Изготовление и характеристика фотонного кристалла медленно волноводы Света и полостей

Christopher Paul Reardon; Isabella H. Rey; Karl Welna; Liam O'Faolain; Thomas F. Krauss

doi:10.3791/50216

Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.

Методическая статья

Изготовление и характеристика фотонного кристалла медленно волноводы Света и полостей

18.9K просмотров

⸱

DOI:

10.3791/50216

⸱

30 ноября 2012 г.

Christopher Paul Reardon¹ , Isabella H. Rey¹ , Karl Welna¹ , Liam O'Faolain¹ , Thomas F. Krauss¹

¹School of Physics & Astronomy, University of St Andrews

В этой статье

Краткое содержание

Использование фотонных кристаллов медленный волноводы света и полости была широко принята сообществом фотоники во многих различных приложениях. Поэтому изготовления и характеристики этих устройств представляют большой интерес. В настоящем документе излагается наша техника изготовления и два оптических методов характеристику, а именно: интерферометрических (волноводы) и резонансное рассеяние (полостей).

Аннотация

Медленный свет был одной из горячих тем в сообществе фотоники в последнее десятилетие, вызывая большой интерес как с фундаментальной точки зрения, так и из-за его значительного потенциала для практических применений. В частности, фотонные кристаллические волноводы с медленным светом сыграли важную роль и были успешно использованы для задержки оптических сигналов^1-4 и улучшения как линейных^5-7, так и нелинейных устройств. ^8-11

Фотонные кристаллические полости достигают эффектов, аналогичных эффектам волноводов с медленным светом, но при меньшей ширине полосы. Эти резонаторы обеспечивают высокое отношение добротности к объему для реализации лазеров со сверхнизким порогом с оптической^{накачкой 12} и^{электрически 13} и усиления нелинейных эффектов. ^14-16 Кроме того, были продемонстрированы пассивные фильтры¹⁷ и модуляторы^18-19, демонстрирующие сверхузкую ширину линии, широкий свободный спектральный диапазон и рекордные значения низкого энергопотребления.

Чтобы достичь этих захватывающих результатов, необходимо разработать надежный протокол повторяемости. В этой статье мы подробно рассмотрим наш протокол изготовления, в котором используется электронно-лучевая литография для определения фотонных кристаллических узоров, а также методы мокрого и сухого травления. Наш оптимизированный рецепт изготовления позволяет получить фотонные кристаллы, которые не подвержены вертикальной асимметрии и демонстрируют очень хорошую шероховатость краев и стенок. Мы обсуждаем результаты изменения параметров травления и пагубное воздействие, которое они могут оказать на устройство, что приводит к диагностическому маршруту, который может быть использован для выявления и устранения подобных проблем.

Ключом к оценке волноводов медленного света является пассивная характеристика спектров пропускания и индекса группы. Сообщалось о различных методах, в первую очередь о разрешении полос Фабри-Перо спектра^{пропускания 20-21} и интерферометрических методах. ^22-25 Здесь мы описываем метод прямых широкополосных измерений, сочетающий спектральную интерферометрию с анализом преобразования Фурье. ²⁶ Наш метод отличается простотой и мощностью, так как мы можем охарактеризовать голый фотонный кристалл с входными волноводами, не нуждаясь в интерференционных компонентах на кристалле, а установка состоит только из интерферометра Маха-Цендера, без необходимости в движущихся частях и сканировании с задержкой.

При определении характеристик фотонных кристаллических резонаторов методы, использующие внутренние источники²¹ или внешние волноводы, непосредственно связанные с полостью²⁷, влияют на характеристики самой полости, тем самым искажая измерение. В этой статье мы опишем новую и неинтрузивную технику, в которой используется пучок зонда с кроссполяризацией и которая известна как резонансное рассеяние (RS), при котором зонд связан вне плоскости с резонатором через объектив. Этот метод был впервые продемонстрирован McCutcheon et ^al.28 и в дальнейшем развит Galli et al.²⁹

Протокол

Предупреждение: следующий протокол дает общий поток процесса, охватывающего производство и характеристика методов для фотонных кристаллов волноводов и резонаторов. Процесс потока оптимизирована для конкретного оборудования, имеющегося в нашей лаборатории, и параметры могут отличаться, если другие реагенты или оборудование.

1. Подготовка проб

Пример Раскалывание - принимать кремний-на-изоляторе (SOI) пластины и использовать алмаз писца, чтобы поцарапать линии приблизительно 1-2 мм длиной от края поверхности кремния, что обеспечивает нуля проходит по краю пластины. Совместите нуля, чтобы прямые края (например....