Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Engineering
Click here for the English version

Engineering

Изготовление и характеристика фотонного кристалла медленно волноводы Света и полостей

Published: November 30, 2012 doi: 10.3791/50216
Automatic Translation
1, 1, 1, 1, 1
1School of Physics & Astronomy, University of St Andrews

Summary

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).

Protocol

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

  1. 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, что стекло микроскопа) и применить даже положительное давление по обе стороны от нуля: пластина будет расщеплять вдоль плоскости кристалла на царапины месте. Повторите эту процедуру, чтобы определить весь чип.
  2. Пример очистки - место образца в ВНИМАНИЕ ацетона с помощью пинцетаой очистки в ультразвуковой ванне в течение 1-2 мин. Удаление образца с ацетоном, промыть оставшийся ацетон из примера с использованием ВНИМАНИЕ изопропанол (30 сек) (оба ацетон и изопропанол являются легковоспламеняющимися: использовать хорошую вентиляцию и избежать всех источников воспламенения). Высушите образца с помощью чистой сухой пистолет азота.
  3. Побочные сопротивляться - поместить образец на спин-для нанесения покрытий. Внесите электронных чувствительных противостоять ВНИМАНИЕ ZEP520A (ZEP520A легко воспламеняется, вредные при вдыхании и попадании на кожу и глаза, следует избегать) на образец - использовать достаточно сопротивляться, чтобы полностью покрыть образца без сопротивления течет через край. Побочные образца, чтобы дать ок. 350 нм пленки толщиной и выпекать на плите при температуре 180 ° С в течение 10 мин. Мы нашли такой толщины, чтобы быть оптимальной толщины, которая уравновешивает резолюции и травления сопротивления (см. ниже).

2. План определение

  1. Дизайн - с помощью соответствующего программного обеспечения, моделирования необходимых фотонных кристаллов картина. Онемелаэ полезных пакетов программного обеспечения, в том числе, но не ограничиваясь: MIT фотонных зон (МПБ), FullWAVE (RSoft), MIT Электромагнитные Уравнение распространения (MEEP).
  2. Pattern Generation - создать экспозицию файлов (GDS формат в целом) и близость ошибки правильное использование соответствующего программного обеспечения 30.
  3. План экспозиции - загрузить образец в камеру электронной системы лучевой литографии (LEO 1530 / Райт Elphy) и откачивают. После вакуум был достигнут, включите EHT питания и установить до 30 кВ. Оставьте систему в таком состоянии в течение 1 часа, чтобы позволить образца, сцены и камеры для достижения равновесной температуры. Установки экспозиции, как указано в руководстве пользователя вашей конкретной системы лучевой литографии электрона. Expose примера с использованием соответствующего базового размера шага (например, 2 нм) (что является минимальным размером пикселя, что система может подвергнуть), время установления не менее 1 мс (что является время ожидания системы между движущимися пучка и подвергаяопределенной части картины), а площадь доза из 55 μAcm -2.
  4. Пример развития - с помощью ВНИМАНИЕ Ксилол (ксилол и легковоспламеняющимися и высокотоксичными работы в хорошо проветриваемом помещении, вдали от источников огня и избегать контакта с кожей и глазами) при температуре 23 ° C разработке образца в течение 45 сек. Промыть в изопропанол.

3. Паттен передачи

  1. RIE очистки камеры - Установить расход аргона и водорода до 200 SCCM. Дроссель вниз насос, с помощью дроссельной заслонки, чтобы достичь давления в камере 1 × 10 -1 мбар. Установить ВЧ мощность до 100 Вт, зажечь плазму и работать по крайней мере 10 минут - смещения постоянного тока приблизительно 700 V должны быть соблюдены. После выключения Ar / H 2 плазмы, позволяет камере для перекачки в течение примерно 1 мин. Установить расход кислорода в камере до 200 SCCM и снова душить давление в камере до 1 × 10 -1 мбар. Ignite второй плазмыкислорода с мощностью 100 Вт и работают в течение 5 мин. После этих процедур, камера будет свободна от загрязнений, таких как остатки полимера, из любой предыдущей сухого травления. Мы выполняем эту процедуру перед каждым изменением травления рецепт, чтобы обеспечить максимальную повторяемость. Эта процедура оптимизирована для нашей системы, которая состоит из параллельных пластин, катод загружен, RIE, с основной камерой диаметром 12 дюймов на 14 дюймов в высоту, в том числе 12-дюймовый порт с обеих дроссельный клапан и турбо-молекулярный насос прилагается.
  2. Фотонных кристаллов Офорт - загрузить образец в RIE основной камеры и насос системы до фонового давления <3 × 10 -6 мбар для обеспечения камеры бесплатно водяного пара. Начало травления по предварительной подготовки камеру с травлением газов (а именно CHF 3 и SF 6): установите скорость потока и газов до 100 SCCM (т.е. установить газа соотношении 1:1) и с помощью дроссельной заслонки принести камеру давлением до 5 × 10 -2 мбар сохраняется. Смещения постоянного тока между 200-220 V должно быть достигнуто по всему травления период.
  3. Пример очистки для удаления оставшихся электронов чувствительны сопротивляться - после сухого травления, очистки образца, промыв в 1165 ВНИМАНИЕ Remover (1165 легко воспламеняется и может вызвать раздражение глаз, носа и дыхательных путей) с ультразвуковым перемешиванием в течение 1-2 мин, а затем ацетоном и изопропанол, как описано выше (шаг 1,2).
  4. Мембранные Изоляция - спин-пальто образца с УФ-чувствительных фоторезиста ВНИМАНИЕ Microposit S1818 G2 (G2 S1818 является как легковоспламеняющиеся и вызывает раздражение глаз, носа и дыхательных путей) (см. п. 1.3). Использование appropriatэлектронной фотошаблонов, определить окна в пределах сопротивляться над фотонной модели кристалла с помощью УФ-выравниватель маски. Expose образца в течение примерно 30-45 сек. Разработка сопротивляться ВНИМАНИЕ Microposit разработчика MF-319 (MF-319 является щелочной жидкостью и может вызвать раздражение глаз, носа и дыхательных путей) в течение 30-45 сек, после промывки в деионизированной воде. Подготовка пластмассовых стаканчиков смесью ВНИМАНИЕ 1:05 плавиковой кислоты (1,1499 г / мл 48-51% HF) (HF крайне агрессивные и легко разрушает ткани, при обработке использовать полный индивидуальной защиты рассчитаны на HF) в деионизированной воды. Обратите внимание, что из соображений безопасности только пластиковые стаканы и пинцет должны использоваться с плавиковой кислотой. Погрузитесь образца в плавиковой кислоте смесь в течение 15 мин. После травления, промывки образца тщательно деионизированной воды. Удалите оставшийся фоторезист с использованием ацетона и изопропанола (см. п. 1.2) - с этого этапа и далее ультразвуковой агитации не может быть использована. Для обеспечения образцачиста, как это возможно, следовать ацетон и изопропанол промыть промыть в ВНИМАНИЕ Piranha решение (Piranha решение очень энергичный, взрывоопасных и нападает на органических материалов, при обработке использовать полный индивидуальной защиты) (3:1 ВНИМАНИЕ серной кислоты (серная кислота вызывает коррозию и очень токсичны, при работе использовать средства индивидуальной защиты и избегать вдыхания паров или тумана), чтобы предостеречь перекиси водорода (перекись водорода является очень опасным в случае контакта с кожей и глазами, когда обработка использовать средства индивидуальной защиты)) в течение 5 мин , затем смойте образца в деионизированной водой, ацетоном и изопропанол. Обратите внимание, что из соображений безопасности только стеклянные стаканы и металлические щипчики должны использоваться с Piranha решение. Как Piranha решение может взорваться при контакте с ацетоном или изопропанол, с ним следует обращаться в стороне от этих реагентов.
  5. Facet Раскалывание - если подготовка фотонного кристалла медленного света волновода, образец требует грань расщепление. Cleave SAmple, следуя той же процедуре, как указано в пункте 1.1, за исключением того, как небольшая царапина возможности должны быть использованы. Чип SOI с ~ 700 мкм подложки может быть надежно расщепляются до 4-5 мм в длину образцов.

4. Фотонного кристалла медленного света волновода характеристика

  1. Предварительная подготовка установки - подключить выход ВНИМАНИЕ широкополосного усиленного спонтанного излучения (ASE) источник света (невидимый ИК-излучения: избежать ненужной высокой мощности, покрытия луча если это возможно) на 3 дБ сплиттер волокна и использовать каждый из выходов пара света в две руки свободного пространства Маха-Цандера interferometeter (ИМЦ), как показано на рисунке 9. Использование асферических линз для коллимации света, выходящего из волокна. В одном из плеч интерферометра, используют два дополнительных асферических линз в паре луч света в и из образца чипа. Поместите поляризации светоделителя (PBS) в образце руку, чтобы TE-поляризуют Бордовыйт ввода образца. Использование асферических линз, чтобы пара коллимированных пучков выход из обеих рук назад в секунду 3 дБ волокна сплиттер, где они будут рекомбинировать. Подключите один из выходов для инфракрасных детекторов и использовать показания детектора, чтобы максимизировать сцепление в свете образца, подключите другой выход анализатора оптического спектра (OSA). Две руки ИМЦ должны иметь примерно такой же длины оптического когда в присутствии образца: убедитесь, что волокна в две руки ИМЦ имеют одинаковую номинальную длину и включают в себя настраиваемые этапе задержки в опорном плече, чтобы позволить для точной регулировки его длины. В образце рукой, установите асферические линзы на стадии XYZ точность, чтобы получить лучшее сцепление в образце.
  2. Регулировка длины опорного плеча - пара луч света на пустой (т.е. без фотонного кристалла) хребта волновода (того же типа, что и доступ волноводы, что подача света в фотонных кристаллах) Wiтонкий и тот же чип в образце руку. Запуск непрерывного сканирования OSA и наблюдать измеренные спектры длин волн. Если две руки ИМЦ имеют примерно одинаковую длину оптического, в спектрах полос вследствие конструктивной и деструктивной интерференции, эти полосы не появится, если на руках у ИМЦ имеют очень разные оптические длины (> ~ см). Бахрома расстояние обратно пропорциональна разнице в длине оптического пути между двумя руками. Переместить задержки этапе сделать ссылку рука короче и наблюдать полосы в OSA: если они становятся более плотными (редкие), ссылка рука короче (больше), чем выборка руку. Установите задержку этапе, чтобы убедиться, что ссылка руки короче, чем рука образцов и результатов бахромой расстоянии от 5 до 10 полос в 10 нм диапазоне длин волн (рис. 10а). И, наконец, выполнить эту оптимизацию на устройстве, что обеспечивает максимальную задержку, а затем сохранить задержку фиксированной на протяжении всего измерениявсего образца.
  3. Калибровка бежать - в то же время выравниваются по пустой волновод, запустить три сканирование на OSA: одно сканирование для спектра помехи и одного сканирования для каждой из двух групп отдельно (полученные путем блокирования другой руки). Используйте разрешение 0,05-0,1 нм. Запись каждого измеренного спектра.
  4. Медленный свет сбора данных - беги и записать три спектра, как в пункте 4.3 для каждого фотонных кристаллов волновода на чипе.
  5. Фурье-анализ данных - вмешательство спектр (интерферограмма) I (ω) математически выражается:
    I (ω) = S (ω) + R (ω) + SQRT [S (ω) R (ω)] {ехр [iΦ (ω) - iωτ] + CC}
    где S (ω) и R (ω) является спектральной плотности измеряются отдельно от образца и эталона, соответственно. Задержка τ задается положением задержки этапом в ссылку руку. Информация о дисперсии фотонных кристаллов волновода содержится в фазеТермин, который мы должны извлечь из данных измерений.
    Вычтите неинтерферирующими фоне S (ω) + R (ω) от интерферограммы выделить только вмешательство срок. Вычислить преобразование Фурье вмешательства термин: термин корень (SR) ехр [г (Φ-ωτ)] и его комплексно сопряженное соответствуют пики центром при Т = τ и T = τ, соответственно. Фильтр численно одно из двух условий и трансформировать обратно в частотной области. Дифференцировать фаза Φ (ω) - ωτ полученных данных относительно ω для получения Δτ г, разница в групповой задержки между двумя руками. Группа индекс п г = C / V г, V G с групповой скоростью, определяется по формуле:
    п г = (г Δτ ФК - Δτ г кал) с / л + п кал,
    где Δτ г кал получается из данных калибровки принято птОМ пустой волновод, L является фотонный кристалл длиной волновода и п = 2,7 кал является эффективным показателем волновода хребта ссылки. Вклад в задержку от различных оптических элементов установки учитывается при калибровке перспективе, и, следовательно, вычитаются в этом шаге.
  1. Передача кривая - расчет кривой пропускания путем нормализации образца спектра фотонного кристалла волновода, что и пустой волновод.

5. Фотонных кристаллов характеристик полостей

  1. Setup - подготовка установки (рисунок 14) для RS включает в себя: переключение сменных элементов для поляризационного светоделителя; вставки поляризатора на входе руки, а также анализатор в выходной руку, переверните зеркало в руке зонда разрешить использование ближнего инфракрасного источника, позволит освещения образца. Установить образец вертикально под углом 45 ° к оси ориентацииполяризатора (рис. 18) на дифференциальный приводом XYZ блокировать микро-и регулировать микро-блок, так что образец находится в фокусе и полости можно увидеть с камерой, как показано на рисунке 15 (слева). Использование усиленного спонтанного излучения (ASE) источник, согласования пучка с центром полости рисунке 15 (справа). Отразить от освещения зеркала и позволяют выхода руку, чтобы войти в спектрометр (монохроматор с прикрепленными детекторов). Начало широкого сканирования с низкой до умеренной резолюции в целях выявления полости пиков. Получить грубой длины волны резонанса в ASE сканирования (рис. 16а) с точностью 1 нм. Кроме того, можно приобрести широкую проверку с осторожностью перестраиваемый лазерный источник (TLS) (рис. 16b) (невидимая ИК-излучения: избежать ненужной высокой мощности, покрытия луча, если это возможно). Нужно быть осторожным, что разрешение установлено на максимальное значение для того, чтобыотведать линии-ширина каждого пика.
  2. Выполните высоким разрешением сканирования на выявленные пики - подключить TLS на входе руку и ослабления пучка мВт уровне. Подготовка к высоким разрешение сканирования, позволяя выходных руки, чтобы быть собраны фотоприемника и создания непрерывного сканирования развертки с разрешением 1 мкм для 2 нм диапазоне с центром в ранее найденных резонансная длина волны. Важность этого шага является улучшение отношения сигнал-шум (SNR) с целью получения лоренцевой формы линии резонанса: изменить XYZ положение микро-блок и повторите проверку, пока SNR максимизируется и линии-форма близка к лоренцевой, как показано в разделе представителя результат.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Примеры изготовления

Наш выбор электронно-лучевой сопротивление (т.е. ZEP 520A) связано с его одновременно с высоким разрешением и травления сопротивление. Мы считаем, что ZEP 520A могут быть затронуты УФ-света, излучаемого от верхнего освещения лаборатории, как таковой, мы рекомендуем использовать спин-покрытие образцов в УФ непрозрачных контейнерах, при перемещении их из одной лаборатории в другую.

Переход на определение фотонных кристаллов картина, прежде чем подвергать образцов мы обнаружили, что позволяет электронная система лучевой литографии решить, по крайней мере час после загрузки уменьшает рассогласование ошибки во время записи - это связано с образцом сцене и вакуумная камера не быть при той же температуре сразу после загрузки. В качестве фотонных кристаллов моделей, наряду с доступом волноводов, может занять несколько часов, чтобы написать, небольшой дрейф в стадии относительно камеры (даже в нанометрах только на фотонных кристаллов отверстия) приводит в системустрочкой ificant и, возможно, ошибки картина искажений по отношению к допускам фотонных кристаллов. Эта ошибка носит случайный характер, от одной экспозиции к другой, но может быть до 100 нм / мин (абсолютная позиционная ошибка), однако относительные позиционные ошибки, т.е. между одним фотонных кристаллов отверстия в другое может быть порядка нанометров, , который может быть снижен за счет увеличения скорости, при которой картина написана. Как уже говорилось эти вопросы могут быть дополнительно отрицается (хотя и не полностью удалена), позволяя системе урегулировать после первой загрузки образца.

Ar / H 2 плазменного травления (используется для удаления металла и кремния загрязнений путем бомбардировки ионами), а затем O 2 плазменного травления (используется для удаления полимеров и органических отходов путем плазменной озоление), описанные в разделе 3.1 Протокол определяет режим очистки , который был разработан для контроля загрязнения в камере RIE при травлении фотонных крystals - это очистка считается, от нас, чтобы быть одним из самых важных шагов при изготовлении фотонных кристаллов устройств, очистка RIE камера имеет первостепенное значение для повторяющихся надежный изготовления тем более, что в нашем случае, когда RIE не используется исключительно для травления кремния. Ar / H 2 плазменных видно перейти от серо-голубого цвета (с указанием загрязненных камеры) в розовый цвет (о том, что камера является свободной от загрязнений), 10 мин плазмы, как правило, достаточно. O 2 плазменных затем проводят еще в течение 5-10 минут, в зависимости от чистоты камеры в начале процесса (т.е. Ar / H 2 плазменных цвета). Хотя предыдущий метод не будет убедительно доказано, мы видим, что цвет плазмы оказывается полезным индикатором чистоты камеры. Мы также обнаружили, что по предварительной подготовки травления камеры с кремнием травления газов в течение 10 мин приводит к более надежным процесс - мы считаем,это быть связано с травлением расхода газа стабилизации и адсорбции в стенках камеры во время предварительных условий периода.

Когда под травления образца, чтобы создать мембраны, с помощью плавиковой кислоты, доступ волноводов должны быть защищены. Если плавиковой кислоты вступает в контакт с доступом волновода, он проникает через теперь травленый траншеи (обе стороны от волновода) и под-гравирует доступ волноводов для сотен микрометров. В крайних случаях доступ волноводов может согнуть и сломать из-за стрессов, оказание полного чип бесполезно. Как фтористоводородной кислоты является изотропным травителя, время травления должны контролироваться для предотвращения бокового травления (перпендикулярно фотонных кристаллов волновод) от причинения мембраны сгибаться за счет высвобождения стресса присущие слой кремния. В крайнем случае, чрезмерное под травления может также вызвать мембраны к краху.

И, наконец, созданием чистойгранями для свободного пространства связью света в фотонных кристаллов волноводов является чрезвычайно сложной задачей. Если поцарапан / расщепляется тщательно, кремния существенно следить кристаллической плоскости формирования хорошей гранью (по нашему опыту, такие методы, как грань полировка не требуется). Плохой аспект может вызвать большие потери связи на каждой грани. Мы рекомендуем совершенствование техники расщепления, прежде чем пытаться работать с важными образцами. Не менее важно, чтобы один раз хорошо расщепляют была достигнута аспекты не были повреждены: образец должен быть снят лишь с помощью двух ребер, параллельных волноводов (т.е. не до конца грань стороны чипа). Образец длиной до 2-3 мм может быть надежно достигнута с ручной расщепления в ~ 700 мкм чипов SOI. Для небольших образцов, мы предлагаем истончение подложку или использовать другой метод раскалывания.

Хотя протокол, изложенные в этой статье, оптимизированные для SOI, общий принцип, лежащий в Fabricaния методов действительны также для изготовления устройств в других полупроводников, конечно, при переходе из кремния тщательного рассмотрения Etch-инструмент, Etch-химические и маски материалы должны быть сделаны.

Изготовление протокола этой статье оптимизирован для устройств, ориентированных на рабочей длине волны центр 1550 нм, однако устройства были также подготовлены для Мидир (2.7-3.5 мкм) режиме с использованием изготовление протоколов, основанных на те, представленные в настоящем документе.

Медленный свет на группу индексов

Значение индекса группы как ключевой параметр для измерения медленного света происходит от диаграммы дисперсии или зонная структура ω (к) обычно используется для описания дисперсии фотонных кристаллов волновода 34. Местного наклон дисперсионной кривой ∂ ω / ∂ К соответствует групповой скорости V G, т. е. скорость, с которой electromagnetiС энергия проходит через волновод, который может быть эквивалентно описывается группой индекс п г = C / V гр. Значения нг около 5 соответствуют быстрым режимом света, в то время как более высокие значения, как правило, считается, распространяется в режиме медленного света.

При построении медленного света ИМЦ установки, важно, чтобы убедиться, что все слои из двух плеч интерферометра надежно привязан к оптическим столом, как и любое движение или вибрацию будет изменить путь длиной ущерба для качества интерферограммы приобретения . По той же причине, проверку интерферограммы должны быть выполнены быстро, или флуктуации фазы приведет к нежелательным колебаниям группы данных индекса. Две руки ИМЦ также может быть реализована полностью в свободном пространстве, чтобы избежать волокна в целом, как и в Reference 26: в свободном пространстве ИМЦ будет более стабильным, но и более трудно выровнять.

В зависимости отНабор разрешение и силы Фабри-Перо полосы, определение индекса группы зависит от большой неопределенности, когда полосы сходятся очень плотно. Установка задержки этап изначально дают 4-10 нм fringes/10, как указано в пункте 4.2 из протокола, хорошо работает для фотонных кристаллов волноводов длиной 30-100 мкм с относительно высокими показателями группы, вплоть до п г> 100 разработан для медленного света волноводы 35 (см. рисунок 12). Для края зоны медленного света, максимальная измеримых показателей группы, как правило, ниже, той же длины, что связано с более высокими потерями распространения.

С бахромой расстояние ~ 4 нм fringes/10 мы в состоянии надежно измерить группе показателей почти до 100 и в 300 мкм давно разработаны волноводов (рис. 13). Для более длинных волноводов, краях становится очень плотным очень быстро, и решение OSA будет ограничивать максимальный измеримый показатель группы. Заметим, однако, что FOРА фиксированным разрешением и бахромой расстояние, максимальное измеримое индекс группы не масштабируется линейно с длины волновода, а также может быть под влиянием распространения дисперсионной потери. В течение очень долгого волновода, мы предлагаем включить рядом с ним коротким волноводом с одинаковым дизайном специально для группы измерение индекса.

Таким образом, мы описали простой и мощный метод экспериментального определения дисперсионных свойств медленного света фотонных кристаллов волноводов. Наша методика основана на сочетании частотной области интерферометрии 23 с преобразованием Фурье анализа 36 и позволяет прямой, одним выстрелом, непрерывное отображение кривой индекса группы, без необходимости задержка сканирования, 23-24 нелинейной подгонки данных 22 , 25 или определения положения экстремумов полос. 20-21,25 С помощью широкополосного источника света, мы можем извлечь информацию из образца на большой wavele ngth диапазоне, и в очень стабильным и воспроизводимым способом. Мы можем измерить группе показателей, превышающих 100 для коротких и средней длины волноводов (до 200-250 мкм), которые являются значениями гораздо выше, чем те, которые необходимы для полезного применения медленного света волноводов для повышения эффективности работы как линейных, так и нелинейных устройств.

Резонансное рассеяние

Фотонного кристалла полости ограничивают света в плоскости в двух измерениях, в отличие от фотонного кристалла волноводов, где свет направляется в одном измерении. Это позволяет хранить свет в ультра-малых объемах, которых описывается энергией распада, аналог есть у электронного резонатора. В фотонных систем, этот распад связан с жизни фотона полости и является экспоненциальной форме, следовательно, в результате лоренцевой формы линии пика. Отношение пика волны центра к полной ширины Half-Maximum представляет Q-фактор.

jove_content "> Важной особенностью техники RS-поляризация поддержания собственности установки и особенно высокой цели НС. этом и заключается проблема с совместимостью с высокой NA (высокая эффективность сбора) при сохранении поляризации, потому что высокие цели NA, как правило, смешиваются поляризации. Эта поляризация перемешивания отвечает за небольшие пики и низким SNR.

Когда от резонанса, х-поляризованного света поступает в полость (рис. 18а), то обратно рассеянных по объективным и отфильтрованы светоделитель / анализатора (у-поляризованных), так что только низкий уровень наблюдается при детектором. В случае поляризация перемешивания, некоторые из Х-поляризованный свет преобразуется в противоположной поляризации и может пройти анализатор таким образом увеличивая фоне. Если бы тогда на свет резонанс пары в полость, поляризации вращается для основной моды резонатора (красная стрелка Fiрисунке 18б) и создает у-поляризация компонент. Этот свет направляется к выходу руку и передает анализатора. Опять же, у-поляризованный свет можно преобразовать в противоположную поляризацию таким образом уменьшая уровень сигнала. Таким образом, цель должна быть выбрана так, что поляризация перемешивания сохраняется на минимальном уровне.

Для ультра-высокой добротностью полости, такие как гетеро-структуры полости, излучаемая мощность ниже. Эта ситуация может еще больше снизить SNR и пик исчезает в уровне шума. Блокировка в конфигурации должны быть использованы, чтобы снизить уровень шума, а не фоновый уровень, для того, чтобы восстановить пик.

Обратите внимание, что наши установки (рис. 14) предназначен для многофункционального полости характеристику, и в дополнение к RS включает в себя микро-фотолюминесценции и генерацию второй и третьей гармоник частоты.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Нет конфликта интересов объявлены.

Acknowledgments

Авторы выражают благодарность д-р Маттео Галли, д-р Симон Л. Portalupi и профессор Лучио C. Andreani из Университета Павии за полезные обсуждения, связанные с техникой RS и выполнения измерений.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Acetone Fisher Scientific A/0520/17 CAUTION: flammable, use good ventilation and avoid all ignition sources.
Isopropanol Fisher Scientific P/7500/15 CAUTION: flammable, use good ventilation and avoid all ignition sources.
Electron Beam resist Marubeni Europe plc. ZEP520A CAUTION: flammable, harmful by inhalation, avoid contact with skin and eyes.
Xylene Fisher Scientific X/0100/17 CAUTION: flammable and highly toxic, use good ventilation, avoid all ignition sources, avoid contact with skin and eyes.
Microposit S1818 G2 Chestech Ltd. 10277866 CAUTION: flammable and causes irritation to eyes, nose and respiratory tract.
Microposit Developer MF-319 Chestech Ltd. 10058721 CAUTION: alkaline liquid and can cause irritation to eyes, nose and respiratory tract.
Hydrofluoric Acid Fisher Scientific 22333-5000 CAUTION: extremely corrosive, readily destroys tissue; handle with full personal protective equipment rated for HF.
Microposit 1165 Remover Chestech Ltd. 10058734 CAUTION: flammable and causes irritation to eyes, nose and respiratory tract.
Sulphuric Acid Fisher Scientific S/9120/PB17 CAUTION: corrosive and very toxic; handle with personal protective equipment and avoid inhalation of vapours or mists.
Hydrogen Peroxide Fisher Scientific BPE2633-500 CAUTION: very hazardous in case of skin and eye contact; handle with personal protective equipment.
Equipment
Silicon-on-Insulator wafer Soitec G8P-110-01
Diamond Scribe J M Diamond Tool Inc. HS-415
Microscope slides Fisher Scientific FB58622
Beakers Fisher Scientific FB33109
Tweezers SPI Supplies PT006-AB
Ultrasonic Bath Camlab 1161436
Spin-Coater Electronic Micro Systems Ltd. EMS 4000
Pipette Fisher Scientific FB55343
E-beam Lithography System Raith Gmbh Raith 150
Reactive Ion Etching System Proprietary In-house Designed --
UV Mask Aligner Karl Suss MJB-3
ASE source Amonics ALS-CL-15-B-FA CAUTION: invisible IR radiation.
Single mode fibers Thorlabs P1-SMF28E-FC-2
3 dB fiber splitters Thorlabs C-WD-AL-50-H-2210-35-FC/FC
Aspheric lenses New Focus 5720-C
XYZ stages Melles Griot 17AMB003/MD
Polarizing beamsplitter cube Thorlabs PBS104
IR detector New Focus 2033
100× Objective Nikon BD Plan 100x
Oscilloscope Tektronix TDS1001B
Optical Spectrum Analyzer Advantest Q8384
IR sensor card Newport F-IRC2
TLS source Agilent 81940A CAUTION: invisible IR radiation.
IR Camera Electrophysics 7290A
IR Detector New Focus 2153
Digital Multimeter Agilent 34401A
Illumination Stocker Yale Lite Mite
Monochromator Spectral Products DK480
Array Detector Andor DU490A-1.7
GIF Fiber Thorlabs 31L02

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Baba, T., Kawasaki, T., Sasaki, H., Adachi, J., Mori, D. Large delay-bandwidth product and tuning of slow light pulse in photonic crystal coupled waveguide. Opt. Express. 16 (12), 9245-9253 (2008).
  2. Melloni, A., Canciamilla, A., et al. Tunable delay lines in silicon photonics: coupled resonators and photonic crystals, a comparison. IEEE Photon. J. 2 (2), 181-194 (2010).
  3. Ishikura, N., Baba, T., Kuramochi, E., Notomi, M. Large tunable fractional delay of slow light pulse and its application to fast optical correlator. Opt. Express. 19 (24), 24102-24108 (2011).
  4. Beggs, D. M., Rey, I. H., Kampfrath, T., Rotenberg, N., Kuipers, L., Krauss, T. F. Ultrafast tunable optical delay line based on indirect photonic transitions. Phys. Rev. Lett. 108 (21), 213901 (2012).
  5. Beggs, D. M., White, T. P., O'Faolain, L., Krauss, T. F. Ultracompact and low-power optical switch based on silicon photonic crystals. Opt. Lett. 33 (2), 147-149 (2008).
  6. Nguyen, H. C., Sakai, Y., Shinkawa, M., Ishikura, N., Baba, T. 10 Gb/s operation of photonic crystal silicon optical modulators. Opt. Express. 19 (14), 13000-13007 (1364).
  7. Kampfrath, T., Beggs, D. M., White, T. P., Melloni, A., Krauss, T. F., Kuipers, L. Ultrafast adiabatic manipulation of slow light in a photonic crystal. Phys. Rev. A. 81 (4), 043837 (2010).
  8. Monat, C., Corcoran, B., et al. Slow light enhancement of nonlinear effects in silicon engineered photonic crystal waveguides. Opt. Express. 17 (4), 2944-2953 (2009).
  9. Corcoran, B., Monat, C., et al. light emission in silicon through slow-light enhanced third-harmonic generation in photonic-crystal waveguides. Nature Photon. 3, 206-210 (2009).
  10. Li, J., O'Faolain, L., Rey, I. H., Krauss, T. F. Four-wave mixing in photonic crystal waveguides: slow light enhancement and limitations. Opt. Express. 19 (5), 4458-4463 (2010).
  11. Checoury, X., Han, Z., Boucaud, P. Stimulated Raman scattering in silicon photonic crystal waveguides under continuous excitation. Phys. Rev. B. 82 (4), 041308 (2010).
  12. Y, Photonic crystal nanocavity laser with a single quantum dot gain. Opt. Express. 17 (18), 15975-15982 (2009).
  13. Ellis, B., Mayer, M. A., et al. Ultralow-threshold electrically pumped quantum-dot photonic-crystal nanocavity laser. Nature Photon. 24, 297-300 (2011).
  14. Galli, M., Gerace, D., et al. Low-power continuous-wave generation of visible harmonics in silicon photonic crystal nanocavities. Opt. Express. 18 (25), 26613-26624 (2010).
  15. Notomi, M., Shinya, A., Mitsugi, S., Kira, G., Kuramochi, E., Tanabe, T. Optical bistable switching action of Si high-Q photonic-crystal nanocavities. Opt. Express. 13 (7), 2678-2687 (2005).
  16. Shambat, G., Rivoire, K., Lu, J., Hatami, F., Vučkovič, J. Tunable-wavelength second harmonic generation from GaP photonic crystal cavities coupled to fiber tapers. Opt. Express. 18 (12), 12176-12184 (2010).
  17. Fan, S., Villeneuve, P. R., Joannopoulos, J. D., Haus, H. A. Channel drop filters in photonic crystals. Opt. Express. 3 (1), 4-11 (1998).
  18. Tanabe, T., Nishiguchi, K., Kuramochi, E., Notomi, M. Low power and fast electro-optic silicon modulator with lateral p-i-n embedded photonic crystal nanocavity. Opt. Express. 17 (25), 22505-22513 (2009).
  19. Nozaki, K., Tanabe, T., et al. Sub-femtojoule all-optical switching using a photonic-crystal nanocavity. Nature Photon. 4, 477-483 (2010).
  20. Notomi, M., Yamada, K., Shinya, A., Takahashi, J., Takahashi, C., Yokohama, I. Extremely large group-velocity dispersion of line-defect waveguides in photonic crystal slabs. Phys. Rev. Lett. 87 (25), 253902 (2001).
  21. Labilloy, D., Benisty, H., Weisbuch, C., Smith, C. J. M., Krauss, T. F., Houdré, R., Oesterle, U. Finely resolved transmission spectra and band structure of two-dimensional photonic crystals using emission from InAs quantum dots. Phys. Rev. B. 59 (3), 1649-1652 (1999).
  22. Inanç Tarhan, I., Zinkin, M. P., Watson, G. H. Interferometric technique for the measurement of photonic band structure in colloidal crystals. Opt. Lett. 20 (14), 1571-1573 (1995).
  23. Galli, M., Marabelli, F., Guizzetti, G. Direct measurement of refractive-index dispersion of transparent media by white-light interferometry. Appl. Opt. 42 (19), 3910-3914 (1364).
  24. Galli, M., Bajoni, D., Marabelli, F., Andreani, L. C., Pavesi, L., Pucker, G. Photonic bands and group-velocity dispersion in Si/SiO2 photonic crystals from white-light interferometry. Phys. Rev. B. 69 (11), 115107 (2004).
  25. Vlasov, Y. A., O'Boyle, M., Hamann, H. F., McNab, S. J. Active control of slow light on a chip with photonic crystal waveguides. Nature. 438, 65-69 (2005).
  26. Gomez-Iglesias, A., O'Brien, D., O'Faolain, L., Miller, A., Krauss, T. F. Direct measurement of the group index of photonic crystal waveguide via Fourier transform spectral interferometry. Appl. Phys. Lett. 90 (26), 261107 (2007).
  27. Akahane, Y., Asano, T., Song, B. -S., Noda, S. High-Q photonic nanocavity in a two-dimensional photonic crystal. Nature. 425, 944-947 (2003).
  28. McCutcheon, M. W., Rieger, G. W., et al. Resonant scattering and second-harmonic spectroscopy of planar photonic crystal microcavities. Appl. Phys. Lett. 87 (22), 221110 (2005).
  29. Galli, M., Portalupi, S. L., Belotti, M., Andreani, L. C., O'Faolain, L., Krauss, T. F. Light scattering and Fano resonances in high-Q photonic crystal nanocavities. Appl. Phys. Lett. 94 (7), 71101 (2009).
  30. WÃest, R., Strasser, P., Jungo, M., Robin, F., Erni, D., Jückel, H. An efficient proximity-effect correction method for electron-beam patterning of photonic-crystal devices. Microelectron Eng. 67-68, 182-188 (2003).
  31. Tanaka, Y., Asano, T., Akahane, Y., Song, B. -S., Noda, S. Theoretical investigation of a two-dimensional photonic crystal slab with truncated cone air holes. Appl. Phys. Lett. 82 (11), 1661 (2003).
  32. Asano, T., Song, B. -S., Noda, S. Analysis of the experimental Q factors (~ 1 million) of photonic crystal nanocavities. Opt. Express. 14 (5), 1996-2002 (2006).
  33. O'Faolain, L., Schulz, S. A., et al. Loss engineered slow light waveguides. Opt. Express. 18 (26), 27627-27638 (2010).
  34. Joannopoulos, J. D., Johnson, S. G., Winn, J. N., Meade, R. D. Photonic crystals, molding the flow of light. , 2nd ed, Princeton University Press. (2008).
  35. Li, J., White, T. P., O'Faolain, L., Gomez-Iglesias, A., Krauss, T. F. Systematic design of flat band slow light in photonic crystal waveguides. Opt. Express. 16 (9), 6227-6232 (2008).
  36. Takeda, M., Ina, H., Kobayashi, S. Fourier-transform method of fringe-pattern analysis for computer-based topography and interferometry. J. Opt. Soc. Am. 72 (1), 156-160 (1982).

Tags

Физика № 69 оптики и фотоники астрономии рассеяние света пропускание света оптических волноводов фотоника фотонные кристаллы медленный свет полостей волноводы Silicon SOI изготовление характеристика
Изготовление и характеристика фотонного кристалла медленно волноводы Света и полостей
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Reardon, C. P., Rey, I. H., Welna,… More

Reardon, C. P., Rey, I. H., Welna, K., O'Faolain, L., Krauss, T. F. Fabrication And Characterization Of Photonic Crystal Slow Light Waveguides And Cavities. J. Vis. Exp. (69), e50216, doi:10.3791/50216 (2012).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter