Fabricação e caracterização de guias de onda de luz de cristal fotônico lentas e cavidades

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

doi:10.3791/50216

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Artigo de método

Fabricação e caracterização de guias de onda de luz de cristal fotônico lentas e cavidades

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DOI:

10.3791/50216

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30 de novembro de 2012

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

¹School of Physics & Astronomy, University of St Andrews

Neste artigo

Resumo

O uso de guias de onda de luz de cristal fotônico lentos e cavidades tem sido amplamente adotado pela comunidade fotônica em muitas aplicações diferentes. Portanto fabricação e caracterização destes dispositivos são de grande interesse. Este artigo descreve a nossa técnica de fabricação e dois métodos de caracterização óptica, a saber: a dispersão interferométrica (guias de onda) e ressonância (cavidades).

Resumo

Luz lenta tem sido um dos temas quentes na comunidade fotônica na última década, gerando grande interesse, tanto do ponto de vista fundamental e para o seu considerável potencial para aplicações práticas. Lentas luz guias de cristal fotônico, em particular, têm desempenhado um papel importante e tem sido empregada com sucesso para retardar sinais ópticos ^1-4 e o reforço de ambos os dispositivos lineares e não-lineares ^{5-7. 8-11}

Cavidades de cristal fotônico obter efeitos semelhantes ao de guias de onda de luz lenta, mas mais de uma reduzida largura de banda. Estas cavidades oferecer Q-factor/volume proporção elevada, para a realização de ¹² e opticamente electricamente ¹³ bombeou lasers ultra-baixo limiar eo acessório de efeitos não lineares. ^14-16 Por outro lado, os filtros passivos ¹⁷ e moduladores ^18-19 foram demonstrados, exibindo ultra-estreito linha de largura, r livre-espectralange e gravar valores de baixo consumo de energia.

Para atingir estes resultados animadores, um protocolo de fabricação robusta repetitivo deve ser desenvolvida. Neste trabalho, dar uma olhada em profundidade no nosso protocolo de fabricação que utiliza litografia por feixe de elétrons para a definição de padrões de cristal fotônico e usa técnicas de gravura secos e molhados. Nossos resultados otimizados de fabricação receita em cristais fotônicos que não sofrem assimetria vertical e exibem muito bom aspereza da borda da parede. Discutem-se os resultados da variação dos parâmetros de corrosão e os efeitos nocivos que podem ter sobre um dispositivo, que conduz a uma via de diagnóstico que podem ser tomadas para identificar e eliminar os problemas semelhantes.

A chave para a avaliação de guias de onda de luz lentos é a caracterização de transmissão passiva e espectros de índice do grupo. Vários métodos têm sido relatados, principalmente resolver as franjas de Fabry-Perot de o espectro de transmissão de ^20-21 umtécnicas d interferométricos. ^22-25 Aqui, descrevemos um direto, técnica de medição de banda larga combinando interferometria espectral com análise de Fourier de transformação. Nosso método ²⁶ se destaca por sua simplicidade e poder, como podemos caracterizar um cristal fotônico nua com guias de acesso, sem necessidade para os componentes on-chip de interferência, ea instalação consiste apenas de um interferômetro de Mach-Zehnder, sem a necessidade de peças móveis e digitalizações de atraso.

Quando caracterização fotónicas cavidades de cristal, que envolvem técnicas de fontes internas ²¹ ou externas guias de onda directamente acoplados à cavidade ²⁷ no impacto do desempenho da própria cavidade, distorcendo assim a medição. Aqui, descrevemos uma nova técnica e não intrusivo que faz uso de uma sonda de feixe de polarização cruzada e é conhecida como espalhamento ressonante (RS), em que a sonda é acoplada fora do plano no interior da cavidade por meio de um objectivo. A técnica foi a primeira demonstraçãoted em ^28. McCutcheon et al e desenvolvido por Galli et al. ²⁹

Protocolo

Disclaimer: O protocolo a seguir dá um fluxo de processo geral que abrange as técnicas de fabricação e caracterização de guias de onda de cristal fotônico e cavidades. O fluxo do processo é otimizado para o equipamento específico disponível em nosso laboratório, e os parâmetros podem ser diferentes se outros reagentes ou equipamento é utilizado.

1. Preparação da Amostra

Clivagem de amostra - levar o silício sobre isolante wafer (SOI), e use um estilete de diamante para riscar uma linha de aproximadamente 1-2 mm de comprimento a partir da aresta da superfície de silício, assegurando que o zero se estende ao long....