Мы представляем протокол для изготовления 1-D фотоннокристаллических полости от диаметра субволновых кварцевых волокон (оптические нановолокна) с использованием фемтосекундного лазера абляции.
Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.
Методическая статья
Мы представляем протокол для изготовления 1-D фотоннокристаллических полости от диаметра субволновых кварцевых волокон (оптические нановолокна) с использованием фемтосекундного лазера абляции.
Мы представляем протокол для изготовления 1-D фотоннокристаллических (ПОЗ) полости на субволновых диаметра конусных оптических волокон, оптических нановолокон, с использованием фемтосекундного лазера абляции. Мы покажем, что тысячи периодических нано- кратеров изготовлены на оптическом нановолокна, облучая с помощью всего одного фемтосекундного лазерного импульса. Для типичного образца, периодические нано-кратеры с периодом 350 нм и диаметром постепенно изменяющейся от 50 - 250 нм на длине 1 мм изготавливаются на нановолокна с диаметром около 450 - 550 нм. Ключевым аспектом такого нанофабрикации является то, что само по себе нановолокна действует как цилиндрическая линза и фокусирует фемтосекундного лазерного луча на ее теневой поверхности. Кроме того, изготовление однократная делает его невосприимчивым к механическим нестабильностей и других дефектов изготовления. Такие периодические нано-кратеры на нановолокна, действуют как 1-D ПМСП и включить сильную и широкополосного отражения, сохраняя при этом высокую скорость передачи из режекции, Мы также представляем метод управления профилем массива нано-кратер для изготовления аподизированная и дефектоиндуцированной полости РНС на нановолокна. Сильное заключение поля, как поперечное и продольное, в основе нановолокон полостей и ФК-эффективной интеграции в волоконно-оптических сетей, может открыть новые возможности для нанофотоники приложений и квантовой информатики.
Сильное удержания света в нанофотонных устройств открывает новые горизонты в оптической науке. Современные технологии позволили Nanofabrication изготовление 1-D и 2-D фотонного кристалла (РНС) полости для новых перспектив в лазерной генерации 1, 2 зондирования и оптических применений переключения 3. Кроме того, сильный свет материи взаимодействие в этих полостях ПЖС открывает новые возможности для квантовой информатики 4. Помимо полостей ФК - , плазмонных Нанопустоты также показали многообещающие перспективы 5, 6, 7. Тем не менее, взаимодействие таких полостей волокна на основе сети связи остается проблемой.
В последние годы, конический одномодовое оптическое волокно с диаметром субволновую, известный как оптический нановолокна, возникла в качестве перспективного нанофотонной устройства. Из-за сильногопоперечного удержания нановолокна руководствоваться поля и способности взаимодействовать с окружающей средой, нановолокна широко адаптирован и исследован для различных применений нанофотонных 8. Кроме того, он также сильно исследованы и реализованы для квантовой манипуляции света и материи 9. Эффективное сцепление излучения квантовых излучателей , таких как, одиночные / несколько охлажденных лазером атомов и одиночных квантовых точек, в нановолокон модах была изучена и продемонстрирована 10, 11, 12, 13, 14, 15. Взаимодействие света и вещества на нановолокна может быть значительно улучшена за счет реализации структуры полости PHC на нановолокна 16, 17.
Главное преимущество для SUCH система является технология волоконно-в-линии, которые могут быть легко интегрированы в сети связи. Светопропускание 99,95% через коническим нановолокна было продемонстрировано 18. Тем не менее, передача нановолокна чрезвычайно чувствительны к воздействию пыли и загрязнений. Таким образом, изготовление структуры РНС на нановолокна с использованием традиционной техники Nanofabrication не очень плодотворными. Хотя изготовление полости на нановолокна с использованием сфокусированного ионного пучка (FIB) фрезерование было продемонстрировано 19, 20, оптическое качество и воспроизводимость не так высока.
В этом видео - протокол, мы представляем недавно продемонстрировали 21, 22 техники изготовить РНС полостей на нановолокна с использованием фемтосекундного лазерной абляции. Измышления выполняются путем создания двухлучевой интерференционной картины фемтосекундного лазера на нановолокна и IRRADiating единого фемтосекундного лазерного импульса. Линзирования эффект нановолокна играет важную роль в реализации таких методов, создавая абляции кратеры на теневой поверхности нановолокна. Для типичного образца, периодические нано-кратеры с периодом 350 нм и диаметром постепенно изменяющейся от 50 - 250 нм на длине 1 мм изготавливаются на нановолокна с диаметром около 450 - 550 нм. Такие периодические нано-кратеры на нановолокна, действуют как 1-D РНС. Мы также представляем метод управления профилем массива нано-кратер для изготовления аподизированная и дефектоиндуцированной полости РНС на нановолокна.
Ключевым аспектом такого нанофабрикации является все оптическое производство, так что высокое оптическое качество может быть сохранен. Кроме того, изготовление осуществляется путем облучения всего одного фемтосекундного лазерного импульса, что делает технику невосприимчивым к механическим нестабильностей и других дефектов изготовления. Кроме того, это позволяет производить в доме ПМП нановолокна полости таким образом, что вероятность загрязнения могут быть сведены к минимуму. Этот протокол предназначен, чтобы помочь другим реализовать и адаптировать этот новый тип техники Nanofabrication.
На рисунке 1а показана принципиальная схема установки изготовления. Подробности процедуры установки изготовления и выравнивания обсуждаются в 21, 22. Фемтосекундного лазера с 400 нм центральной длины волны и 120 фс длительности импульса падает на фазовой маски. Фаза маска разбивает фемтосекундного лазерного луча в 0 ° и ± 1 порядков. Блок луч используется для блокировки луча 0-го порядка. Складные зеркала симметрично рекомбинировать ± 1 заказы на позиции нановолокна, чтобы создать интерференционную картину. Шаг фазовой маски составляет 700 нм, поэтому интерференционная картина имеет шаг (Λ G) 350 нм. Цилиндрическая линза фокусирует фемтосекундного лазерного луча вдоль нановолокна. Размер пучка через (Y-ось)и вдоль (Z-оси) нановолокна составляет 60 мкм и 5,6 мм, соответственно. Конусный волокно установлен на держателе, оборудованного пьезоэлектрический привод (ЦТС) для растягивания волокна. Верхняя крышка со стеклянной пластиной используется для защиты от пыли нановолокна. Держатель с коническим волокном закреплен на скамейке изготовления оборудованного с переводом (XYZ) и вращение (θ) этапов. Θ-этап позволяет вращение образца нановолокон в YZ-плоскости. X-ступень может также контролировать углы наклона вдоль XY- и XZ-плоскости. Камера CCD находится на расстоянии 20 см от нановолокна и под углом 45 ° в XY-плоскости для контроля положения нановолокон. Все эксперименты проводятся в чистом стенде, оборудованного HEPA (высокоэффективная частиц арестовывать) фильтров для достижения беспыльных условий. Пылесухость условие является существенным для поддержания передачи нановолокна.
Рисунок 1б показана схема оптических измерений. В процессе изготовления, оптические свойства кратко отслеживается запуск широкополосного (диапазон длин волн: 700 - 900 нм) Волокно связью источник света в сужающейся волокна и измерения спектра прошедшего и отраженного света с использованием высокого разрешения анализатора спектра. Перестраиваемый CW лазерный источник используется для правильного разрешения режимов полости и для измерения абсолютной передачи полости.
Мы представляем протокол для изготовления и определения характеристик. Раздел протокол разделен на три подраздела, подготовка нановолокна, лазерная изготовления фемтосекундного и характеристика изготавливаемых образцов.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
ВНИМАНИЕ: используйте защитные очки и строго избегать прямого воздействия УФ-лампы и все лазеры, включая фемтосекундного лазера. Носите чистую комнату костюм и перчатки, чтобы избежать загрязнения. Утилизировать любые волокна мусор должным образом в коробке назначенный для мусора.
1. Nanofiber Приготовление
2. фемтосекундный лазер Fabrication
3. Определение характеристик сфабрикованных образцов
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
На рисунке 2 показана СЭМ изображение типичного сегмента сфабрикованному образца нановолокна. Это показывает, что периодические нано-кратеры образуются на теневой стороне нановолокна, с периодичностью 350 нм, соответствующих хорошо интерференционной картины. На вставке показан увеличенный вид образца. Форма нано- кратеров почти круглую форму и диаметр типичного нано-кратера составляет около 210 нм.
На ...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Линзированием эффект нановолокна играет важную роль в технологии изготовления, создавая тем самым нано-кратеры на теневой поверхности нановолокна (показано на фиг.2). Линзирования эффект нановолокна также делает процесс изготовления надежной для любых механических нестабильностей в поперечном направлении (Y-ось). Кроме того, из - за одного выстрела облучения, неустойчивости вдоль других осей не влияют на изготовление , как время облучения составляет всего 120 фс (т.е. длительность импульса). В ...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Авторам нечего раскрывать.
Эта работа была поддержана Японским агентством по науке и технике (JST) в рамках Программы стратегических инноваций. KPN выражает благодарность за поддержку в виде гранта на научные исследования (грант No 15H05462) от Японского общества содействия науке (JSPS).
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| Фемтосекундный лазер | Coherent Inc. | Фазовая маска Libra HE | |
| Ibsen Photonics | на заказ | ||
| Оборудование для производства оптического нановолокна | Ishihara Sangyo | ONME | |
| ADC Card | PicoTech | ADC-24 | |
| Одномодовое оптоволокно | Fujikura | FutureGuide-SM | |
| Широкополосный источник | NKT Photonics | SuperK EXTREME | |
| CW Tunable Laser | Coherent Inc. | Анализатор спектра MBR-110 | |
| (Спектр пропускания) | Анализатор спектра Thermo Fisher Scientific | Nicolet 8700 | |
| (Спектр отражения) | Океаническая оптика | QE65000 | |
| ПЗС-камера | Thorlabs | DCC1545M | |
| измеритель мощности | Thorlabs | D3MM | |
| Pt-Coater | Vacuum Device Inc. | MSP-1S | |
| Сканирующий электронный микроскоп | Keyence | VE-9800 | |
| УФ-отверждаемая эпоксидная | NTT-AT | AT8105 | |
| Фотодиод | ThorLabs | PDA 36A-EC | |
| Салфетка для чистых помещений | TExWipe | TX-404 | |
| Съемник волоконного покрытия | NTT-AT | Кусачки для волокна 250 μ М | |
| Защитное стекло | Matsunami Glass IND,LTD | NEO микро защитное стекло 0,12-0,17 мм | |
| PZT | NOLIAC | NAC 2011-H20 | |
| Цилиндрический объективный столик | NewPort | M-481-A | |
| Y,Z ступени | Chuo Precision Industrial Co., LTD. | LD-149-C7 | |
| Поворотный столик | SIGMA KOKI | KSPB-1026MH | |
| Z-ступень (1), Z-ступень (2) | NewPort | M-460P |
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.