Изготовление 1-D фотонного кристалла резонатором на нановолокна Использование фемтосекундного лазера абляции

Мы представляем протокол для изготовления 1-D фотоннокристаллических полости от диаметра субволновых кварцевых волокон (оптические нановолокна) с использованием фемтосекундного лазера абляции.

Общая цель этой процедуры состоит в том, чтобы продемонстрировать оптическое изготовление одномерного фотонного кристаллического резонатора на коническом оптическом волокне с отходами субволнового диаметра. Ключевым моментом нашего метода является создание тысячи эмпирических нанотворцов или нановолокна, но я думаю, что это всего лишь одна лазерная деталь, и созданная наноструктура в конечном итоге выступает в качестве одномерного фотонного кристаллического резонатора, что может открыть новые возможности для нанофотоники и квантовой информатики. Одним из существенных аспектов этой работы является то, что само нановолокно действует как цилиндрическая линза и фокусирует лазерный луч на своей боковой поверхности.

Кроме того, отличительные особенности изготовления делают его невосприимчивым к любым механическим непостоянствам или любым другим производственным дефектам. Чтение голоса — это процедура с Джамишем Келотом, аспирантом из моей лаборатории. Нановолокна для изготовления будут производиться с помощью коммерческого устройства.

Волокно нагревается оксоводородным пламенем от этой насадки. Волокно вытягивается с помощью моторизованных ступеней для получения конического сечения. Компьютер контролирует передачу через волокно, используя входные данные от зондового лазера и фотодиода.

Нановолокно будет изготовлено из одномодового оптимального волокна, длиной около 210 миллиметров. Для производства нановолокна потребуется другое оборудование. Для начала заведите устройство для удаления волокнистого покрытия, источник метанола и салфетки для чистых помещений.

Кроме того, имейте резервуар с ацетоном, в который можно погружать одномодовое волокно. Чтобы предотвратить скопление пыли на нановолокне, будьте готовы быстро изолировать его. Для этого эксперимента нановолокно будет установлено в этот держатель нановолокна с использованием УФ-отверждаемой эпоксидной смолы.

Держатель может быть закрыт с помощью верхней крышки со стеклянным покрытием. Начните с длины одномодового волокна и используйте средство для снятия волоконного покрытия, чтобы удалить пять миллиметров полимерной оболочки с каждого конца. Опустите чистую комнатную салфетку в метанол и используйте ее для очистки концов.

Далее погрузите волокно между двумя концами в резервуар с ацетоном. Держите его там от 10 до 15 минут, пока фибровая оболочка не отпадет. Когда фибровая оболочка отвалится, удалите волокно из ацетона и очистите все волокно чистой комнатной салфеткой, смоченной в метаноле.

Для следующих шагов отнесите волокно к коммерческому устройству из нановолокна. Это волокно установлено на моторизованных приводах и готово к началу изготовления. Закройте прибор и запустите щуп лазера для контроля передачи.

Используйте программное обеспечение для розжига пламени, загрузки параметров и начала изготовления. После того, как изготовление будет завершено, возьмите держатель нановолокна с эпоксидной смолой к устройству. Закрепите волокно с обеих сторон конуса с помощью УФ-отверждаемой эпоксидной смолы.

Как только волокно будет на месте, накройте держатель нановолокна верхней крышкой. Поместите образец в чистую коробку, чтобы передать его в место проведения эксперимента. Это установка для фемтосекундного лазерного изготовления.

Он находится внутри чистой кабины с hepa-фильтрами. Лазерный луч поступает сверху на цилиндрическую линзу. Держатель нановолокна будет располагаться на верхней части столика для трансляции X, Y, Z и ОДНОГО для вращения.

Эта схема дает более четкое представление об устройстве. Лазерный свет проходит через цилиндрическую линзу. Затем он достигает фазовой маски с шагом 700 нанометров.

Фазовая маска разбивает луч на ноль и плюс и минус один порядок. Нулевой заказ блокируется, а вот плюс минус один заказы отражаются от складывающихся зеркал. Симметрично расположенные зеркала приводят к созданию интерференционной картины на нановолокне в его держателе.

Фотодиод позволяет контролировать свет в волокне. ПЗС-камера используется для контроля положения нановолокна. Установка для изготовления лазера должна быть выровнена.

Для этого необходимо использовать стеклянную пластину, которая может быть удалена лазером. Поставьте стеклянную пластину на стол для изготовления. С помощью этапа перевода отрегулируйте высоту скамьи до 15 миллиметров, а затем с помощью лазера облучайте стекло в течение пяти секунд с энергией импульса в один миллиджулес.

Используйте ПЗС-камеру для наблюдения за пластиной и определения лазерной абляции. На стекле с рисунком абляции видна поврежденная линия. Измените горизонтальное положение стекла на миллиметр, чтобы обеспечить новую абляцию.

После этого измените высоту поверхности стекла для того, чтобы проверить прочность абляции в новом положении. Снова облучайте стеклянную пластину в течение пяти секунд с энергией импульса в один миллиджоуль. Затем оцените повреждения стеклянной пластины.

Как это произошло с этой стеклянной пластиной, отрегулируйте высоту стекла и удалите новую область до тех пор, пока не будет определена самая сильная линия абляции. При нахождении ступени на высоте, связанной с самой сильной линией абляции, необходимо точно настроить угол наклона зеркал и еще больше увеличить степень абляции. После этой оптимизации переходим к программному обеспечению для ПЗС-камеры.

С помощью программного обеспечения отметьте положение линии абляции в поле зрения. Снимите стеклянную пластину, чтобы проверить периодическую структуру абляции. Для получения изображения рисунка используется сканирующий электронный микроскоп.

Паттерн должен иметь периодическую структуру с периодом 350 нанометров. Если нет, повторите шаги по выравниванию. Начните с выровненного производственного стола.

Имейте наготове правильно изготовленное коническое волокно в его держателе. Установите держатель волокна и подключите его к зондирующему лазеру. Чтобы быть правильно выровненным, волокно должно быть примерно параллельно линии абляции, отмеченной в программном обеспечении CCD.

Продолжайте, направив зондирующий лазер через коническое волокно и используя ПЗС-камеру для наблюдения за рассеянием. Используйте стадию перемещения, чтобы переместить волокно по его длине и центрировать его по линии абляции. Теперь используйте фемтосекундный лазер с минимальной энергией импульса.

Переместите волокно в горизонтальной плоскости так, чтобы оно перекрывалось лучом фемтосекундного лазера. Затем переместите волокно в вертикальную плоскость, чтобы перекрыть его положение с линией абляции. Опять же, переводим в горизонтальной плоскости, чтобы максимизировать перекрытие с фемтосекундным лазером.

Переводя сцену туда и обратно, наблюдайте за стеклом на верхней крышке держателя волокна на предмет отражений от волокна первых двух порядков. Если светлые пятна движутся вдоль линии, нановолокно не параллельно линии абляции, и ступень вращения должна быть повернута. Если пятна появляются в мгновение ока, это указывает на то, что нановолокно находится параллельно линии абляции и этап вращения не нуждается в регулировке.

Когда нановолокно находится параллельно линии абляции, выключите зондовый лазер и измерьте мощность через волокно с помощью фотодиода. Используйте этап трансляции для корректировки волокна в горизонтальной плоскости. Целью регулировки является максимизация измеренной мощности, рассеиваемой фемтосекундным лазером.

Когда закончите, используйте этап вращения, чтобы повернуть волокно под углом поворота. Далее возьмите измеритель мощности и с его помощью блокируйте фемтосекундный лазерный луч. Отрегулируйте энергию импульса так, чтобы измеритель показывал ноль целых две целых семь миллиджоулей.

Измените настройку фемтосекундного лазера на одиночный выстрел, прежде чем снимать измеритель с лазерной траектории. Завершите изготовление, выстрелив одним фемтосекундным лазерным импульсом. Начните изготовление с согласованной настройки.

Кроме того, организуйте опору провода над цилиндрической линзой. Этот медный провод с нулевыми десятыми пятью десятыми миллиметра поддерживается столбом. Стойка устанавливается на ступеньку для перемещения, что позволяет позиционировать проволоку в лазерном луче.

Обязательно установите высоту стеклянной пластины на том месте, где была обнаружена самая сильная линия абляции. Затем вставьте провод в центр лазерного луча и перпендикулярно линии абляции. Понаблюдайте за тенью проволоки и постарайтесь расположить ее в центре схемы абляции.

Затем с помощью фемтосекундного лазерного импульса создайте рисунок абляции на стеклянной пластине. Проверьте рисунок абляции на стеклянной пластине, чтобы увидеть, не образует ли проволока зазор в своем центре. Если нет, переместите медный провод в центр и удалите новый участок стеклянной пластины.

Повторяйте до тех пор, пока зазор не окажется в центре шаблона абляции. Прежде чем продолжить, закрепите провод на месте, заблокировав его ступень перемещения. Затем снимите стеклянную пластину с производственной платформы.

Возьмите держатель волокна с установленным волокном и установите его в производственную установку. Здесь держатель находится на месте, а волокно соединяется с зондовым лазером. Отправьте зондовый лазерный импульс через волокно.

Она должна быть примерно параллельна линии абляции, записанной в программном обеспечении ПЗС. Перед выключением зонда переместите столик по длине волокна по центру нановолокна на линии абляции. Включите фемтосекундный импульс и переместите волокно в горизонтальную плоскость перпендикулярно его длине с целью максимального перекрытия волокна фемтосекундным лазерным импульсом.

Проверьте, измерив мощность рассеянного света с помощью фотодиода. После максимального перекрытия задайте угол изготовления. Теперь используйте измеритель мощности, чтобы заблокировать фемтосекундный лазер.

Затем отрегулируйте энергию импульса так, чтобы она была равна нулю целых двух целых семи миллиджоулей и измените настройку фемтосекундного лазера на одиночный выстрел. Снимите измеритель мощности с лазерной траектории и выстрелите одним фемтосекундным лазерным импульсом, чтобы завершить изготовление. Это изображение, полученное с помощью сканирующего электронного микроскопа, представляет собой типичный сегмент изготовленного образца нановолокна.

Нанократеры образуются на теневой стороне волокна. Нанократеры имеют почти круглую форму и имеют диаметр около 210 нанометров. В этом образце периодичность составляет 350 нанометров.

Этот спектр пропускания из аподизированной протонной кристаллической полости предназначен для света, поляризованного перпендикулярно граням нанократера. Спектр показывает область стоп-полосы примерно от 794 до 799 нанометров, в которой пропускание составляет всего несколько процентов. Сравните это со спектром пропускания света, поляризованного параллельно граням нанократера.

У него также есть стоп-полоса, но на более длинных волнах от примерно 796 до 803 нанометров. Оба спектра имеют пики, которые соответствуют резонаторным модам. Спектры пропускания от одних и тех же поляризационных мод в фотонных кристаллических резонаторах, индуцированных дефектами, демонстрируют сходное поведение.

В этих случаях полостные моды находятся по обе стороны от полосы остановки. Обратите внимание, что разнос мод резонатора на более коротких волнах намного больше, чем на больших длинах волн. Этот метод одноимпульсного оптического изготовления невосприимчив к механическим неустойчивостям, обеспечивая высоту категории, и этот метод изготовления может быть реализован для изготовления различных нанофотонных устройств из нановолокон и может быть адаптирован к другим процессам нанопроизводства.