T na 0°.</li>
	<li>Otwórz drzwi komory zamka załadunku, naciskając przycisk OPEN. Naciśnij pręt mocujący, aby przenieść uchwyt do głównej komory skaningowego mikroskopu elektronowego (SEM). Wyciągnij pręt i naciśnij przycisk ZAMKNIJ.</li>
	<li>Sprawdź stan próżni przed włączeniem pistoletu elektronowego. Wykonaj funkcję, naciskając przycisk FLASHING, aby usunąć węgiel lub kurz z pistoletu elektronowego za pomocą natychmiastowego wysokiego napięcia.</li>
	<li>Włącz działo elektronowe o napięciu przyspieszającym 5 kV, klikając przycisk ON w oprogramowaniu SEM.</li>
	<li>Dostosuj wyrównanie wiązki, aby precyzyjnie zlokalizować wiązkę elektronów w pozycji środkowej, klikając panel WYRÓWNANIE WIĄZKI w oprogramowaniu. Za pomocą kontrolera stolika zlokalizuj belkę pośrodku.</li>
	<li>Dostosuj wyrównanie przysłony i wyrównanie stygmatów, aby utworzyć okrągłą wiązkę elektronów, klikając panel WYRÓWNANIE PRZYSŁONY w oprogramowaniu. Korzystając z kontrolera stygmatyzacji, utwórz stabilną wiązkę, aby zeskanować w tym samym miejscu.</li>
	<li>Rejestruj obrazy SEM z odpowiednią ostrością i regulacją stygmatora.</li>
	<li>Wyłącz wiązkę elektronów, klikając przycisk OFF w oprogramowaniu. Kliknij przycisk HOME, aby przywrócić stolik do jego pierwotnego położenia.</li>
	<li>Otwórz drzwi komory głównej i popchnij pręt, aby podnieść uchwyt na próbkę. Odpowietrzyć komorę blokady załadunku, naciskając przycisk AIR, a następnie rozładować uchwyt.</li>
	<li>Przepłukać próbkę wodą demineralizowaną, aby usunąć przewodzącą warstwę polimeru.</li>
</ol>
3. Charakterystyka optyczna metahologramu z multipleksem spinowym
<ol>
	<li>Przygotuj elementy optyczne wymienione w Tabeli Materiałów.</li>
	<li>Podłącz moduł lasera diodowego do adaptera, który można podłączyć do 1-calowego uchwytu optycznego. Wyreguluj wysokość lasera diodowego za pomocą słupka i uchwytu na słupek, a następnie ustal pozycję za pomocą zacisku. 
	UWAGA: Każdy element optyczny powinien być zamontowany za pomocą słupka i uchwytu słupka, a następnie zamocowany na miejscu za pomocą zacisku.</li>
	<li>Zamontuj płytkę półfalową za pomocą 1-calowego uchwytu obrotowego, a następnie umieść płytkę przed modułem laserowym, aby obrócić światło spolaryzowane liniowo.</li>
	<li>Przygotuj dwa lustra, montując je na 1-calowych mocowaniach kinematycznych i jednej tarczy wyrównującej, aby wyrównać kierunek początkowej wiązki.
	<ol>
		<li>Umieść tarczę wyrównującą przed laserem i ustaw wysokość. Umieść dwa lustra tak, aby wiązka zaginała się dwukrotnie pod kątem 90° każde, aby były naprzemienne.</li>
		<li>Umieść tarczę wyrównującą w pobliżu drugiego lustra i wyreguluj kąt pierwszego lustra za pomocą pokręteł, aby wyrównać światło pośrodku.</li>
		<li>Umieść tarczę wyrównującą z dala od drugiego lustra i wyreguluj kąt drugiego lustra, obracając pokrętła, aby wyrównać światło pośrodku.</li>
		<li>Powtarzaj kroki 3.4.2 i 3.4.3, aż światło przejdzie przez środek tarczy wyrównującej w obu miejscach.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Umieść filtr o neutralnej gęstości za lustrem, aby kontrolować natężenie światła. Umieść tęczówkę za filtrem o neutralnej gęstości, aby kontrolować średnicę padającego światła.</li>
	<li>Aby uzyskać światło spolaryzowane kołowo, umieść polaryzator liniowy i płytkę ćwierćfalową w kolejności za tęczówką. Zamontuj każdy komponent na osobnym uchwycie obrotowym.</li>
	<li>Przymocuj wyprodukowaną metapowierzchnię do płytki z otworem i zamontuj płytkę na montażu translacyjnym XY dla prostokątnej optyki. Wyreguluj mocowanie translacji XY tak, aby światło było kierowane na wzór w próbce.</li>
	<li>Umieść soczewkę za metapowierzchnią. Dostosuj położenie obiektywu, który ma być umieszczony na ogniskowej. Umieść matrycę CCD za obiektywem, aby przechwycić obraz hologramu.</li>
</ol>
4. Charakterystyka optyczna metahologramu z multipleksem kierunkowym
<ol>
	<li>Przygotuj dwa rozdzielacze wiązki, dwa lustra, soczewkę i CCD. 
	UWAGA: Ten zestaw można zbudować z konfiguracji metahologramu z multipleksem spinowym, dodając dodatkowe komponenty.</li>
	<li>Umieść rozdzielacz wiązki między płytą ćwierćfalową a mocowaniem translacyjnym XY, aby podzielić wiązkę na dwa kierunki. Umieść kolejny rozdzielacz wiązki między mocowaniem translacyjnym XY a obiektywem. 
	UWAGA: Jedna ścieżka wiązki jest taka sama, jak w poprzedniej konfiguracji metahologramu z multipleksem spinowym. W tym przypadku kolejna podzielona wiązka zostanie wyrównana, aby oświetlić próbkę w kierunku przeciwnym do poprzedniej konfiguracji.</li>
	<li>Umieść dwa lustra tak, aby wiązka zakrzywiała się dwukrotnie pod kątem 90° każde, tworząc naprzemienne kierunki i dostosuj wiązkę, która ma być skierowana do drugiego rozdzielacza wiązki. Dokładnie wyrównaj światło, tak aby wiązka prawidłowo naświetlała próbkę w przeciwnym kierunku.</li>
	<li>Umieść kolejną soczewkę pod kątem 90° po prawej stronie pierwszego rozdzielacza wiązki i umieść matrycę CCD, aby przechwycić obraz hologramowy z przeciwnego kierunku.</li>
</ol>

<ol><li>Ni, X., Wong, Z. J., Mrejen, M., Wang, Y., Zhang, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+ultrathin+invisibility+skin+cloak+for+visible+light%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">An ultrathin invisibility skin cloak for visible light.</a> Science. 349 (6254), 1310-1314 (2015).</li>
<li>Valentine, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Three-dimensional+optical+metamaterials+with+a+negative+refractive+index%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Three-dimensional optical metamaterials with a negative refractive index.</a> Nature. 455 (7211), 376-379 (2008).</li>
<li>Kim, I., So, S., Rana, A. S., Mehmood, M. Q., Rho, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Thermally+robust+ring-shaped+chromium+perfect+absorber+of+visible+light%5BTitle%5D)+AND+%22Nanophotonics%22%5BJournal%5D)">Thermally robust ring-shaped chromium perfect absorber of visible light.</a> Nanophotonics. 7 (11), 1827-1833 (2018).</li>
<li>Jang, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Kerker-conditioned+dynamic+cryptographic+nanoprints%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Optical+Materials%22%5BJournal%5D)">Kerker-conditioned dynamic cryptographic nanoprints.</a> Advanced Optical Materials. 7 (4), 1801070(2019).</li>
<li>Zheng, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Metasurface+holograms+reaching+80%25+efficiency%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Nanotechnology%22%5BJournal%5D)">Metasurface holograms reaching 80% efficiency.</a> Nature Nanotechnology. 10 (4), 308-312 (2015).</li>
<li>Khorasaninejad, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Metalenses+at+visible+wavelengths%3A+Diffraction-limited+focusing+and+subwavelength+resolution+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Metalenses at visible wavelengths: Diffraction-limited focusing and subwavelength resolution imaging.</a> Science. 352 (6290), 1190-1194 (2016).</li>
<li>Li, Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Full-space+cloud+of+random+points+with+a+scrambling+metasurface%5BTitle%5D)+AND+%22Light%3A+Science+and+Applications%22%5BJournal%5D)">Full-space cloud of random points with a scrambling metasurface.</a> Light: Science and Applications. 7 (1), 63(2018).</li>
<li>Mahmood, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Polarization+insensitive+multifunctional+metasurfaces+based+on+all-dielectric+nanowaveguides%5BTitle%5D)+AND+%22Nanoscale%22%5BJournal%5D)">Polarization insensitive multifunctional metasurfaces based on all-dielectric nanowaveguides.</a> Nanoscale. 10 (38), 18323-18330 (2018).</li>
<li>Devlin, R. C., Khorasaninejad, M., Chen, W. T., Oh, J., Capasso, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Broadband+high-efficiency+dielectric+metasurfaces+for+the+visible+spectrum%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+National+Academy+of+Sciences%22%5BJournal%5D)">Broadband high-efficiency dielectric metasurfaces for the visible spectrum.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences. 113 (38), 10473-10478 (2016).</li>
<li>Chen, B. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((GaN+metalens+for+pixel-level+full-color+routing+at+visible+light%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">GaN metalens for pixel-level full-color routing at visible light.</a> Nano Lett. 17 (10), 6345-6352 (2017).</li>
<li>Li, Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dielectric+meta-hologram+enabled+with+dual+magnetic+resonances+in+visible+light%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">Dielectric meta-hologram enabled with dual magnetic resonances in visible light.</a> ACS Nano. 11 (9), 9382-9389 (2017).</li>
<li>Mueller, J. P. B., Rubin, N. A., Devlin, R. C., Groever, B., Capasso, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Metasurface+polarization+optics%3A+Independent+phase+control+of+arbitrary+orthogonal+states+of+polarization%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+Letters%22%5BJournal%5D)">Metasurface polarization optics: Independent phase control of arbitrary orthogonal states of polarization.</a> Physical Review Letters. 118 (11), 113901(2017).</li>
<li>Ansari, M. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+spin-encoded+all-dielectric+metahologram+for+visible+light%5BTitle%5D)+AND+%22Laser+%26+Photonics+Reviews%22%5BJournal%5D)">A spin-encoded all-dielectric metahologram for visible light.</a> Laser & Photonics Reviews. 13 (5), 1900065(2019).</li>
<li>Ren, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Metasurface+orbital+angular+momentum+holography%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Communications%22%5BJournal%5D)">Metasurface orbital angular momentum holography.</a> Nature Communications. 10 (1), 1-8 (2019).</li>
<li>Kamali, S. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Angle-multiplexed+metasurfaces%3A+Encoding+independent+wavefronts+in+a+single+metasurface+under+different+illumination+angles%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+X%22%5BJournal%5D)">Angle-multiplexed metasurfaces: Encoding independent wavefronts in a single metasurface under different illumination angles.</a> Physical Review X. 7 (4), 041056(2017).</li>
<li>Ansari, M. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Engineering+spin+and+antiferromagnetic+resonances+to+realize+efficient+direction-multiplexed+visible+meta-hologram%5BTitle%5D)+AND+%22Nanoscale+Horizons%22%5BJournal%5D)">Engineering spin and antiferromagnetic resonances to realize efficient direction-multiplexed visible meta-hologram.</a> Nanoscale Horizons. 5 (1), 57-64 (2020).</li>
<li>Yoon, G., Lee, D., Rho, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Demonstration+of+equal-intensity+beam+generation+by+dielectric+metasurfaces%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Visualized+Experiments%22%5BJournal%5D)">Demonstration of equal-intensity beam generation by dielectric metasurfaces.</a> Journal of Visualized Experiments. (148), e59066(2019).</li>
<li>Kim, I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Outfitting+next+generation+displays+with+optical+metasurfaces%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Photonics%22%5BJournal%5D)">Outfitting next generation displays with optical metasurfaces.</a> ACS Photonics. 5 (10), 3876(2018).</li>
<li>Kim, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Facile+nanocasting+of+dielectric+metasurfaces+with+sub-100nm+resolution%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Applied+Materials+and+Interfaces%22%5BJournal%5D)">Facile nanocasting of dielectric metasurfaces with sub-100nm resolution.</a> ACS Applied Materials and Interfaces. 11 (29), 26109-26115 (2019).</li>
<li>Yoon, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Wavelength-decoupled+geometric+metasurfaces+by+arbitrary+dispersion+control%5BTitle%5D)+AND+%22Communications+Physics%22%5BJournal%5D)">Wavelength-decoupled geometric metasurfaces by arbitrary dispersion control.</a> Communications Physics. 2, 129(2019).</li>
</ol>

Metapowierzchnie a-Si:H zostały wytworzone w trzech głównych etapach: osadzanie cienkowarstwowe a-Si:H przy użyciu PECVD, precyzyjny EBL i trawienie na sucho. Wśród tych kroków najważniejszy jest proces pisania EBL. Po pierwsze, gęstość wzoru na metapowierzchniach jest dość wysoka, więc proces wymaga precyzyjnej kontroli dawki elektronów (energii) i parametrów skanowania, takich jak liczba punktów na jednostkę powierzchni. Warunki rozwoju również powinny być starannie dobrane. Gęstość wzoru jest bardzo wysoka, więc gdy p...

Metapowierzchnie optyczne złożone z nanostruktur o poddługości fali umożliwiły wiele interesujących zjawisk optycznych, w tym maskowanie optyczne1, ujemne załamanie2, doskonała absorpcja światła3, filtrowanie kolorów4, holograficzna projekcja obrazu5, oraz manipulacja wiązką6,7, 8. Metapowierzchnie optyczne, które mają odpowiednio zaprojektowane rozpraszacze, mogą modulować widmo, czoło fali i polaryzację światła. Wczesne metapowierzchnie optyczne były wytwarzane głównie przy użyciu metali szlachetnych (np. Au, Ag) ze względu na ich wysoki współczynnik odbicia i łatwość nanowytwarzania, ale mają wysokie straty omowe, więc metapowierzchnie mają niską wydajność przy krótkich falach widzialnych.
Rozwój technik nanowytwarzania materiałów dielektrycznych, które mają niskie straty w świetle widzialnym (np. TiO29, GaN10, oraz a-Si:H11) umożliwiły realizację wysoce wydajnych płaskich urządzeń optycznych z optycznymi metapowierzchniami. Urządzenia te mają zastosowanie w optyce i inżynierii. Jednym z intrygujących zastosowań jest holografia optyczna do projekcji wolumetrycznej i szyfrowania informacji. W porównaniu z konwencjonalnymi hologramami, które wykorzystują przestrzenne modulatory światła, metahologram ma wiele zalet, takich jak miniaturyzacja układu optycznego, wyższa rozdzielczość obrazów holograficznych i większe pole widoczności.
Ostatnio udało się zakodować wiele informacji holograficznych w jednowarstwowym urządzeniu metahologramowym. Przykładami są metahologramy, które są multipleksowane w spin12,13, orbital angular momentum14, padające światło angle15 i direction16. Wysiłki te pozwoliły przezwyciężyć krytyczną wadę metahologramów, jaką jest brak swobody projektowania w jednym urządzeniu. Większość konwencjonalnych metahologramów może wytwarzać tylko pojedyncze zakodowane obrazy holograficzne, ale urządzenie multipleksowane może kodować wiele obrazów holograficznych w czasie rzeczywistym. W związku z tym multipleksowany metahologram jest kluczową platformą rozwiązań w kierunku prawdziwego holograficznego wyświetlacza wideo lub wielofunkcyjnych hologramów zapobiegających fałszerstwom.
Opisano tutaj protokoły do wytwarzania multipleksowanych w pełni dielektrycznych metahologramów z multipleksem spinowym i kierunkowym, a następnie do ich optycznego charakteryzowania13,16. Aby zakodować wiele informacji wizualnych w jednym urządzeniu metasurface, projektuje się metahologramy, które pokazują dwa różne obrazy holograficzne po zmianie obrotu lub kierunku padającego światła. Aby wytworzyć wysoce wydajne obrazy holograficzne w sposób porównywalny z technologią CMOS, a-Si:H jest używany do metapowierzchni i wykorzystuje się podwójne rezonanse magnetyczne i rezonanse antyferromagnetyczne indukowane w ich wnętrzu. Protokół produkcyjny składa się z osadzania folii, zapisu wiązką elektronów i trawienia. Wytwarzane urządzenie charakteryzuje się niestandardowym układem optycznym składającym się z lasera, polaryzatora liniowego, płytki ćwierćfalowej, soczewki i urządzenia ze sprzężeniem ładunkowym (CCD).

<table><tbody><tr><td>Aceton</td><td>J.T. Baker</td><td>925402</td><td></td></tr><tr><td>Rozdzielacz wiązki</td><td>Thorlabs</td><td>CCM1-BS013/M</td><td></td></tr><tr><td>Wytrawiacz chromu</td><td>KMG</td><td>Cr-7</td><td></td></tr><tr><td>Źródło parowania chromu</td><td>Kurt J. Lesker</td><td>EVMCR35D</td><td></td></tr><tr><td>Zacisk</td><td>Thorlabs</td><td>CP175</td><td></td></tr><tr><td>Polimer przewodzący</td><td>Showa denko</td><td>E-dystans</td><td></td></tr><tr><td>Laser diodowy</td><td>Thorlabs</td><td>CPS635</td><td></td></tr><tr><td>System odparowywania wiązki elektronów</td><td>Korea Vacuum Tech</td><td>KVE-E4000</td><td></td></tr><tr><td>Odporność na wiązkę elektronów</td><td>Microchem</td><td>495 PMMA A2</td><td></td></tr><tr><td>Litografia wiązką elektronów</td><td>Elionix</td><td>ELS-7800</td><td></td></tr><tr><td>Płyta półfalowa</td><td>Thorlabs</td><td>AHWP05M-600</td><td></td></tr><tr><td>Plazma sprzężona indukcyjnie reaktywna trawienie jonowe</td><td>DMS-Iris</td><td></td><td></td></tr> <tr><td></td><td>Thorlabs</td><td>SM1D12</td><td></td></tr><tr><td>Alkohol izopropylowy</td><td>J.T. Baker</td><td>909502</td><td></td></tr><tr><td>Kinematic lustrzane mocowanie</td><td>Thorlabs</td><td>KM100/M</td><td></td></tr><tr><td>Obiektyw</td><td>Thorlabs</td><td>LB1630</td><td></td></tr><tr><td>Mocowanie obiektywu</td><td>Thorlabs</td><td>LMR2/M</td><td></td></tr><tr><td>Polaryzator liniowy</td><td>Thorlabs</td><td>GTH5-A</td><td></td></tr><tr><td>Lustro</td><td>Thorlabs</td><td>PF10-03-G01</td><td></td></tr><tr><td>Filtr o neutralnej gęstości</td><td>Thorlabs</td><td>NDC-50C-4</td><td></td></tr><tr><td>Plazmowe chemiczne osadzanie z fazy gazowej</td><td>Technologia</td><td>BMR HiDep-SC</td><td></td></tr><tr><td>Post</td><td>Thorlabs</td><td>TR75/M Uchwyt</td><td></td></tr><tr><td>na słupki</td><td>Thorlabs</td><td>PH75E/M</td><td></td></tr><tr><td>Płyta</td> <td>ćwierćfalowaThorlabs</td><td>AQWP10M-580</td><td></td></tr><tr><td>Resist developer</td><td>Microchem</td><td>MIBK:IPA=1:3</td><td></td></tr><tr><td>Montaż rotacyjny</td><td>Thorlabs</td><td>RSP1/M</td><td></td></tr><tr><td>Skaningowa mikroskopia elektronowa</td><td>Hitachi</td><td>Regulus8100</td><td></td></tr><tr><td>XY montaż translacyjny</td><td>Thorlabs</td><td>XYF1/M</td><td></td></tr><tr><td>1-calowy adapter</td><td>Thorlabs</td><td>AD11F</td><td></td></tr><tr><td>1- calowe mocowanie obiektywu</td><td>Thorlabs</td><td>CP02/M</td><td></td></tr></tbody></table>

demonstracja wszystkich dielektrycznych widzialnych metahologramów z multipleksem spinowym i kierunkowym

Demonstration of Spin-Multiplexed and Direction-Multiplexed All-Dielectric Visible Metaholograms

Technika holografii optycznej realizowana przez metapowierzchnie pojawiła się jako nowatorskie podejście do projekcji wolumetrycznej i szyfrowania informacji w postaci ultracienkich i prawie płaskich urządzeń optycznych. W porównaniu z konwencjonalną techniką holograficzną z przestrzennymi modulatorami światła, metahologram ma wiele zalet, takich jak miniaturyzacja układu optycznego, wyższa rozdzielczość obrazu i większe pole widoczności obrazów holograficznych. W tym miejscu przedstawiono protokół wytwarzania i charakterystyki optycznej metahologramów optycznych, które są wrażliwe na spin i kierunek padającego światła. Metapowierzchnie zbudowane są z uwodornionego krzemu amorficznego (a-Si:H), który ma duży współczynnik załamania światła i mały współczynnik ekstynkcji w całym zakresie widzialnym, co skutkuje wysoką wydajnością przepuszczalności i dyfrakcji. Urządzenie wytwarza różne obrazy holograficzne po przełączeniu obrotu lub kierunku padającego światła. Dzięki temu mogą kodować wiele rodzajów informacji wizualnych jednocześnie. Protokół produkcyjny składa się z osadzania folii, zapisu wiązką elektronów i późniejszego trawienia. Wytwarzane urządzenie można scharakteryzować za pomocą niestandardowego układu optycznego, który składa się z lasera, polaryzatora liniowego, płytki ćwierćfalowej, soczewki i urządzenia ze sprzężeniem ładunkowym (CCD).

Metapowierzchnie a-Si:H zapewniają wysoką wydajność polaryzacji krzyżowej i mogą być wytwarzane metodą (Rysunek 1>) kompatybilną z technologią CMOS; cecha ta może umożliwić skalowalną produkcję oraz komercjalizację w najbliższej przyszłości. Obraz SEM przedstawia wykonane metapowierzchnie a-Si:H (Rysunek 2>). Ponadto a-Si:H posiada wyższy współczynnik załamania światła niż TiO2 i GaN, dzięki czemu nawet przy niskim stosunku wysokości do szerokości na...

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

The optical holography technique realized by metasurfaces has emerged as a novel approach to projective volumetric display and information encryption ...

Wielofunkcyjne hologramy meta surface, które mogą generować wiele obrazów holograficznych, są kluczowymi płaskimi urządzeniami optycznymi do prawdziwych ultrakompaktowych wyświetlaczy holograficznych. Aby wygenerować metalowy hologram multipleksowy, używamy prostego podejścia, w którym można renderować dwa różne obrazy holograficzne, w zależności od prędkości światła i trakcji propagacji. Aby zrozumieć ich konfigurację hologramu metalowego multipleksowego, należy zademonstrować zarówno proces wytwarzania, jak i charakterystykę optyczną, a równie ważne są etapy pomiaru.Procedurę z Inki Kim zademonstruje Dasol Lee, doktorant z mojego laboratorium. Aby scharakteryzować osadzanie wzoru za pomocą skaningowej mikroskopii elektronowej, upuść przewodzący polimer na podłoże i obracaj kod z prędkością 2000 obrotów na minutę przez jedną minutę. Przymocuj podłoże do uchwytu próbki za pomocą taśmy węglowej i naciśnij przycisk powietrza, aby odpowietrzyć komorę blokady ładunku.Umieść uchwyt na pręcie mocującym komory blokady ładunku i naciśnij EVAC, aby opróżnić komorę blokady ładunku. Aby ustawić wysokość stołu montażowego i kąt pochylenia, ustaw czujnik Z na osiem milimetrów, a czujnik T na zero stopni. Naciśnij przycisk OTWÓRZ, aby otworzyć drzwi komory zamka załadunku i naciśnij pręt przytrzymujący, aby przenieść uchwyt do głównej komory skaningowego mikroskopu elektronowego.Wyciągnij pręt i naciśnij przycisk ZAMKNIJ. Sprawdź stan próżni i naciśnij wykonaj, aby usunąć węgiel lub pył z pistoletu elektronowego o natychmiastowym wysokim napięciu. Mrugnij w oprogramowaniu mikroskopu, aby włączyć pistolet elektronowy o napięciu przyspieszającym pięciu kilowoltów, i kliknij wyrównanie wiązki, aby dostosować wyrównanie wiązki, aby precyzyjnie zlokalizować wiązkę elektronów w pozycji środkowej.Użyj kontrolera stolika, aby zlokalizować wiązkę w środku, a następnie kliknij przycisk wyrównania przysłony, aby dostosować przysłonę, oraz wyrównania stygmatów, aby utworzyć okrągłą wiązkę elektronów. Użyj kontrolera stygmatyzacji, aby uzyskać stabilną wiązkę, po prostu skanuj w tym samym miejscu i przechwytuj skaningowe obrazy elektronów z odpowiednią regulacją ostrości i stygmatów. Po pobraniu wszystkich obrazów kliknij przycisk OFF (Wył.), aby wyłączyć wiązkę elektronów, a następnie kliknij przycisk Home (Strona główna), aby przywrócić stolik do jego pierwotnego położenia.Gdy stolik znajdzie się na swoim miejscu, otwórz drzwi głównej komory i popchnij pręt, aby podnieść uchwyt próbki. Naciśnij przycisk powietrza, aby odpowietrzyć komorę blokady ładunku i rozładować uchwyt. Aby uzyskać charakterystykę optyczną, za pomocą metalowego hologramu z multipleksem spinowym, przymocuj moduł lasera diodowego do adaptera, który można podłączyć do jednocalowego uchwytu optycznego, a następnie użyj słupka i uchwytu słupka, aby wyregulować wysokość lasera diodowego.Użyj zacisku, aby ustalić pozycję, i użyj jednocalowego uchwytu obrotowego, aby zmontować płytę półfalową. Umieść płytkę przed modułem laserowym, aby obrócić światło spolaryzowane liniowo i zamontuj dwa lustra na indywidualnych jednocalowych mocowaniach kinematycznych. Aby wyrównać kierunek początkowej wiązki, umieść tarczę wyrównującą przed laserem i ustaw wysokość lasera.Wyreguluj oba lusterka tak, aby wiązka zagięła się dwukrotnie pod kątem 90 stopni w naprzemiennych kierunkach i umieść tarczę wyrównującą w pobliżu drugiego lustra. Obróć pokrętła, aby wyrównać światło pośrodku, aby wyregulować kąt pierwszego lustra i przesuń tarczę wyrównującą daleko od drugiego lustra. Następnie obróć pokrętła, aby wyrównać światło pośrodku, aby wyregulować kąt drugiego lustra.Powtarzaj wyrównanie, aż światło przejdzie przez środek tarczy wyrównującej w obu miejscach i umieść filtr o neutralnej gęstości za lustrem, aby kontrolować intensywność światła. Umieść tęczówkę za filtrem o neutralnej gęstości, aby kontrolować średnicę padającego światła. Zamontuj polaryzator liniowy i płytkę ćwierćfalową na własnym uchwycie obrotowym i umieść polaryzator liniowy oraz płytkę ćwierćfalową za tęczówką, aby uzyskać światło spolaryzowane kołowo.Przymocuj sfabrykowaną metalową powierzchnię do płyty z otworem. Zamontuj płytkę na mocowaniu translacyjnym XY dla optyki prostokątnej i wyreguluj mocowanie translacyjne XY tak, aby światło było kierowane na wzór w próbce. Umieść obiektyw za metalową powierzchnią i dostosuj położenie obiektywu, który ma być umieszczony na ogniskowej.Następnie umieść kamerę urządzenia sprzężonego z ładowaniem za obiektywem, aby przechwycić obraz hologramu. Do charakteryzacji optycznej przy użyciu metahologramu z multipleksem kierunkowym. Umieść rozdzielacz wiązki między płytą ćwierćfalową a mocowaniem translacyjnym XY, aby podzielić wiązkę na dwa kierunki.Następnie umieść kolejny rozdzielacz wiązki między mocowaniem translacyjnym XY a obiektywem. Umieść dwa lustra tak, aby wiązka zakrzywiała się dwukrotnie pod kątem 90 stopni i naprzemiennie, a następnie dostosuj wiązkę, która ma być skierowana do drugiego rozdzielacza wiązki. Na koniec ustaw światło tak, aby wiązka prawidłowo wypromieniowywała próbkę w przeciwnym kierunku i umieść kolejną soczewkę pod kątem 90 stopni po prawej stronie pierwszego rozdzielacza wiązki.Następnie umieść kamerę urządzenia sprzężonego z ładunkiem, aby przechwycić obraz hologramu z przeciwnego kierunku. Najlepszym sposobem na uzyskanie wyraźnego spinu i kierunku, w którym umieścić dwa obrazy holograficzne, jest precyzyjne wyrównanie wielu elementów optycznych. Na tym obrazie ze skaningowej mikroskopii elektronowej można zaobserwować wytworzone uwodornione amorficzne powierzchnie krzemowo-metalowe.Metalowy hologram z multipleksem obrotowym może przełączać wyświetlane obrazy holograficzne, po prostu odwracając ręczność padającego światła spolaryzowanego kołowo. Różne powierzchnie metalowe mogą wywoływać różne reakcje, w zależności od tego, czy światło jest spolaryzowane kołowo w lewo, czy w prawo. W rezultacie, w zależności od stanów polaryzacji wiązki wejściowej, obrazy holograficzne Uniwersytetu Informatycznego i laboratorium Rho mogą być przełączane w czasie rzeczywistym z wysoką wiernością.Metahologram multipleksu kierunkowego może przełączać wyświetlane obrazy holograficzne, zmieniając kierunek padającego światła. Na przykład, jeśli światło pada w kierunku do przodu od strony podłoża, można zaobserwować holograficzne obrazy laboratoryjne Rho. Jeśli światło pada w kierunku wstecznym od strony powierzchni meta, można wizualizować obrazy Holograficznego Uniwersytetu Informatycznego.Ponieważ klarowność przewidywanych obrazów jest bardzo wrażliwa na polaryzację i kierunek światła natychmiastowego, wyrównanie komponentów jest szczególnie ważne dla uzyskania wyraźnych obrazów holograficznych. Planujemy opracować aktywny hologram metalowy, który łączy ten multipleksowany metalowy hologram z platformą materiałów aktywnych, aby łatwo zmienić projekt, obrazy hologramu za pomocą bodźców zewnętrznych.

demonstration-spin-multiplexed-direction-multiplexed-all-dielectric

Research

JoVE Journal

Engineering

Inżynieria

System biosensingu z modulacją magnetyczną jest wykorzystywany do szybkiego, czułego i prostego wykrywania analiz biologicznych, takich jak cząsteczki DNA i białka.

Szybka homogeniczna detekcja w testach biologicznych z wykorzystaniem systemu biosensingu z modulacją magnetyczną

Cyfrowe urządzenia mikrolusterkowe (DMD) mogą generować złożone wzory w czasie i przestrzeni, które służą do kontrolowania pobudliwości neuronalnej. Omówiono kwestie związane z projektowaniem, konstrukcją i eksploatacją systemów DMD. Taki system umożliwił wykazanie nieliniowej integracji w obrębie dystalnych punktów rozgałęzień dendrytycznych.

Wzorcowa fotostymulacja z wykorzystaniem cyfrowych urządzeń mikrolustrzanych do badania integracji dendrytycznej w obrębie punktów rozgałęzień

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

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

Charakterystyka anizotropowych modulatorów trybu nieszczelnego dla Holovideo

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 wytwarzania i optycznej charakterystyki metapowierzchni dielektrycznych. Metoda ta może być stosowana nie tylko do wytwarzania rozdzielaczy wiązki, ale także ogólnych metapowierzchni dielektrycznych, takich jak soczewki, hologramy i peleryny optyczne.

Demonstracja generowania wiązki o jednakowej intensywności za pomocą metapowierzchni dielektrycznych

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

Spektralna i kątowo-optyczna charakterystyka nanostruktur fotonicznych

Przedstawiamy protokół do nagrywania zestawu ultra-realistycznych, pełnokolorowych hologramów analogowych, pokazujących tę samą jasność, przezroczystość i jednorodne kolory, na ultra-drobnoziarnistych emulsjach holograficznych halogenku srebra do produkcji dynamicznego holograficznego wyświetlacza 3D.

Nagrywanie ultrarealistycznych, pełnokolorowych hologramów analogowych do użytku na ruchomym wyświetlaczu hologramowym

Przedstawiamy protokół do pozyskiwania obrazów chemicznych za pomocą mikroskopii SRS (ang. broadband stimulated Raman scattering). Opierając się na mikroskopie SRS, który działa z różnicową detekcją wielokanałową typu lock-in, protokół opisuje przygotowanie próbki, regulację aparatury SRS i chemometrię w celu rozplątania różnych składników chemicznie niejednorodnych próbek.

Multipleksowe obrazowanie chemiczne oparte na szerokopasmowej mikroskopii rozpraszania Ramana stymulowanego

Wprowadziliśmy nowatorską technikę obrazowania zwaną Optical Multilayer Interference Tomography (OMLIT), która umożliwia bezstronne obrazowanie wszystkich komórek w próbkach mózgu na mezoskali i może być płynnie zintegrowana z procesem obrazowania taśmowej szeregowej skaningowej mikroskopii elektronowej na tej samej próbce.

Metoda optycznego obrazowania zgodna z mikroskopią skaningową do mezoskopowego mapowania mózgu w całych komórkach

Poznaj metodę tworzenia multipleksowanych metahologramów widzialnych z multipleksem spinowym i kierunkowym. Protokół obejmuje nanoszenie polimeru przewodzącego, mikroskopię elektronową oraz charakteryzację optyczną.

Demonstracja wszystkich dielektrycznych widzialnych metahologramów z multipleksem spinowym i kierunkowym

Przeglądaj więcej filmów