Introduction
La mayoría de las tecnologías de pantallas holográficas, tales como válvulas de luz pixelada así como los dispositivos MEMS y moduladores acústico-ópticos de onda mayor, son demasiado complejos para permitir una amplia participación en su desarrollo. Moduladores pixelados, especialmente aquellos con capas de filtro y planos traseros activas pueden requerir docenas de pasos de modelado para construir 5 y puede ser limitado por fan-out 6. Cuanto mayor es el número de patrones pasos cuanto mayor es la complejidad del dispositivo, y cuanto más apretado el protocolo de fabricación debe ser lograr un rendimiento razonable dispositivo 7. Moduladores acústico-ópticos de onda mayor no se prestan a la oblea procesos basados 8,9. Anisotrópicas modo que gotea moduladores, sin embargo, requieren sólo dos pasos de modelado para fabricar y utilizar técnicas de microfabricación relativamente estándar 10,11. La accesibilidad de estos procesos hacen posible que cualquier institución a instalaciones de fabricación modestos para participar en el desarrollo de hLa tecnología de visualización de vídeo ológrafo 12.
La simplicidad de la fabricación del dispositivo puede ser seductora, sin embargo, como el correcto funcionamiento de los dispositivos es fuertemente dependiente de las guías de ondas que deben ser cuidadosamente medido y ajustado para conseguir las características deseadas del dispositivo. Por ejemplo, si la guía de onda es demasiado profundo, ancho de banda operativo del dispositivo se reducirá 13. Si la guía de onda es demasiado bajo, el dispositivo no puede trabajar para iluminación roja. Si la guía de ondas es recocido demasiado largo, la forma del perfil de profundidad de la guía de ondas será distorsionada, y las transiciones de color rojo, verde y azul no puede sentarse adyacente en el dominio de la frecuencia 14. En este trabajo los autores presentan las herramientas y técnicas para realizar esta caracterización.
El modulador de modo que gotea se compone de un protón intercambió guía de ondas indiffused en la superficie de un piezoeléctrico, X-Cut sustrato de niobato de litio 15,16. En un extremode la guía de ondas es un transductor interdigital de aluminio, véase la figura 1. La luz se introduce en la guía de ondas usando un acoplador de prisma 17. El transductor entonces lanza ondas acústicas que interactúan contralinearly con la luz en la guía de ondas a lo largo del eje y la superficie. Esta interacción parejas guiadas luz en un modo de fugas que se escapa de la guía de ondas en la masa y, finalmente, sale del sustrato desde el borde de la cara 18,19. Esta interacción también gira la polarización de la luz guiada TE polarizado de luz polarizada TM modo de fugas. El patrón de ondas acústicas de superficie es el holograma, y es capaz de escanear y la configuración de la luz de salida para formar una imagen holográfica.
La guía de onda es creada por intercambio de protones. En primer lugar, el aluminio se deposita sobre el sustrato. A continuación, el aluminio es el modelo foto-litografía y grabado para exponer regiones del sustrato a ser canales de guía de ondas. El aluminio restante actúa como un discomáscara. El sustrato se sumerge en una masa fundida de ácido benzoico que altera el índice de superficie en las regiones expuestas. El dispositivo se retira, se limpia y recocida en un horno de mufla. La profundidad final de la guía de onda determina el número de transiciones de modo que gotean. La profundidad de la guía de ondas también determina la frecuencia de cada transiciones guiadas a modo para cada color 4.
Los transductores de aluminio se forman por el despegue. Después se forman las guías de ondas, un E-beam resistir se hila sobre el sustrato. Un transductor interdigital se modela con un haz de electrones para formar un transductor modulada pulsada diseñado para responder a la banda de 200 MHz responsable de controlar el color en los dispositivos de guía de ondas. El período de dedo se determina por Λƒ = v donde, Λ, es el período de dedo, v, es la velocidad del sonido en el sustrato y, ƒ, es la frecuencia de radio (RF). El transductor tendrá una impedancia que debe ser igualada a 75 ohmios para un funcionamiento eficiente 20.
<clase p = "jove_content"> El guiado a la interacción con fugas modo se produce a diferentes frecuencias para diferentes longitudes de onda de luz de iluminación y como resultado la luz roja, verde y azul puede ser controlado en el dominio de la frecuencia. El patrón de onda acústica de superficie es generada por una señal de RF enviado al transductor interdigital. La RF de la señal de entrada se traducen en frecuencias espaciales en el patrón de onda acústica de superficie. La guía de ondas puede ser fabricado de manera que las señales de baja frecuencia de control del barrido angular y la amplitud de la luz roja, mientras que las frecuencias medias de control de luz verde y altas frecuencias de control de luz azul. Los autores han identificado un conjunto de parámetros de guía de ondas que permiten a los tres de estas interacciones deberán estar separados y adyacentes en el dominio de la frecuencia para que los tres colores se pueden controlar con una sola señal de 200 MHz, que es el ancho de banda máximo de unidades de procesamiento gráfico de los productos básicos ( GPU).Haciendo coincidir el ancho de banda de un canal de GPUa la de un modulador de modo que gotea, el sistema se vuelve completamente paralelo y altamente escalable. Mediante la adición de pares emparejados de ancho de banda de las GPU y los canales de modo modulador con fugas, se puede construir pantallas holográficas de tamaño arbitrario.
Después de crear el dispositivo, se caracteriza cuidadosamente para verificar que las frecuencias para transición de modo guiado a fugas son apropiados para el control de frecuencia de color. En primer lugar, la ubicación de los modos guiados están determinados por un acoplador de prisma comercial para confirmar que la guía de ondas tiene la profundidad apropiada y el número correcto de modos guiados. Entonces, después de que los dispositivos están montados y empaquetados, se colocan en un acoplador de prisma costumbre que los mapas de las frecuencias de entrada de la luz de salida escaneada. Los datos resultantes da la respuesta de frecuencia de entrada y salida de la respuesta angular para la luz roja, verde y azul para el dispositivo que desea probar. Si el dispositivo ha sido fabricado correctamente, la respuesta del dispositivo de entrada se separa enla frecuencia y la respuesta de salida serán solapamiento en ángulo. Cuando esto se confirma, el dispositivo está listo para su uso en una pantalla de vídeo holográfico.
Las primeras mediciones se llevan a cabo antes de que el dispositivo ha sido empaquetado. La profundidad de la guía de onda está determinada por un acoplador de prisma comercial. Esto se puede lograr con una sola longitud de onda de iluminación (típicamente 632 nm rojo) pero los autores han modificado su acoplador de prisma comercial para permitir que reúnen información del modo para la luz roja, verde y azul. Después de envasado, el dispositivo se somete a una segunda medición en un acoplador de prisma de encargo que registra la luz de salida desviada como una función de RF de entrada. Una descripción detallada de estas mediciones sigue. también se dan pasos de fabricación.
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Protocol
1. Preparación Inicial
Nota: Comenzar con un nuevo corte en X oblea de niobato de litio. Debe ser de grado óptico, 1 mm de espesor, limpio, con nada depositado en la superficie, ambos lados pulidos, y el lado superior marcados.
- El uso de un evaporador de haz de electrones o una máquina equivalente a un vacío de 50 μTorr, evaporar 200 nm de aluminio sobre la oblea en 5 Å / seg. Para replicar los resultados presentados, la posición de la constelación de la oblea 65 cm por encima del crisol de aluminio.
- Girar en 30 gotas de una foto positiva resistir, como AZ3330, a 3.000 rpm durante 60 segundos. Softbake la capa protectora a 90 ° C durante 60 segundos. Nota: Para obtener una descripción detallada de la mecánica de las películas de polímero hilado ver la obra de Lawrence CJ 21.
- El uso de la máscara apropiada, tal como el archivo "Máscara 1. Intercambio de Protones Mask.dxf" suministrado en el apéndice, exponer la oblea utilizando un alineador de máscara con una bombilla de mercurio de 350 W o su equivalente para 10 seg como por Specificati máquinasons. Asegúrese de que la oblea se alinea de modo que las guías de ondas son paralelas al eje y.
- Desarrollar la capa protectora en un revelador fotorresistente positivo durante 60 segundos. Duro hornear la oblea durante 60 segundos a 110 ° C. Etch fuera del aluminio expuesto completamente sumergiéndolo durante 2 min en una solución de 1 L de grabado de aluminio se calienta a 50 ° C.
PRECAUCIÓN: grabado de aluminio es tóxico, corrosivo y nocivo. Ver MSDS para el manejo y almacenamiento de este producto químico adecuado. Utilice equipo de protección personal adecuado para el ácido al manipular este producto químico. - Retirar la mascarilla fotoprotector con un enjuague de acetona y luego alcohol isopropílico (IPA).
- El uso de un 0,016 in. Hoja de diamante de espesor con una profundidad de exposición de 0.165. En un corte en dados automática vio, cortar la oblea en 10 x 15 mm dispositivos 2 con la dimensión larga paralela al eje y.
Nota: La hoja no se corte todo el camino a través del sustrato. Para separar cada dispositivo, basta con destacar cada corte realizado por la sierra de cortar en cubitos. Cada 10 x 15 mm2 dispositivo irá individualmente a través de los pasos restantes del protocolo.
2. Intercambio de Protones
- Colocar un dispositivo individual en un tubo de ensayo con un pequeño agujero en el suelo de la parte inferior para permitir la interacción entre el dispositivo y todos los baños líquidos.
- de intercambio de protones el dispositivo sumergiéndolo en un 1 L de fusión de ácido benzoico puro 99% a 240 ° C. Utilice un tiempo de inmersión de 10 min y 10 seg a fin de alcanzar la profundidad del objetivo de 0,4504 micras.
Nota: El tiempo de intercambio de protones de inmersión es dictado por el coeficiente de difusión, D, que por fusión de los autores es actualmente D = 0,2993. El tiempo de intercambio de protones de inmersión se calcula utilizando la relación T = d 2 / (4 D). En esta ecuación, T es el tiempo de cambio de horas, d es la profundidad de la guía de onda en micras, y D es el coeficiente de difusión. Para una descripción detallada de los mecanismos de intercambio de protones ver la obra de JL Jackel 15. - Retire el dispositivo y dejar enfriar durante 5 minutos o hasta que esté fría al tacto. Limpiar cualquier residuo de ácido benzoico con un enjuague de acetona y luego IPA.
3. Recocido
- Permite colocar el dispositivo en un tubo de ensayo regular y envolver el tubo en papel de aluminio. Se coloca el tubo en un horno de mufla durante 45 minutos a 375 ° C. Retire el dispositivo y dejar enfriar durante 5 minutos o hasta que esté fría al tacto.
4. Limpiar
- Limpiar la máscara de aluminio desde el dispositivo mediante ataque químico de aluminio para más o menos 2 min a 50 ° C. Limpiar el dispositivo de grabado piraña ácida para eliminar los residuos orgánicos.
PRECAUCIÓN: piraña grabado ácido es tóxico, corrosivo y nocivo. Ver MSDS para el manejo y almacenamiento de estos productos químicos adecuada. Utilice equipo de protección personal adecuado para el ácido al manipular estos productos químicos. - Enjuague el dispositivo en acetona, a continuación, IPA, y secar con nitrógeno comprimido.
5. Mediciones de guía de ondas
- El uso de cualquier medida analizador de guía de ondas comercial de las características de la protones intercambiados guía de ondas.
Nota: Un buen dispositivo tendrá 2 modos guiados utilizando un láser de 633 nm. Véase la Figura 2 para un ejemplo de los resultados deseados. Si el dispositivo muestra más de dos modos guiados para la iluminación de rojo a continuación, el tiempo de intercambio en el paso 2.2 se debe reducir. Del mismo modo, si el dispositivo muestra menos de dos modos guiados el tiempo de intercambio debe ser aumentado.
6. Añadir Resist
- Giro a 4 gotas de una elevación inicial Resist (LOR) a 3.000 rpm durante 60 segundos y luego se hornea a 200 ° C durante 1 hora. Retire y deje que el dispositivo se enfríe durante 5 minutos o hasta que esté fría al tacto. La vuelta en 4 gotas de una solución 3: 1 de metacrilato de polimetilo (PMMA) y anisol a 3000 rpm durante 60 seg y luego hornear a 150 ° C durante 15 min.
- Retire y deje que el dispositivo se enfríe durante 5 minutos o hasta que esté fría al tacto. Girar en 2 gotas de un polímero conductor a 1.000 rpm durante60 seg, a continuación, girar a 6000 rpm durante 4 segundos para eliminar cualquier exceso.
7. patrón
- Utilizar un microscopio electrónico mejorado con un supresor de haz para permitir la escritura o una máquina equivalente a exponer el dispositivo.
- Bajo un vacío de 50 μTorr, exponer la capa conductora a un haz de electrones con una dosis por área de 30 mu c / cm 2 que escanea el patrón de los transductores interdigitales. Para replicar los resultados utilice una corriente del haz medido de 410 pA.
- Escribir el patrón de un archivo .dxf o equivalente en el microscopio electrónico de acuerdo con especificaciones de la máquina.
Nota: Para obtener una descripción detallada del proceso de litografía de rayos E ver el trabajo realizado por RE Fontana 22.
8. Desarrollar
- Eliminar la capa conductora de un enjuague del dispositivo en un flujo continuo de agua desionizada durante 5 segundos. Retire el PMMA expuesta por inmersión del dispositivo en solución 1: 3 de metilo isobutyl cetona (MIBK) e IPA durante 45 segundos.
- Retirar de la solución 1: 3 de MIBK: IPA y enjuague con IPA durante 5 segundos. Secar el aparato con nitrógeno comprimido.
- Repita los pasos 8.1-8.1.1 como sea necesario para desarrollar plenamente el PMMA.
Nota: Sin embargo exponga el dispositivo a la solución de MIBK: IPA en incrementos de 5 segundos solamente. desarrollo completo debe revelar la LOR debajo del PMMA y puede ser identificado por la coloración uniforme en toda la zona urbanizada rodeada de bordes nítidos y esquinas.
Nota: Con el desarrollo de PMMA conduce a la pequeña explosión característica y se puede borrar por completo los dedos de transductores interdigitales que salen de un solo bloque desarrollado grandes. Del mismo modo en desarrollo deja residuos no uniformes que disminuirá la eficacia del proceso de despegue que sigue. - Eliminar LOR en región expuesta por inmersión del dispositivo en una solución 1: 1 de un desarrollador apropiado y agua desionizada durante 25 seg. Retirar de la solución 1: 1 de un appropriate desarrollador y agua desionizada. Enjuague con IPA durante 5 segundos.
- Seco con nitrógeno comprimido. Repita los pasos 8.3, según sea necesario para desarrollar plenamente el LOR.
Nota: Sin embargo exponga el dispositivo a la solución de un revelador apropiado y agua desionizada en sólo incrementos de 2 seg. Desarrollo completo debe revelar la superficie del sustrato debajo de la LOR. Puede ser identificado por la coloración blanca uniforme en toda la zona urbanizada, manteniendo los bordes nítidos y esquinas. La falta de desarrollo de la LOR correctamente también conduce a los problemas discutidos en 8.2.3.1. Vea la Figura 3 para un proceso de desarrollo LOR ejemplo.
Nota: El cambio a una relación más baja de un desarrollador apropiada al agua desionizada como 1: 2 o 1: 3 es muy útil ya que el dispositivo se acerca desarrollo completo para permitir que los rasgos finos para desarrollar sin que se pierda el dispositivo. Sin embargo, no es ventajoso comenzar con estas dosis medida que aumenta el tiempo total y supera el tiempo óptimo en el developer.
- Seco con nitrógeno comprimido. Repita los pasos 8.3, según sea necesario para desarrollar plenamente el LOR.
9. Depósito de aluminio
- El uso de un evaporador de haz de electrones o una máquina equivalente a un vacío de 50 μTorr, evaporar 200 nm de aluminio sobre la oblea en 5 Å / seg.
10. El despegue de aluminio
- Llenar un gran plato de vidrio con 750 ml de agua en un plato caliente a 90 ° C. Inserte una memoria intermedia de plástico en el plato de agua. En un recipiente pequeño de vidrio separada sumerja el dispositivo en una solución de 100 ml de N-metil-2-pirrolidona (NMP).
- Coloque el recipiente de la solución de NMP que contiene el dispositivo en la memoria intermedia de plástico garantizar que el nivel de agua no supera la altura del recipiente de la NMP. Tape y deje reposar de 3 a 4 horas o hasta que el despegue de aluminio se ha completado. Eliminar el dispositivo de NMP.
Nota: Es ventajoso para limpiar grandes secciones de aluminio del dispositivo antes de sacarla del baño de NMP. Esto se hace mediante una pipeta llena de NMP para rociar el dispositivod desprender ningún grandes trozos restantes de aluminio no deseado. - Enjuague el dispositivo en IPA y seco con nitrógeno comprimido. Bajo el microscopio, compruebe que el despegue se ha completado. Si aluminio residual no deseada permanece, humedezca el dispositivo con acetona y cepille suavemente con una esponja de sala blanca recubierta en acetona para quitar.
- Enjuague en IPA y seco con nitrógeno comprimido, y otra vez, bajo el microscopio. Repita 10.3 y 10.4, según sea necesario.
11. polaca el Fin
- Escudo del dispositivo en una película protectora tal como una capa de resina fotosensible positiva. Sujetar el dispositivo de modo que el extremo con los transductores se expone durante el pulido. El uso de procedimientos de pulido apropiados 23, pulir lentamente el extremo del dispositivo a una rugosidad superficial de menos de 100 nm, de modo que no hay defectos de superficie interfieren con la luz que sale del dispositivo.
- Eliminar el dispositivo de la abrazadera y limpiar la película protectora. Si se utilizó resina fotosensible como una película de protección, una generosaenjuague con acetona y después IPA lo eliminará. Secar la muestra como sea necesario con nitrógeno comprimido.
12. Montaje en un tablero del desbloqueo
- Si se requiere cualquier tipo de montaje para el tablero del desbloqueo de RF, montar el tablero del desbloqueo de acuerdo con sus especificaciones.
- Construir, fuera del portaobjetos de vidrio, una plataforma de montaje para sujetar firmemente tanto el tablero del desbloqueo de RF y el dispositivo. Nota: La plataforma de montaje está construido en forma de U de cada tres portaobjetos de vidrio: un 75 x 50 x 1 mm 3 y dos 75 x 25 x 1 mm 3.
- Colocar una generosa capa de pegamento sobre la cuarta más a la izquierda de la gran tobogán. Coloque uno de los toboganes más pequeños sobre el cordón de pegamento de modo que el borde más a la izquierda y el borde inferior se alinean con los bordes correspondientes en el gran tobogán.
- Aplicar firme y una presión igual a las dos correderas hasta la puesta del cianocrilato, unos 15 segundos. Repita el proceso para el cuarto más a la derecha de la gran tobogán.
- Montar el device a la parte superior de la plataforma de montaje con cinta adhesiva de doble cara. Asegúrese de que el extremo de los salientes del dispositivo el extremo de la plataforma de montaje para que la plataforma de montaje no interfiere con la luz que sale del extremo del dispositivo.
- Montar el tablero del desbloqueo de RF a la plataforma de montaje de manera que no está en la trayectoria del haz de la luz que sale del dispositivo. Una forma sencilla de hacerlo es elevar el tablero del desbloqueo con cinta gruesa de manera que la parte inferior del tablero del desbloqueo está por encima de la parte superior del dispositivo.
- alambre de unión de las pastillas en el dispositivo a sus respectivos lugares en el tablero del desbloqueo de RF. Use un nH inductor 27 a la impedancia serie coincide con cada transductor a las entradas del tablero del desbloqueo.
13. Acoplamiento Prisma
- Seleccionar un prisma rutilo para acoplar la luz en el dispositivo. La polarización de la luz (Transverse Electric) debe ser paralelo al eje óptico de la rutilo el eje óptico (eje Z) del niobato de litio X-corte.
- t limpiaque en contacto con superficies tanto del dispositivo y el prisma a fondo con IPA. Coloque el prisma de manera que se centra en el canal para ser probado.
- Pulse la parte inferior del prisma firmemente contra la parte superior del dispositivo con un mecanismo de sujeción. Nota: No ajuste de la presión excesiva como se agrieta el sustrato y dañar el prisma de acoplamiento.
- Si tiene éxito, aparecerá observar una mancha de humedad.
Nota: Una mancha de humedad es una región de la reflexión interna total frustrada en la interfaz entre el prisma y la muestra. Para un ejemplo de acoplamiento con prisma adecuado vea la Figura 4.
14. Montar en el aparato Caracterización
- Montar el dispositivo en la plataforma giratoria del aparato de la caracterización de color división de frecuencia para el modo de moduladores de luz con fugas anisotrópicas discutidos por A. Henrie 4.
Nota: un esquema del aparato La caracterización se suministra en la Figura 5.
- Encienda el láser. Para replicar los resultados presentados en este uso de papel 5 V de 638 nm, 5,5 V de 532 nm, y 6,5 V para 445 nm.
- Atenuar la viga hasta que la intensidad de la luz dispersada es cómodo para el ojo. Verificar la polarización del láser.
- Colocar un polarizador en la trayectoria del haz después de que la placa de media onda de manera que bloquee la luz polarizada horizontalmente. Girar la placa de media onda para lograr la máxima atenuación de la luz láser. Retire el polarizador.
- girar manualmente la plataforma de manera que el ángulo entre el láser y la superficie superior del dispositivo se establece en el ángulo de entrada adecuado.
Nota: El ángulo adecuado se puede encontrar en la Tabla 1 de acuerdo con la longitud de onda de ensayo deseado y el modo. - Alinear prisma usando las etapas de traslación lineal cuando el punto focal del láser pasa a través de la esquina 90 ° del prisma. Nota: El aumento de láser scatter causada por la esquina del prisma a veces puede ser visto.
- En este punto, la luz debe ser de acoplamiento en el dispositivo que pueda ser verificada, ya sea por la característica raya de la luz causada por la dispersión en la guía de ondas o por las líneas de modos característicos que salen del extremo del dispositivo 24 (véase la Figura 6).
Nota: Si está utilizando líneas de modo de verificar acoplamiento, es útil retirar el medidor de potencia de la trayectoria del haz. En lugar insertar un objeto de la dispersión de manera uniforme, tal como una hoja de papel blanco, en la trayectoria del haz. - Si no se detecta de acoplamiento, gire lentamente el dispositivo mientras se mantiene el borde de acoplamiento del prisma en el punto focal del láser. Si después de la rotación de cinco grados en cualquier dirección sin acoplamiento se puede detectar, eliminar el dispositivo de la plataforma giratoria, retire el prisma y volver al paso 13.
- En este punto, la luz debe ser de acoplamiento en el dispositivo que pueda ser verificada, ya sea por la característica raya de la luz causada por la dispersión en la guía de ondas o por las líneas de modos característicos que salen del extremo del dispositivo 24 (véase la Figura 6).
- Una vez que se detecta acoplamiento, afinar las etapas de la plataforma y de traducción lineal de rotación para maximizar el acoplamiento de la luz.
16. Coloque la entrada de RF y adjuntar el dispositivo
- Vuelva a colocar el medidor de potencia que fue removido durante la alineación. También eliminar cualquier obstrucción de la trayectoria del haz utilizado con fines de alineación.
- Coloque la entrada de RF para el tablero del desbloqueo del dispositivo y activar el generador de señal de RF. Asegúrese de que el amplificador está encendido. Nota: Para proteger el dispositivo de agotamiento, la potencia eléctrica de la señal que llega al dispositivo no debe ser superior a 1 W.
- Eliminar cualquier atenuación utilizado para la seguridad durante la alineación. El láser se encuentra ahora en los niveles de potencia ópticos utilizados para la prueba. Encerrar todo el sistema en una caja ópticamente aislar.
17. Ejecutar el programa de ensayo, a condición
- Obtener un gestor de equipos de laboratorio para ejecutar el dispositivo de caracterización, tales como el AutomatedDeviceCharacterization.vi archivo LabView proporcionado en el apéndice.
- Introduzca todos los parámetros de usuario en el sof pruebatware en el ordenador de control. Nota: la Figura 7 se suministra para aquellos que utilizan el archivo de control proporcionado experimento. Se indica con un recuadro amarillo los campos que se deben actualizar antes de cada ensayo automatizado se ejecuta para que el programa analítico previsto para funcionar adecuadamente en el paso 19.
- Para replicar los resultados presentados en este trabajo utilizar los siguientes parámetros de prueba: Frecuencia inicial: 100 MHz, frecuencia final: 800 MHz, frecuencia de paso: 10, Rough Posición inicial: 0, Rough posición final: 25, y la posición del paso: 1. Hacer de que la "salida al archivo" se pulsa el botón.
- Ejecutar el programa de pruebas.
Nota: El programa proporcionado conduce un medidor de potencia a lo largo de una pista lineal a intervalos definidos por el usuario. En cada posición de la señal de entrada de RF es barrido a través de un conjunto de frecuencias elegidas y medidas de potencia se hacen. Una medición también se hace con la entrada de RF en su posición más baja frecuencia y la potencia de salida más baja que ha sido experimentalLy determina como equivalente a una señal de entrada 4. Estas mediciones se representan gráficamente en tiempo real en un gráfico interactivo en 3D.- Tenga en cuenta las cuatro archivos de salida: * config.csv describe el experimento, * data.csv contiene la lectura de la potencia en cada frecuencia, * no_stim.csv contiene la lectura de ruido de fondo, y * graph.jpeg contiene una copia del gráfico en el usuario interfaz del programa como lo fue cuando terminó el programa. Vea la Figura 8.
- Secciones Repetir 15-17 para cada longitud de onda y el modo TE1 se describe en la Tabla 1.
18. Analizar los perfiles de salida de frecuencia y angulares
- Obtener un programa de análisis estadístico o descargar el código MATLAB CompareWDMmodes.m proporcionado en el apéndice.
- En la carpeta (donde se encuentra el programa), cree una subcarpeta, "Número de muestras" entrar en el "Número de muestras" en el programa de pruebas. El número de la muestra es lanúmero de identificación del dispositivo.
- En esta carpeta, "Número de la muestra," cree tres subcarpetas. Nombre cada carpeta de la siguiente manera: "Número de muestras" _ "Color" _M1_ "transductor". Los nombres en "negrita y cursiva" son valores introducidos en el programa de pruebas por parte del usuario. (Por ejemplo A16_BLUE_M1_T1, C5_RED_M1_T13, o D35_GREEN_M1_T18).
- En cada subcarpeta, copiar los cuatro archivos creados por el software de pruebas que se corresponden con la longitud de onda en particular, el modo y el transductor.
- Abra el programa analítico y cambiar las variables definidas por el usuario en la parte superior para reflejar el definido por el usuario de entrada de valores en el software de pruebas.
Nota: Si está utilizando el programa de análisis realizados y los valores definidos por el usuario en el programa de pruebas son "Número de muestras" = A16, "Modo guiado" = 1, "transductor" = 1 el código de análisis serían modificadas a lo siguiente:
; % de variables de usuario
la serie = 'A';
la muestra = 16;
Modos = [1];
transductor = 'T1'; - Ejecutar el programa analítico.
Nota: Si se utiliza el código analítico previsto, entre otras cosas, se crea una figura que compara la respuesta de frecuencia normalizada y la salida angular para la luz roja, verde y azul. El archivo se crea se encuentra en la subcarpeta "Número de muestras". Véase la Figura 9 para un ejemplo de la salida.
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Representative Results
Los resultados principales del protocolo anterior son la medición modo guiado del acoplador de prisma comercial muestra en la Figura 2, la frecuencia única, los datos de entrada sin procesar / salida recogidos del acoplador de prisma personalizado muestran en la Figura 8 y las curvas multicolores muestran en la Figura 9. en los siguientes párrafos se discute la información para la acción producida por cada una de estas salidas.
La información obtenida de modo guiado el acoplador de prisma comercial se utiliza, principalmente, para establecer la profundidad de la guía de ondas, pero el número de modos y su espaciamiento contiene otra información útil relevante para el funcionamiento en modo permeable. Para el dispositivo de modo que gotea funcione como está diseñado, debe tener una transición de modo guiado a fugas de todos los colores, y la experimentación ha demostrado que esto es cierto cuando existe al menos dos modos guiados para cada Illuminalongitud de onda de la. Esto es particularmente relevante para el rojo, ya que tiene menor número de los modos guiados de los tres colores de la pantalla. La etapa de intercambio de protones 2 debe ser aumentado o disminuido para asegurarse de que hay dos modos de color rojo. En general, tener dos modos en rojo indica que también hay al menos dos modos en verde y azul. Dispositivos optimizados para la multiplexación por división de frecuencia de color han mostrado dos modos en rojo, tres modos de color verde y azul en cuatro modos. Menos modos pueden aparecer para el verde y el azul si el tiempo de recocido es demasiado largo. Si menos de la cantidad óptima de modos parece que la luz verde y azul, a continuación, puede ser necesario prolongar el tiempo de recocido en el paso 3. recocidos largas, sin embargo, también reducirá el índice efectivo de los modos guiados.
La salida en bruto del acoplador de prisma de encargo como se muestra en la Figura 8 da una buena sentido cualitativo para un número de parámetros del dispositivo importantes, tales como ancho de banda de RF, barrido angular,linealidad de exploración, tamaño de punto, periodo de ondas estacionarias y la eficiencia de difracción aproximada. La proyección de los datos en el eje Y da la respuesta de frecuencia del dispositivo desde el que se puede leer la frecuencia central y el ancho de banda aproximado de operación. La proyección de los datos en el eje X da lapso de la salida de luz difractada. Esta información de posición es casi proporcional a la de barrido angular de la salida del dispositivo por lo que la proyección sobre este eje es un buen indicador del barrido angular del dispositivo. La pendiente de los datos en el plano XY de la gráfica nos da una idea de la linealidad de la exploración, así como la velocidad de exploración con frecuencia de entrada. Si el eje X se muestrea con una resolución suficientemente alta, a continuación, una sección transversal a lo largo del eje X dará el perfil de la viga. Si el eje Y se muestrea con una resolución suficientemente alta, entonces la superficie patrones de ondas acústicas estacionarias pueden llegar a ser apparent- si son prominentes, puede ser beneficioso añadir un absorbente acústico a laDispositivo para producir un liso, incluso escanear. eficiencia de difracción absoluta no se mide, pero cuando la comparación de un dispositivo a otro, la relación señal a ruido sirve como un buen indicador de la eficiencia de difracción relativa. Estos datos cruda proporciona una cantidad significativa de información, pero es relevante para una sola longitud de onda de iluminación.
Para determinar si el dispositivo es capaz de control de frecuencia de color, datos en bruto es procesada por varios experimentos con las tres longitudes de onda para formar gráficos como la de la Figura 9. Los X e Y las proyecciones de los ejes son recogidos primero para los modos de guiado a la TE1 para todos tres colores. A continuación, estas proyecciones se superponen en el ángulo y la frecuencia de los ejes respectivamente para formar una frecuencia multicolor y la respuesta angular como la que se muestra. Si la respuesta para cada color es adyacente en frecuencia y solapamiento en ángulo, entonces el dispositivo es adecuado para el control de frecuencia de color.
Figura 1:. Leaky modo modulador Como se ve a la izquierda, la luz entra en el dispositivo a través de un prisma de rutilo, que evanescente parejas luz en una guía de ondas indiffused en la superficie del sustrato. A medida que la luz se propaga guiada hacia el otro extremo del dispositivo se encuentra con ondas acústicas de superficie que outcouple la luz de la guía de ondas y rotan su polarización. El diagrama de impulso para esta interacción se da a la derecha. ge.jpg "target =" _ blank "> Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 2:. Ejemplo de guía de onda de datos de luz del láser se acopla en el prisma. A continuación, se refleja en la superficie del dispositivo y sobre un sensor de potencia. Cuando está presente un modo de guiado, en lugar de que se refleja en el dispositivo de la luz se guía a través del sustrato y sale por el extremo del dispositivo. Por lo tanto, se guía lejos del sensor de potencia y un fuerte "caída" se produce en la trama. Hay dos modos identificados en esta parcela. La lectura de la potencia aumentando gradualmente de izquierda a derecha se puede explicar por la eficiencia de transmisión aumentando gradualmente en el aire al límite prisma. Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 3:. Proceso de Desarrollo de LOR de muestra imágenes de la misma área de un dispositivo como el LOR se desarrolla. La imagen de la izquierda fue tomada con un microscopio después del tiempo de desarrollo inicial de 25 seg. Las imágenes que siguen son una muestra de los cambios a través del proceso iterativo. La imagen final es un primer plano de las características más finas en el dispositivo después del desarrollo LOR para mostrar los bordes limpios y la exposición del sustrato subyacente. Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 4: Un prisma dispositivo acoplado montado en un tablero del desbloqueo. Un dispositivo acoplado completado correctamente montado en su breatablero de Kout. En el ángulo correcto, como en esta imagen, la mancha de humedad refleja un arco iris de colores. Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 5: Caracterización Aparato Esquema Esquema básico del aparato de caracterización.. El láser se envía a través de una serie de componentes ópticos antes de ser acoplado en el dispositivo a través de un prisma. Una vez dentro de un modo de guía de ondas en las ondas SAW producidas por los transductores interdigitales y una señal de RF golpear la luz en los modos con fugas que salen del dispositivo en un ángulo controlable frecuencia. Un actuador lineal conduce el medidor de potencia a través de una gama de posiciones, mientras que el generador de señal corre a través de una gama de frecuencias de la creación de gráficos de varias variables que describen la capacidad de control y fuerapuesto del dispositivo. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 6:. Técnicas de Identificación de acoplamiento de luz adecuada de acoplamiento adecuado puede ser identificado ya sea por la presencia de la característica rayo de luz causada por la dispersión en la guía de ondas, como se muestra a la izquierda, o por las líneas de modo característicos fuera del extremo de la dispositivo, como se muestra a la derecha. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 7:. Interfaz de usuario para el software LabView Testing La interrelación de usuario cara incluyendo todas las variables definidas por el usuario. Los productos en caja en amarillo deben actualizarse antes de cada ensayo automatizado se ejecuta para que el programa analítico para funcionar correctamente. Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 8:. Muestra Frecuencia vs Gráfico Posición Si bien la entrada de RF y la ubicación del medidor de potencia son escaneados de forma lineal, el software experimento construye y muestra este gráfico interactivo en 3D de los datos recogidos. Al finalizar la vista actual se guarda para una referencia rápida. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
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Figura 9: Ejemplo de modo de datos comparativos de respuesta de frecuencia de las tres longitudes de onda que se muestra a la izquierda.. El dispositivo tiene un ancho de banda de 200 MHz con control individual para cada longitud de onda. A la derecha está la respuesta ángulo de salida para cada dispositivo. Hay buenas solapamiento angular para 5-7 °. Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
| Longitud de onda | Modo | Ángulo |
| 638 nm | TE0 | 23 ° |
| TE1 | 28 ° | |
| 532 nm | TE0 | 26 ° |
| TE1 | 31 ° | |
| TE2 | 32 ° | </ Tr>|
| 445 nm | TE0 | 31 ° |
| TE1 | 36 ° | |
| TE2 | 38 ° | |
| TE3 | 39 ° |
Tabla 1:. Modo de excitación parámetros de ángulo y la longitud de onda parámetros deseados para excitaciones del modo TE1 para los dispositivos descritos en este documento.
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Discussion
El diseño de cada dispositivo tiene dos pasos críticos, intercambio de protones y de desarrollo de la LOR. De los dos, el tiempo de intercambio de protones determina la profundidad de la guía de ondas, que a su vez determina el número de transiciones guiada a fugas modo, el ancho de banda de frecuencia controlable, y todos los parámetros clave de diseño para cada color de la luz. se desean dos modos guiados en rojo. Si más existe, entonces se sacrifica ancho de banda. Si existen menos entonces no guiado a modo de transición con fugas está garantizada. Sigue la nota en el paso 2.2.1 para corregir los tiempos de intercambio de protones para lograr el resultado deseado.
El desarrollo apropiado LOR es necesaria para el despegue y la función de ese modo adecuado de los transductores interdigitales. Es un paso más dominado por la experiencia. Una solución no diluida de desarrollador puede escaparse los dedos de los transductores en 7 segundos, mientras que una solución al 50% hará lo mismo en aproximadamente 35 segundos. El tiempo exacto varía de un dispositivo a otro que crea la necesidadpara desarrollar el dispositivo de 25 segundos en una solución al 50%, seguido por exposiciones repetidas a rápidas soluciones más diluidas. Si reventón se produce el tiempo de desarrollo disminución o concentración de la solución para lograr los resultados deseados.
En el proceso de caracterización de acoplamiento prisma y la alineación son los pasos críticos. Si el dispositivo no está bien acoplado prisma o mal alineado sin luz entrará en la guía de onda por lo que es imposible medir los resultados. La alineación se consigue mejor con pequeños ajustes. Las variaciones en la luz dispersada pueden indicar la aproximación a una línea de modo o mostrar la proximidad del transductor interdigital. La experiencia es el mejor maestro.
Este protocolo está diseñado para la fabricación de un solo dispositivo. Como tal se limita la escalabilidad y pequeñas variaciones estarán presentes desde un dispositivo a otro. Sin embargo, los autores están trabajando activamente en el desarrollo de un proceso de fabricación de obleas impulsado que va a superar este desafío. otra limitatión de este protocolo es la caracterización de la dependencia de un proceso de prueba activa. Los transductores interdigitales deben tener un gran ancho de banda para acomodar los cambios en las transiciones de profundidad guía de ondas y de modo. Una vez que se determinan las frecuencias de transición de un transductor de ancho de banda más estrecho puede ser diseñado. Un buen modelo para el proceso eliminaría la necesidad de esta etapa. Finalmente, el protocolo de pruebas no es completamente automático, que requiere ajustes humanos entre los cambios en la longitud de onda y los dispositivos.
Una vez que un dispositivo de muestra tanto un buen control de la superposición y la frecuencia angular, entonces es capaz de ser utilizado en aplicaciones tales como el 3D holovídeo pantalla 1. Estos dispositivos requieren sólo 2 pasos de modelado de fabricar que es una gran mejora con respecto a las tecnologías de visualización común de hoy en día, tales como válvulas pixelados de luz, dispositivos MEMS, y moduladores acústico-ópticos de onda mayor. Es la esperanza de los autores de que tengan acceso a esta fabricación, medición y characterization protocolo será fomentar una mayor participación en la investigación electroholographic pantalla.
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Disclosures
Los autores no tienen nada que revelar.
Acknowledgments
Los autores agradecen el apoyo financiero del Air Force Research Laboratory contrato FA8650-14-C-6571 y desde DAQRI LLC.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| X-Cut Lithium Niobate | Gooch and Housego | 99-00630-01 | Lithium Niobate 3″ Diameter X-CUT Wafer 1 mm Polish/Polish |
| Positive Photo Resist 1 | EMD Performance Materials | AZ 3330 F Photoresist | Used in the creation of the proton exchange mask |
| Photoresist Developer | EMD Performance Materials | AZ MIF 300 | Develops AZ3330 and LOR 3A |
| Aluminium | International Advanced Materials | AL13 | 99.999% pure |
| Aluminium Etch | Transene | Type A Aluminum Etchant | |
| Benzoic Acid | Sigma Aldrich | 109479-500G | 99% pure |
| Acetone | Fisher Chemical | UN1009 | |
| IPA | Fisher Chemical | UN1219 | 99.5% pure isopropyl alcohol |
| Acidic Piranha etch | Cyantek Corperation | Nanostrip | |
| Under Layer Resist | Micro Chem | LOR 3A | Bottom layer used for liftoff |
| Positive Photo Resist | Micro Chem | 950 PMMA A9 | Top layer used for liftoff |
| Anisole | Micro Chem | A Thinner | |
| Conductive polymer aqueous solution | Mitsubishi Rayon Company | AquaSAVE | |
| MIBK (4-methyl-2-pentanone) | Sigma Aldrich | 360511 | Develops PMMA |
| NMP (1-methyl-2-pyrrolidone) | Sigma Aldrich | 328634 | Used for liftoff |
| E-beam Evaporator | Denton Vacuum | Integrity 20 | Any equivalent equipment would suffice. |
| Thin Film Spinner | Laurell Technologies Corporation | WS-400A-6NPP-LITE | Any equivalent equipment would suffice. |
| Mask Aligner | Karl Suss America Inc. | MA 150 CC | Any equivalent equipment would suffice. |
| Automatic Dicing Saw | Disco Corperation | Disco Dad 320 | Any equivalent equipment would suffice. |
| Muffle Furnace | Thermo Scientific | FB1415M | Any equivalent equipment would suffice. |
| Electron Microscope | FEI | XL30 ESEM | Any equivalent equipment would suffice. |
| Dehydration Oven | Lab-Line Instruments | Ultra-Clean 100 (3497M-3) | Any equivalent equipment would suffice. |
| Hot Plate | Thermo Scientific | SP131325 | Any equivalent equipment would suffice. |
| Polisher | Ultra Tec Mfg., Inc. | Ultrapol End & Edge Polisher | Any equivalent equipment would suffice. |
| Class IIIb 12 V RBG Lasers: Wavelengths (nm): 638, 532, and 445 | Bought second-hand. Probably pulled from a laser projector. Any equivalent equipment would suffice. | ||
| Signal Generator | Agilent | 8648D | Now found at Keysight. Obsolete. Any equivalent equipment would suffice. Needed Frequency sweep 9 kHz-1,000 MHz. |
| Signal Amplifier | Mini-Circuits | TB-17 | Necessary only to overcome the limitations of the signal generator. |
| Power Meter Controller | ThorLabs | PM100D | With power meter model S130C. Any equivalent equipment would suffice. Needed sensitivity 500 pW. |
| Linear Actuator Controller | Newport | ESP7000 | With linear actuator model MFN25PP. Any equivalent equipment would suffice. Needs 0.1 mm accuracy. |
| AutomatedDeviceCharacterization.vi | LabView | Experimental Control Software by BYU | Found in the appendix |
| CompareWDMmodes.m | MATLab | Analytical Software by BYU | Found in the appendix |
References
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