Summary
우리는 펨토초 레이저 유발 절제하여 파장 이하 직경의 실리카 섬유 (나노 파이버 광)의 1-D 광결정 공동을 제조하는 프로토콜을 제시한다.
Abstract
우리는 펨토초 레이저 유발 절제하여 서브 파장 직경 테이퍼 광섬유, 광학 나노 파이버, 1-D 광결정 (PHC) 공동을 제조하는 프로토콜을 제시한다. 우리는주기적인 나노 분화구의 수천 단지 하나의 펨토초 레이저 펄스를 조사하여 광학 나노 섬유를 제조하는 것으로 나타났다. 전형적인 샘플의 경우, 점차적으로 50에서 다양한 직경 350 나노 미터와 함께 기간과주기적인 나노 분화구 - 550 nm의 - 1mm의 길이에 걸쳐 250 내지 450의 주위에 직경이 나노 섬유에 제조된다. 이러한 나노의 주요 양태는 나노 파이버 자체가 원통형 렌즈로서 작용하고 그림자 표면에 펨토초 레이저 빔을 초점을 맞추고있다. 또, 단발 제조 기계적 불안정성 등의 제조 결함으로는 면역한다. 나노 그러한 주기적 나노 크레이터는 1-D PHC 역할과 정지 대역에서 높은 투과율을 유지하면서 강력한 광대역 반사 있도록. 또한 나노 섬유에 apodized 결함 유도 PHC 공동을 제조하기 위해 나노 분화구 어레이의 프로파일을 제어하기위한 방법을 제시한다. 나노 섬유 기반 PHC 캐비티와 광 네트워크의 효율적인 통합 횡 방향 및 종 방향 양쪽 필드의 강한 제한은 나노 포토 닉 애플리케이션 양자 정보학의 새로운 가능성을 열고있다.
Introduction
나노 포토 닉 장치에서 빛의 강한 감금 광학 과학의 새로운 국경을 열었습니다. 현대 나노 기술 1 발진이 감지 광학 스위칭 애플리케이션 3의 1-D 및 2-D 광결정 (PHC) 새로운 잠재위한 공동의 제조를 사용할 수있다. 또한, 이러한 PHC 공동의 강한 빛 - 물질 상호 작용은 양자 정보 과학 4 새로운 길을 열었습니다. 그렇다 PHC 캐비티로부터 플라즈몬 nanocavities도 유망한 5, 6, 7에 도시 하였다. 그러나, 섬유 기반 통신 네트워크에 이러한 충치를 인터페이스하는 것은 도전 남아있다.
최근 몇 년 동안, 광학 나노 섬유로 알려진 서브 파장 직경과 테이퍼 단일 모드 광섬유, 유망 나노 포토 닉 장치로 떠오르고있다. 때문에 강한로나노 섬유 유도 필드와 주변 매질과 상호 작용하는 능력 횡 한정은 나노 널리 구성된 다양한 나노 포토 닉 애플리케이션 8 조사된다. 그 외에도에서, 그것은 또한 강력하게 조사하고 빛의 양자 조작에 구현 (9) 문제가된다. 나노 섬유 가이드 모드로 같은 양자 터, 단일 / 몇 레이저 냉각 원자와 단일 양자 도트에서 발광 효율 결합 연구, 10, 11, 12, 13, 14, 15이 증명되었다. 나노 섬유의 발광 물질의 상호 작용은 크게 나노 섬유 (16), (17) PHC 캐비티 구조를 구현함으로써 개선 될 수있다.
s의 주요 장점UCH 시스템 용이 통신 네트워크에 통합 될 수있는 섬유 - 라인 기술이다. 테이퍼 나노 섬유를 통해 99.95 %의 광 투과율은 18 증명되었다. 그러나, 나노 파이버 전송 먼지 오염에 매우 민감하다. 따라서, 종래의 나노 기술을 이용하여 나노 섬유에 PHC 구조체의 제조는 매우 유익한 아니다. 집속 이온 빔 (FIB) 밀링을 사용하는 나노 섬유의 제조가 캐비티 (19), (20), 증명되었지만 광학 품질 및 재현성은 높지 않다.
이 비디오 프로토콜에서는 펨토초 레이저 어블 레이션을 이용하여 나노 섬유에 PHC 공동을 제조하기 위해 최근에 증명 (21, 22) 기법을 제안한다. 날조는 나노 파이버와 irrad에 펨토초 레이저의 2 광속 간섭 패턴을 생성하여 수행하나의 펨토초 레이저 펄스를 iating. 나노 섬유의 렌즈 효과의 영향은 나노 섬유의 그림자 표면에 박리 크레이터 생성 그러한 기술의 가능성에 중요한 역할을한다. 전형적인 샘플의 경우, 점차적으로 50에서 다양한 직경 350 나노 미터와 함께 기간과주기적인 나노 분화구 - 550 nm의 - 1mm의 길이에 걸쳐 250 내지 450의 주위에 직경이 나노 섬유에 제조된다. 나노 그러한 주기적 나노 크레이터는 1-D PHC 역할. 또한 나노 섬유에 apodized 결함 유도 PHC 공동을 제조하기 위해 나노 분화구 어레이의 프로파일을 제어하기위한 방법을 제시한다.
높은 광학 품질을 유지할 수 있도록 이러한 나노의 주요 측면은 전체 광학 제조된다. 또한, 제조 기계적 불안정성 등의 제조 결함으로 면역 기술을 단지 하나의 펨토초 레이저 펄스의 조사에 의해 수행된다. 또한이 PHC 나노의 자체 생산을 가능하게오염의 가능성을 최소화 할 수 있도록 섬유 공동. 이 프로토콜은 다른 사람이 구현 및 나노 기술의 새로운 유형을 적용하기위한 것입니다.
도 1a는 제조 셋업의 개략도를 도시한다. 제조 설치 및 정렬 절차의 세부 사항은, (22) (21)에서 논의된다. 400 nm의 중심 파장 120 FS 펄스 폭이 펨토초 레이저는 위상 마스크에 입사된다. 위상 마스크는 0 ± 1 주문에의 펨토초 레이저 빔을 분할합니다. 빔 블록은 0 차 빔을 차단하기 위해 사용된다. 폴딩 거울 대칭 간섭 패턴을 생성하기 위해, 나노 섬유의 위치에 ± 1 주문 재결합. 상기 위상 마스크의 피치는 700 ㎚이며, 따라서 간섭 패턴은 350 nm의 피치 (Λ G)을 갖는다. 원통형 렌즈는 파이버 따라 펨토초 레이저 빔을 집중한다. 에서 빔 크기 (Y 축)및 (Z 축)을 따라 나노 파이버는 각각 60 ㎛ 내지 5.6 mm이다. 테이퍼 섬유는 섬유를 연신 압전 액츄에이터 (PZT)를 구비 한 홀더에 장착된다. 유리 접시와 상단 덮개는 먼지로부터 나노 섬유를 보호하는 데 사용됩니다. 테이퍼 섬유와 홀더는 번역 (XYZ) 및 회전 (θ) 단계가 장착 된 제조 벤치에 고정되어있다. θ-단계는 YZ 평면의 나노 섬유 샘플의 회전을 할 수 있습니다. 상기 X 스테이지는 XY- 및 XZ면을 따라 경사 각도를 제어 할 수있다. CCD 카메라는 나노 파이버로부터 20cm의 거리에서 상기 나노 파이버 위치를 모니터링하는 XY 평면에서 45 °의 각도로 배치된다. 모든 실험은 먼지없는 환경을 달성하는 HEPA (고효율 미립자 체포) 필터가 장착 된 깨끗한 부스 내부에서 수행된다. 먼지가없는 상태에서는 나노 파이버의 송신을 유지하는 것이 필수적이다.
그림 1B는 광학 측정의 회로도를 보여줍니다. 테이퍼 섬유에 광섬유 결합 형 광원과 고분해능 스펙트럼 분석기를 이용하여 송신되고 반사 된 빛의 스펙트럼을 측정 : - 제조 동안에, 광학 특성 간단히 광대역 (900 내지 700 nm 파장 영역)을 실행하여 모니터링된다. 파장 가변 CW 레이저 소스 적절히 캐비티 모드를 해결 절대 캐비티 전송을 측정하기 위해 사용된다.
우리는 제조 및 특성에 대한 프로토콜을 제시한다. 프로토콜 섹션은 세 개의 하위 섹션, 제작 된 샘플의 나노 섬유 제조, 펨토초 레이저의 제조 및 특성에 분할된다.
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Protocol
주의 : 안전 안경을 착용하고 엄격하게 직접 UV 램프에 노출과 펨토초 레이저를 포함한 모든 레이저를 피하십시오. 오염을 방지하기 위해 클린 룸 슈트와 장갑을 착용 할 것. 지정된 쓰레기통에서 제대로 모든 섬유 쓰레기를 폐기 할 것.
1. 나노 섬유의 제조
- 200mm 의해 분리 된 두 위치에서 5 mm의 길이를위한 단일 모드 광섬유의 폴리머 재킷 스트립 섬유 코팅 스트리퍼를 사용한다. 클린 룸을 사용하여 두 기계적으로 제거 부분이 메탄올에 담근 닦아 청소합니다. 아세톤이 두 박탈 부분 사이의 섬유를 찍어. 섬유의 재킷이 붕괴까지 15 분 - 10 기다립니다. 아세톤에서 섬유를 가지고 메탄올에 담근 와이프 클린 룸을 사용하여 전체 벗겨진 부분을 청소합니다.
- 나노 섬유를 제조하는 광학 나노 섬유 제조 장비 (ONME)의 두 단계에서 제거 섬유를 설정합니다.
- 섬유에 프로브 레이저를 실행하고 transmissio을 모니터링N 개의 포토 다이오드를 이용하여 ADC 카드를 사용하여 컴퓨터에서의 송신 데이터를 기록한다. ONME 소프트웨어를 이용하여 상기 가스 유동을 시작하고 불꽃을 점화. 500nm의 허리 직경 테이퍼 섬유의 제조를위한 ONME 소프트웨어에서 미리 최적화 된 파라미터를로드하고 제조 공정을 시작한다.
주 : ONME 표준 열 풀 기법을 사용하여 테이퍼 진 광섬유를 제조하기위한 시판되는 장치이다. 그것은 섬유를 뽑아 섬유와 두 개의 모터 스테이지를 가열하는 불꽃 산수소 사용합니다. 가스 흐름 및 스테이지 동작은 컴퓨터 프로그램에 의해 제어된다. 사전에 최적화 된 매개 변수는 특별 요청에 따라 공급 업체로부터 얻을 수있다.
- 섬유에 프로브 레이저를 실행하고 transmissio을 모니터링N 개의 포토 다이오드를 이용하여 ADC 카드를 사용하여 컴퓨터에서의 송신 데이터를 기록한다. ONME 소프트웨어를 이용하여 상기 가스 유동을 시작하고 불꽃을 점화. 500nm의 허리 직경 테이퍼 섬유의 제조를위한 ONME 소프트웨어에서 미리 최적화 된 파라미터를로드하고 제조 공정을 시작한다.
- 제조 후, UV 경화 에폭시를 이용하여 나노 파이버 홀더 테이퍼 섬유 타기. 합니다 (그림 1a 참조) 유리 접시와 상단 덮개를 사용하여 나노 섬유 홀더를 커버. 깨끗한 상자 안에 샘플을 넣고 펨토초 라로 전송산이 제조 장치.
2. 펨토초 레이저 제작
- 제조 설정의 정렬
- 15mm의 높이로 제작 벤치 유리판을 넣어. 1 mJ의 펄스 에너지를 5 초 동안 펨토초 레이저를 조사. 백색광 세대 절제를 유도 펨토초 레이저 및 유리 접시에 손상을 줄뿐만 절제 패턴의 모양을 확인합니다.
- 제조 벤치의 X 스테이지를 사용하여 유리 기판의 높이를 변경하는 절차를 반복한다. 각각의 제조를위한, 새로운 위치에 제작을 위해 1mm로 제작 벤치 Y 스테이지 변환.
- 강한 절제 라인의 높이를 찾을 수 있습니다. 이 위치에서 미세 조정 폴딩 미러 중 하나의 틸트 각도와 위치를 박리를 최대화한다. 또한, 미세 조정 제조 벤치의 X-단계의 기울기는 절제을 극대화한다.
주 : 폴딩 미러의 경사각도가 USI를 튜닝키네마 틱 미러 홀더 조정 노브와 미러의 위치를 ng를하는 실장되는 Z 스테이지를 변환함으로써 조정된다. - 최적화 후, CCD 카메라 소프트웨어에서 절제 라인의 위치를 표시하고 유리판을 제거한다.
주 : CCD 카메라의 제어 소프트웨어는 캡처 된 이미지에 대한 이미지 포착 및 도면 표시를 가능하게한다. 또한, 상기 캡쳐 이미지와 표시의 데이터를 저장할 수있다. 제조 벤치의 X 스테이지가 절대 위치의 기준을 가지고 있지 않기 때문에, CCD 이미지는 X 축의 위치를 기준으로서 사용된다. 이 CCD 이미지의 해상도, 픽셀 당 10 μm의 것이다. - 백금 (PT) -coater를 사용하여, 피막 (60)들에 대한 유리판의 유리판의 Pt 25 nm의 층을 증착한다. 이미지 사형 전자 현미경 (SEM)을 이용하여 유리판에 절제 패턴. 절제 패턴은 350 nm의 기간 (예상되는 간섭 무늬 패턴) 알와주기적인 구조를 표시하는 경우ignment이 최적화되어 있습니다. 주기적인 절제 패턴을 볼 때까지 낮은 펄스 에너지 (300 μJ에 이르기까지)에 대한 - 그렇지 않은 경우 (2.1.4 단계 2.1.1에서) 절차를 반복합니다.
- apodized PHC 공동의 제작
- CCD 카메라에 표시된 절제 라인과 거의 평행 제조 벤치에 테이퍼 섬유를 놓습니다.
- 테이퍼 섬유를 통해 프로브 레이저 (전력 = 1 mW의)을 전송하고 CCD 카메라에 테이퍼 섬유에서 산란을 관찰합니다. 강한 산란 부분 인해 서브 파장 직경에 나노 영역에 대응한다.
- CCD 카메라에 표시된 박리 선 위치로 나노 파이버의 중심을 제조 벤치 Z 스테이지 번역.
- 프로브 레이저를 끄고 최소 펄스 에너지 (<10 μJ)로 펨토초 레이저를 조사. 펨토초 레이저 빔을 나노 겹쳐 Y 스테이지 번역. 오버랩은 나노, OBS의 조명에 의해 식별되고CCD 카메라에 erved.
주 : 나노 이제 펨토초 Y를 따라 레이저 빔 및 Z 축에 대하여 정렬된다. - 절제 라인 위치로 나노 파이버 위치를 중첩하도록 X 스테이지를 X 축에 따른 나노 파이버를 정렬 변환하기 위해 CCD 카메라의 표시.
- 펨토초 레이저와 나노 섬유의 중복을 극대화 할 수있는 Y 스테이지를 번역합니다. 나노 섬유에서 두 개의 첫 주문의 반사를 관찰합니다 (상단 덮개의 유리 접시에 두 밝은 점으로 표시). 앞뒤로 Y 스테이지를 번역하면서이 반사 지점의 움직임을 관찰한다.
참고 :이 장소는 한쪽으로 이동할 경우, 나노 섬유는 절제 라인에 평행하지 않습니다. 이 경우, 박리 라인에 나노 평행하게 회전 스테이지를 회전한다. 그들은 평행 할 때, 반사 반점은 플래시로 표시됩니다. - 절제 라인에 나노 평행하게 한 후,를 최대화하기 위해 Y 스테이지 번역테이퍼 섬유의 끝에서, 포토 다이오드를 사용하여 나노 섬유 안내 모드 내로 분산 펨토초 레이저의 파워를 측정함으로써, 펨토초 레이저 빔과 나노 파이버 사이에 중첩된다. 중복을 극대화 한 후, 제조 θ = 0.5 도의 각도로 회전 무대를 돌립니다.
주 : 펨토초 레이저 빔과 나노 파이버 사이의 최대 오버랩 들어, 하나의 나노 안내 모드 내로 분산 펨토초 레이저 광의 전력이 최대화 될 것으로 예상된다. - 전력계로 펨토초 레이저를 차단 mJ을 0.27으로 펄스 에너지를 설정한다. 단일 샷 조사 모드로 펨토초 레이저 설정을 변경합니다.
주 :이 모드에서는 단지 하나의 펄스가 그렇지 않으면 레이저 출력이없는 불 스위치를 누를 때 발생한다.- 레이저 빔 경로에서 전력 미터를 분리 한 펨토초 레이저 펄스를 발생. 이는 제조 공정을 완료한다.
- Fabricati결함에 의한 PHC 공동의에
- 섹션 2.1에 설명 된대로 유리 접시에 절제를 관찰하여 설치의 정렬을 확인합니다. 강한 박리 라인 높이를 찾은 후, 단지 위상 마스크 전에 레이저 빔의 중심에 0.5 mm의 구리 와이어를 삽입한다. 구리 배선은 Y 축을 따라 (박리 선에 수직 인)되어야한다.
- Z 축을 따라 구리 와이어의 위치를 변경하면서 유리 기판의 박리 패턴을 확인한다. 절제 패턴 박리 라인의 중앙에 하나의 갭을 표시 할 때 구리 와이어의 위치를 고정한다.
- 정렬 후, 2.2 절에 설명 된 절차에 따라 나노 섬유의 펨토초 레이저 가공을 수행합니다. 이 제조를 들어, = 0 °의 θ하기 위해 제작의 각도를 설정합니다.
제작 된 샘플 3. 특성
- 광학 특성의 측정
- 준비 선생도 1b에 도시 된 바와 같이, 광 측정 TUP. 테이퍼 섬유에 광대역 광원을 시작 전과 스펙트럼 분석기를 이용하여 제작 한 후, 투과 및 반사 스펙트럼을 측정한다. 제작 한 후, 투과 스펙트럼은 샘플 제조의 브래그 공진에 대응하는 스톱 밴드를 표시한다.
- 편광를 선택하고 두 개의 직교 편광의 X-POL 및 Y-POL의 스펙트럼을 취할 섬유 인라인 편광판의 패를 돌립니다.
참고 : (나노 분화구를 따라 편광)을 X-폴은 정지 대역은 블루 시프트 (21) (짧은 파장으로)입니다 및 나노 섬유의 산란이 강한 것입니다. 그래서, 스펙트럼 CCD 카메라를보고 편광을 선택합니다. - 편광 중 하나, (도 1b에 도시 됨)를 이용하여 PZT 테이퍼 섬유를 연신하여 투과 스펙트럼을 취. 들에 의해 스펙트럼을 가지고20 μm의 최대 연신 길이까지 2 μm의 단계에 테이퍼 섬유를 tretching합니다 (PZT 스캔 범위에 의해 제한). 브래그 공명이 적색 편이 테이퍼 섬유를 연신하여 (긴 파장으로) 될 것으로 관찰한다. 이러한 스펙트럼으로부터, 길이의 단위 연신 브래그 공명 시프트를 계산한다.
- 캐비티 모드를 해결 절대 캐비티 전송을 측정하기위한, 가변 CW 레이저 소스를 사용한다. 테이퍼 섬유에 레이저를 발사하고, 포토 다이오드를 사용하여 송신을 모니터링한다.
- Y-POL 대한 정지 대역의 적색 측 가장자리 레이저 파장을 설정하고, 송신을 최소화하기 위해 섬유 인라인 편광자를 사용한다. 이러한 방식으로, X-POL 성분 억제 만 Y-POL 선택된다. 20 μm의 - 0에서 테이퍼 섬유를 스트레칭하는 동안 더 빨강 측 대역 가장자리의 출력 및 전송을 기록하기 위해 레이저 파장을 설정합니다.
- 레이저 wavel을 변경함으로써 측정을 반복전체 정지 대역이 덮여 때까지 0.3 나노 미터의 단계에 블루 측에 ength. 이들 데이터로부터, 단계 3.1.3에서 측정 된 길이를 연신 단위당 공진 시프트에 대한 데이터를 이용하여 전체 스펙트럼을 재구성.
참고 : 20 μm의 공동 모드 0.05 사이의 일반적인 무료 스펙트럼 범위에서 테이퍼 섬유 스트레칭으로 2 nm의에 의해 공동 모드 변화와 함께 전형적인 샘플, 정지 대역 (브래그 공명) 용 - 0.5 nm의. 테이퍼 섬유를 연신하여 4 캐비티 모드 - 입력 레이저의 특정 파장에 대한 하나 이상의 셋을 측정 할 수있다. 모드 사이의 주파수 간격은 단계 3.1.3에서 측정 된 길이를 연신 단위 공진 시프트의 데이터로부터 추정된다. 적어도이 0.3 nm 인 단계의 레이저 파장을 변경함으로써 측정을 반복 - 연속 3 캐비티 모드는 연속적인 측정에 다시 측정한다. 하나는 매트 동안 연속 측정을 위해 송신 데이터를 오버레이하여 전체 스펙트럼을 재구성 할재 측정 된 캐비티 모드 칭 위치.
- 레이저 wavel을 변경함으로써 측정을 반복전체 정지 대역이 덮여 때까지 0.3 나노 미터의 단계에 블루 측에 ength. 이들 데이터로부터, 단계 3.1.3에서 측정 된 길이를 연신 단위당 공진 시프트에 대한 데이터를 이용하여 전체 스펙트럼을 재구성.
- 지금 단계 3.1.5 및 3.1.5.1에 언급 한 바와 같이 유사한 과정을 사용하여 다른 편광에 대한 스펙트럼을 측정한다.
- 제작 된 샘플을 이미징
- 2 ㎝ 길이 금속판 제조 된 샘플을 넣고, UV 경화 에폭시를 사용하는 금속판에 테이퍼 광섬유의 양단을 고정한다. 샘플의 사출 측 그림자 측 결상되도록 금속판 대향 확인.
- 30 초 동안 코팅 샘플을 백금 코터를 사용하여 약 10 nm 두께의 Pt 층을 증착. 주사 전자 현미경으로 샘플을 놓습니다. 전체 제작 영역에 걸쳐 모든 0.1 mm의 시료의 SEM 이미지를 가져 가라.
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Representative Results
도 2는 제조 된 나노 섬유 샘플의 대표적인 부분의 SEM 화상을 나타낸다. 이는 주기적 나노 크레이터 간섭 줄무늬에 잘 대응하는 350 ㎚의 주기로, 나노 섬유의 그림자 측에 형성되어 있음을 보여준다. 삽입 된 샘플의 확대도를 나타낸다. 나노 크레이터 형상은 거의 원형이며, 전형적인 나노 구멍의 직경은 약 210 ㎚이다.
도 3a는 apodized PHC 공동 용 제조 한 결과를 나타낸다. 다른 조립 각도 (θ) 및 펄스 에너지에 해당하는 나노 섬유의 직경과 함께 나노 분화구 어레이의 전형적인 프로파일은 나타낸다. 원은 나노 구멍 직경을 표시하고, 사각형은 대응하는 나노 섬유의 직경이다. 선은 가우스가 프로필에 적합하다. 샘플 FABRI에 검은 색과 녹색의 대응에 표시된 데이터θ = 0 °로 cated 각각 0.35 및 0.17 mJ의 펄스 에너지를 사용. θ로 제작 된 샘플에 빨간색과 파란색 대응에 표시된 데이터 = 각각 0.35 및 0.27 엠제이의 펄스 에너지를 사용하여 0.5 ℃,. 하나 볼 수 있듯이 나노 크레이터는 나노 파이버의 직경이 균일 한 나노 섬유를 따라 2-3mm의 길이에 걸쳐 형성되어있다. 나노 구멍 직경 아포 디제이은 펨토초 레이저 빔의 가우시안 강도 분포에 대응하는 관찰된다. 나노 분화구의 지름이 약한 펄스 에너지 감소된다는 것은 명확하게 알 수있다. 또한, 나노 크레이터의 아포 디제이 프로파일의 폭은 제조의 각도를 증가시킴으로써 감소된다.
결함 유도 PHC 공동의 제조 결과는도 3b에 도시된다. 이중 피크 형 프로파일이 관찰된다. 직경의 점진적 변화는 diamete 반면, 피크의 외부 가장자리에서 관찰된다 r은 피크의 안쪽 가장자리에 빠른 속도로 변경되었습니다. 아니오 나노 크레이터 0.5 mm의 결함 영역은 두 피크 사이 관찰된다. 상기 결함 영역의 길이는 펨토초 레이저에 삽입 된 구리선의 두께와 잘 대응한다.
도 4는 직경 프로파일도 3a에 파란색으로 표시되는 apodized PHC 캐비티 샘플 투과 스펙트럼을 나타낸다. 도 4a 및는 각각 X 및 Y 편광에 대한 통상적 인 전송 스펙트럼을 보여 4b는. 전송이 몇 %로 떨어 798.8 nm의, -는 X-POL의 스펙트럼은 793.7에서 정지 대역 영역을 보여줍니다. POL은 Y의 정지 대역은 X-POL 비교 레드 어긋나 넓다. 정지 대역의 붉은 측에서 관찰 날카로운 봉우리는 공동 모드입니다. 일반적인 공동 모드의 기교와 피크 전송은 표 1에 나열되어 있습니다.
1 ">도 5a :"fo를하기 =-together.within 페이지를 유지 "각각 X 축과 Y 편파의 결함에 의한 PHC 공동의 전송 스펙트럼을 보여 5b는 사람이 볼 수 있듯이, 날카로운 공동 모드가 나타납니다. 어느 정지 대역의 측면. 그러나, 청색 쪽의 모드 간격은 스펙트럼의 적색면에서보다 훨씬 크다. 전형적인 캐비티 모드 기교 피크 전송은 표 1에 요약되어있다.
그림 1 : 실험의 도식 다이어그램. 제조 설정의 (a)는 개략도. 두 빔의 간섭 패턴을 상기 빔 스플리터 및 두 개의 폴딩 미러 (자세한 내용은 텍스트 참조) 위상 마스크를 이용하여 나노 섬유에 생성된다. 원통형 렌즈는 파이버 따라 펨토초 레이저 초점 일렬로 사용된다. 0 차 BLOCK는 상기 간섭 영역의 잔류 0 차 광을 방지하기 위해 사용된다. 포토 다이오드는 나노 유도 모드로 펨토초 레이저의 산란을 관찰 테이퍼 광섬유의 일단에 접속된다. CCD 카메라는 나노 파이버 위치를 모니터링하는 데 사용된다. (b)의 광학 특성의 측정을위한 개략도. 제조 된 나노 섬유 샘플의 투과 및 반사 스펙트럼을 동시에 입력 광의 편광을 변화시킴으로써 측정된다. PHC, PZT, NPBS 및 SA는 각각 빔 스플리터와 스펙트럼 분석기 nonpolarizing, 포토 닉 결정, 압전 액츄에이터를 나타낸다. 이 그림은 21에서 수정되었습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
인터넷gure 2 : 조립식 샘플의 SEM 이미지. 일반적인 샘플의 SEM 이미지를 싱글 샷 조사하여 제조. 삽입 된는 확대보기를 보여줍니다. 주기적 나노 분화구 구조는 나노 섬유의 그림자 측에서 관찰된다. 이 그림은 21에서 수정되었습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 3 : 제조 방법의 간단한 도식과 함께 나노 섬유에 나노 분화구 배열의 직경 프로필. (a)는 apodized PHC 공동의 직경 프로필. 원은 나노 구멍 직경을 표시하고, 사각형은 대응하는 나노 섬유의 직경이다. 선은 가우스가 프로필에 적합하다. BLA에 도시 된 데이터θ = 0 °로 제작 된 샘플에 대한 대응 CK 및 녹색 각각 0.35 및 0.17 mJ의 펄스 에너지를 사용. 각각 0.35 및 0.27 mJ의 펄스 에너지를 이용하여, θ = 0.5 ℃로하여 제조 된 샘플을 적색 및 청색에 대응에 도시 된 데이터. (b) 상기 결함 유도 PHC 캐비티의 직경 프로파일은 0.4 mJ의 펄스 에너지를 이용하여 제조. 청색 원과 검은 색 사각형은 각각 나노 분화구 직경 및 나노 섬유의 직경을 나타낸다. 이 그림은 22에서 다시 사용됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 4 : Apodized PHC 구멍의 전송 스펙트럼. (a) X에 대한 apodized PHC 공동의 투과 스펙트럼-pol 및 (b) Y-POL. 의 부품 파란색 상자로 표시 스펙트럼, 확대 및 세트에 표시됩니다. 이 그림은 22에서 다시 사용됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 5 : 결함에 의한 PHC 구멍의 전송 스펙트럼. (a) X-POL 및 (b) Y-POL위한 결손 유도 PHC 공동의 투과 스펙트럼. 파란색 상자로 표시 스펙트럼의 부분은 확대하고 세트에 표시됩니다. 이 그림은 22에서 다시 사용됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
| 그림 | 방법 | 에프 | T [%] | FSR [cm-1] | L [mm] |
| 도 4 (a) | (1,2,3) | (71, 39, 16) | (33, 87, 93) | 7.94 | 0.54 |
| 도 4 (b) | (1,2,3) | (500, 27, 11) | (21, 30, 73) | 3.94 | 1.09 |
| 도 5 (a) | (1,2,3,4) | (198, 115, 50, 21) | (25, 39, 64, 83) | 3.34 | 1.28 |
| (A, B, C, D) | (86, 63, 48, 20) | (26, 56, 73, 90) | 1.58 | 2.71 | |
| 도 5의 (b) | (1,2,3,4) | (178, 104, 43, 22) | (17, 39, 65, 93) | 1.36 | |
| (A, B, C, D) | (48, 44, 24, 22) | (20, 38, 56, 87) | 1.25 | 3.43 |
표 1 : 일반 구멍 모드의 광학 특성. 이 테이블은도 4a,도 4b,도 5a에 표시된 전형적인 캐비티 모드의 광학 특성을 요약 5B. F, T, FSR, 및 L 각각의 기교 나타내고, 피크 전송 모드 간격 추정 공진기 길이. 이 테이블은 22에서 다시 사용됩니다.
추가 파일 1 : ONME 설정의 사진. 이 파일을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.
SupplementaL 파일 2 : 펨토초 레이저 제작 설정의 사진. 이 파일을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.
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Discussion
나노 섬유의 렌즈 효과의 영향 (도 2 참조)하여 나노 섬유의 그림자 표면에 나노 크레이터 만드는 제조 기술에서 중요한 역할을한다. 나노 섬유의 렌즈 효과 효과는 폭 방향 (Y 축)에 기계적 불안정성 견고한 제조 공정을 만든다. 조사 시간은 단지 120 FS (즉, 펄스 폭)는 더욱이 의한 단발 조사에 다른 축을 따라 불안정성 제조에 영향을주지 않는다. 그 결과, 잘 정의 된주기와주기적인 나노 구조는 기계적 진동을 억제하기 위해 특별한주의를 복용하지 않고, 기간의 수천을 통해 제조된다.
FIB 밀링, 전자빔 리소그래피에도 펨토초 레이저 어블 같은 많은 나노 기술은 포인트 별 제조를 구현한다. 포인트 별 포인트 제작은 물론 엄격한 샘플, 기계적 역에 적합부 합성을 보장 할 수 있습니다. 테이퍼 섬유는 임의의 경질 기판을 건드리지 않고 걸려 유지되면 광 나노 파이버의 경우, 다음 기계적 불안정성은 제조 공정에 영향을 미친다. 나노 섬유가 기판의 에칭 기판 자체 또는 인한 오염 후 경질 기판 상에 배치되어 있으면 한편, 광학 품질을 저하시킬 수있다. 특히, FIB 밀링 기술에 대한 추가의 단점으로 인해 이온 빔 자체의 오염에 의한 나노 물질과 변성 효과를 충전 기계적인 불안정성이다. 따라서, 프로토콜은 여기에 나노 단발 광학 제조에 제시된 포인트 별 제조하는 것이 바람직하다. 그러나, 포인트 별 제조는 나노 섬유에 임의의 패턴을 제조하는 것은 필수적이다 일부 응용 프로그램 바람직 할 수있다.
프로토콜에서 하나의 중요한 단계는 제조 설정의 정렬입니다. 잉글랜드 축구 협회 때문에brication 120 FS의 펄스 폭이 펨토초 펄스에 의해 수행되며, ± 1 명령 사이의 광로 길이 차이는 23 공간적 중첩을 보장하기 위해 최소화되어야한다. 경로 길이의 차이는 상기 간섭 무늬의 시인성을 확보하기 위해 36 μm의 미만이어야한다. 따라서, 위치 및 폴딩 거울의 경사각을 정밀하게 제어되어야한다. 나노 섬유를 따라 펨토초 레이저 빔의 크기는 5.6 mm이지만 간섭 영역은 펄스의 공간적 겹침에 의해 한정 X 축을 따라 1 mm 미만이다. 또한, 펨토초 레이저 빔을 정확하게 위상 마스크는 위상 마스크 평행해야 제조 작업대에 수직 인 입사 처리 될 것이다. 10 MRAD이라도 경사 간섭 무늬를 세척하기에 충분한 경로 길이 차이를 유도 할 수있다. 마지막으로, 원통형 렌즈의 축이 상기 위상 마스크상의 라인에 정확하게 직교한다. 그렇지 않으면 것 전일비CE 라인 사이의 회전 각도는 이들 사이의 오버랩을 감소 ± 1 오더 집중.
성공적인 제조에 대한 또 다른 중요한 요구는 고품질의 나노 섬유의 제조이다. 높은 기교 공동 모드를 얻으려면, 원래의 나노 섬유 전송은> 95 %이어야하며 먼지 나 오염물이 없어야합니다. 나노 섬유에 대한 모든 오염은 비 재현 제작의 결과로 불규칙한 강도 패턴을 유도하고 심지어 나노 섬유를 중단 할 수 있습니다. 나노 섬유의 품질은 CCD 카메라 관찰 도파 모드의 높은 투과율과 산란 패턴으로부터 판정된다.
입사광의 98 % 이상을 반사 및 투과되어도 4 및도 5에 표시 스톱 밴드 영역에 도시 된 전송 스펙트럼은 몇 %로 떨어진다. 정지 대역에서 멀리 전송은 약 100 % 제조는 상당한 손실을 유발하지 않는다는 것을 보장하는 것입니다나노 섬유의 광학 품질을 유지합니다. 또한, 정지 대역 내부 (표 1에 나열) 관찰 된 높은 기교 캐비티 모드는 상기 제조의 품질을 보장한다. 정지 대역은 당 나노 파이버의 주기적 나노 크레이터에서 브래그 반사에 이해된다. 브래그 공명 (λ의 R = 2N EFF Λ G)는 가이드 모드와 간섭 줄무늬의 피치 (Λ G)의 유효 인덱스 (n 개의 EFF)에 의존한다. 이 프로토콜에 제시된 데이터, 정지 대역은 800 nm의 파장 주위에 관찰된다. 정지 대역 캐비티 모드 테이퍼 섬유를 연신하여 10 내지 15 nm를 초과 조정될 수있다. 그러나, 상기 공진 파장을 변경 한 다른 N 개의 EFF 실현하거나 다른 Λ G을 실현하기 위해 위상 마스크를 변경하는 나노 섬유의 직경을 변경해야한다.
표 1에 나열된 피네스 캐비티 모드 중에서30 범위의 값 - (500)를 실현할 수있다. 때문에 나노 섬유 가이드 모드의 강한 횡 구속에, 높은 협동성은 / 퍼셀 인자 (16) 값 등의 기교 예상된다. 이러한 섬유 기반 PHC 공동의 필드의 강한 제한과 함께 광대역 조정 기능은 나노 포토닉스에서 양자 정보 과학에 이르기까지 다양한 응용 프로그램에 대한 높은 수요를 제공합니다.
결론적으로 펨토초 레이저 어블 레이션을 유도하여 파장 이하 직경의 실리카 섬유에 1D PHC 공동을 제조하는 프로토콜을 제시 하였다. 이러한 제조 방법은, 마이크로 / 나노 파이버의 다양한 나노 포토 닉 장치를 확인하도록 구현 될 수 있고, 다른 나노 제조 공정에 적용 할 수있다.
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Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Femtosecond Laser | Coherent Inc. | Libra HE | |
| Phase Mask | Ibsen Photonics | Custom Made | |
| Optial Nanofiber Manufacturing Equipment | Ishihara Sangyo | ONME | |
| ADC Card | PicoTech | ADC-24 | |
| Single mode fiber | Fujikura | FutureGuide-SM | |
| Broadband source | NKT Photonics | SuperK EXTREME | |
| CW Tunable Laser | Coherent Inc. | MBR-110 | |
| Spectrum analyser (Transmission spectrum) | Thermo Fisher Scientific | Nicolet 8700 | |
| Spectrum analyser (Reflection spectrum) | Ocean Optics | QE65000 | |
| CCD Camera | Thorlabs | DCC1545M | |
| Power Meter | Thorlabs | D3MM | |
| Pt-Coater | Vacuum Device Inc. | MSP-1S | |
| Scanning Electron Microscope | Keyence | VE-9800 | |
| UV Curable Epoxy | NTT-AT | AT8105 | |
| Photodiode | ThorLabs | PDA 36A-EC | |
| Clean room wipe | TExWipe | TX-404 | |
| Fiber coating stripper | NTT-AT | Fiber nippers 250 μm | |
| Cover glass | Matsunami Glass IND,LTD | NEO micro cover glass 0.12-0.17 mm | |
| PZT | NOLIAC | NAC 2011-H20 | |
| Cylindrical lens stage | NewPort | M-481-A | |
| Y,Z stages | Chuo Precision Industrial Co., LTD. | LD-149-C7 | |
| Rotation stage | SIGMA KOKI | KSPB-1026MH | |
| Z-stage(1), Z-stage(2) | NewPort | M-460P |
References
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