Summary
En protokoll for fabrikasjon og optisk karakterisering av dielektrisk metasurfaces presenteres. Denne metoden kan brukes til fabrikasjon av ikke bare bjelke splitter, men også av generelle dielektrisk metasurfaces, som linser, hologrammer, og optiske kapper.
Abstract
Den fabrikasjon og karakterisering protokollen for en metasurface stråle splitter, slik at lik-intensitet strålen generasjon, er demonstrert. Hydrogenert amorfe silisium (a-si: H) er avsatt på smeltet silika underlaget, ved hjelp av plasma-forbedret kjemisk damp deponering (PECVD). Typisk amorfe silisium avsatt av fordampning forårsaker alvorlig optisk tap, impinging operasjonen ved synlige frekvenser. Hydrogen atomer inne i amorfe silisium tynn film kan redusere strukturelle defekter, forbedre optisk tap. Nanostrukturer av noen få hundre nanometer er nødvendig for drift av metasurfaces i de synlige frekvensene. Konvensjonelle Foto litografi eller direkte laser skriving er ikke gjennomførbart når fabrikere slike små strukturer, på grunn av Diffraksjon grensen. Derfor er elektronstråle litografi (EBL) benyttet for å definere en krom (CR) maske på tynn film. Under denne prosessen, den eksponerte motstå er utviklet ved en kald temperatur for å forsinke den kjemiske reaksjonen og gjøre mønsteret kantene skarpere. Til slutt, a-si: H er etset langs masken, ved hjelp av Induktivt kombinert plasma-reaktiv ion etsing (ICP-Rite). Den viste metoden er ikke gjennomførbart for stor skala fabrikasjon på grunn av den lave gjennomstrømningen av EBL, men det kan forbedres ved å kombinere det med nanoimprint litografi. Det fabrikasjon apparat er kjennetegnet av en tilpasses optisk setup bestå av en laser, polarisator, linsen, makt meter, og belaste-forente apparat (CCD). Ved å endre laser bølgelengden og polarisering er Diffraksjon egenskaper målt. Den målte diffracted strålen krefter er alltid like, uavhengig av hendelsen polarisering, samt bølgelengde.
Introduction
Metasurfaces bestående av to-dimensjonal subwavelength antenne arrays har vist mange lovende optiske funksjoner, for eksempel akromatisk linser1,2, hologrammer3,4,5 ,6og optisk kapper7. Konvensjonelle store optiske komponenter kan erstattes med ultratynne metasurfaces samtidig som de opprinnelige funksjonene opprettholdes. For eksempel er en stråle splitter en optisk enhet som brukes til å skille en hendelse stråle i to bjelker. Typiske bjelke splitter er laget ved å kombinere to trekantede prismer. Siden deres grensesnittegenskaper bestemme strålen splitting egenskaper, er det vanskelig å redusere den fysiske størrelsen uten funksjonell degradering. På den andre side, ultratynne stråle splitter kan innsett med metasurfaces kodet med en ettall-dimensjonal lineær Phase gradient8,9. Tykkelsen av metasurfaces er mindre enn deres arbeids bølgelengder, og separasjon Egenskaper kan styres av fase fordelingen.
Vi laget en metasurface bjelke splitter som kan generere like intensitet bjelker uavhengig av hendelsen polarisering statene10. Denne karakteristiske kommer fra et Fourier-hologram. På grunn av bildet av to hvite prikker på en svart bakgrunn, er generert hologram fra metasurface det samme som det kodede bildet. Fourier-hologram har ikke en spesifikk brennvidde, slik at det kodede bildet kan observeres i hele rommet bak metasurface11. Hvis det samme to-spot bildet genereres bak metasurface, fungerer det også som en stråle splitter. Den Fourier hologram av metasurface skaper en invertert bilde, som kalles en tvilling bilde, med hensyn til ortogonale polarisering statene. Det doble bildet anses vanligvis som støy. Den to-spot bilde kodet i denne metasurface er imidlertid opprinnelse-symmetrisk, noe som resulterer i en perfekt overlapping av den opprinnelige og doble bilder. Siden noen polarisering stater kan representeres av en lineær kombinasjon av høyrehendt (RCP) og venstrehendt (LCP) sirkulær polarisasjonene, enheten som er beskrevet her viser polarisering-uavhengig funksjonalitet.
Her presenterer vi en protokoll for fabrikasjon og optisk karakterisering av dielektrisk metasurfaces muliggjør like intensitet stråle generasjon. Fase fordelingen for denne enheten hentes fra Gerchberg-Saxton (GS) algoritmen, som vanligvis brukes for fase bare hologrammer12. a-si: H av 300 NM tykk er avsatt på smeltet silika underlaget, ved hjelp PECVD. En CR maske er definert på a-si: H film, ved hjelp EBL. Maske mønsteret tilsvarer fase fordelingen som er avledet fra GS-algoritmen. ICP-Rite utnyttes til å etse a-si: H-filmen langs CR masken. Resten av CR masken er fjernet av CR etsemiddelet avslutte prøven fabrikasjon. Den optiske funksjonaliteten til fabrikkert metasurface er karakterisert ved hjelp av en tilpasset optisk oppsett. Når en laserstråle er hendelsen til metasurface, er overført strålen delt inn i tre deler, nemlig to diffracted bjelker og en zeroth-Order Beam. De diffracted bjelkene avviker fra en forlengelse av hendelsen strålen banen mens zeroth-Order strålen følger den. For å verifisere funksjonaliteten til denne enheten, målte vi strålen strøm, stråle profil, og diffracted vinkel ved hjelp av en kraftmåler, CCD, og vinkelmåler, henholdsvis.
Alle fabrikasjon prosesser og materialer som brukes er optimalisert for målet funksjonalitet. For synlige arbeids frekvenser bør de enkelte antenne størrelsene være noen få hundre nanometer, og selve materialet bør ha et lavt optisk tap ved synlige bølgelengder. Bare noen få typer fabrikasjon metoder gjelder når definere slike små strukturer. Typiske Foto litografi, så vel som direkte laser skriving, er i stand til fabrikasjon på grunn av Diffraksjon grensen. Fokusert ion bjelke fresing kan brukes, men det er kritiske spørsmål om Gallium forurensning, mønster design avhengighet og langsom prosesshastighet. Praktisk talt, EBL er den eneste måten å lette fabrikasjon av metasurfaces arbeider ved synlige frekvenser13.
Dielektriske er vanligvis foretrukket på grunn av uunngåelig ohmsk tap av metaller. Den optiske tap av a-si: H er lav nok for vårt formål. Selv om det optiske tapet av a-si: h er ikke så lavt som lav-tap dielektriske som titandioksid1,4 og krystallinsk silisium14, fabrikasjon av a-si: H er mye enklere. Typiske fordampning og sputtering prosesser er ikke i stand til deponering av en a-si: H film. PECVD er vanligvis nødvendig. Under PECVD prosessen, noen hydrogenatomer fra SiH4 og H2 gasser er fanget blant silisium atomer, noe som resulterer i en a-si: H film. Det er to måter å definere a-si: H mønstre. Den ene er deponering av a-si: H på en mønstret photoresist, etterfulgt av lift-off prosessen, og den andre er ved å definere en etsing maske på a-si: H film, etterfulgt av etsing prosessen. Den førstnevnte er godt egnet til fordampning prosesser, men det er ikke lett å sette inn a-si: H film ved hjelp av fordampning. Derfor er sistnevnte den optimale måten å lage a-si: H mønstre. CR brukes som etsing maske materiale på grunn av sin høye etsing selektivitet med silisium.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. fabrikasjon av dielektrisk metasurface
- Forrengjøring av en smeltet silika substrat
- Forbered en dobbel-side polert, smeltet silika-substrat (lengde: 2 cm; bredde: 2 cm; tykkelse: 500 μm).
- Senk det smeltet silica-underlaget i 50 mL av aceton og gjennomfør lyd behandlingsprosessen i 5 minutter ved 40 kHz.
- Dypp underlaget i 50 mL 2-propanol (IPA) og gjennomføre sonikering i 5 minutter ved 40 kHz.
- Skyll underlaget med IPA og blåse nitrogen (N2) gass å tørke underlaget før fordampning av IPA.
- Deponering av a-si: H ved PECVD
- Finn forberedt underlag på en sikk inni laste låsen kammer av PECVD systemet.
- På PECVD programvare, sette kammertemperaturen til 300 ° c og angi radiofrekvens strøm til 800 W.
- Sett SiH4 gass strømningshastighet til 10 SCCM og H2 gass strømningshastighet til 75 SCCM.
- Sett prosesstrykket til 25 mTorr. Klikk på Start -knappen for å starte deponering prosessen, som tar ~ 300 s.
- Dannelse av CR etsing masken
- Last prøven Hentet fra trinn 1.2.4 på prøve holderen på spin elektrostatisk. Release Poly (metyl akrylat) (PMMA) a2 på prøven ved hjelp av en filter montert 5 mL sprøyte og starte lakkeringsprosessen med en rotasjonshastighet på 2 000 RPM i 1 min.
Merk: befridd PMMA bør dekke hele underlaget; ellers vil den spin-belagte filmen ikke være ensartet. - Overfør prøven fra prøveholderen til en kokeplate, og stek prøven med en varm plate ved 180 ° c i 5 minutter. Deretter avkjøles prøven ved romtemperatur i 1 min.
- Legg prøven på prøve holderen på spin elektrostatisk. Slipp E-spacer på prøven med en 1 mL pipette, og start lakkeringsprosessen med en rotasjonshastighet på 2 000 RPM i 1 min.
Merk: frigitt E-spacer skal dekke hele underlaget; ellers vil den spin-belagte filmen ikke være ensartet. - Load og fikse prøven på Zig for EBL. Sett Zig inn i EBL kammeret, og deretter laste den inn i hoved kammeret.
- Trykk på isolasjons knappen på EBL-konsollen, og deretter på FC -knappen. Angi maksimumsverdien for forstørrelsen ved hjelp av forstørrelses knappen.
- Slå på null kontroll knappen. Drei stråle strøm knappen for å stille inn stråle strøm verdien til 50 pa. Deaktiver null kontroll knappen.
- Trykk på Referanse knappen for å flytte trinnet til referanse posisjonen. Slå av den tomme knappen.
- Angi forstørrelses verdien til 100 000 med forstørrelses knotten. Juster fokus og stigmatisme knotter for å få det klareste bildet i EBL-displayet. Slå på den tomme knappen.
- Kjør Linux-terminalen på datamaskinen som er koblet til EBL-konsollen. Flytt gjeldende plassering til mappen som har GDS-filen, ved hjelp av CD -kommandoen.
- Gå inn gds2cel å konvertere det. GDS arkiv å en. cel arkiv og vent til den er ferdig. Gå inn oppgaven å løpe det hovedavdeling programvare.
- Klikk på menyen for endring av chip størrelse . Velg 600 μm x 600 μm -og 240 000-prikker. Klikk Lagre og Avslutt.
- Klikk menyen for oppretting av mønster data . Skriv inn PS i kommandovinduet for å laste Pattern. cel filen generert fra trinn 1.3.10. Skriv inn i i kommandovinduet og klikk på mønsteret for å forstørre mønster bildet.
- Skriv inn SD i kommandovinduet og 3 for å sette dosen tid til 3 μs. Skriv inn SP i kommandovinduet og 1, 1 for å sette utsette tonehøyden til en normal tilstand. Gå inn PC inne kommandoen vindu og en filnavn å opprette en. CCC arkiv. Klikk midt i mønsteret.
- Skriv inn CP i kommandovinduet og klikk på mønsteret for å bruke utsette betingelsene fra trinn 1.3.13. Skriv inn SV i kommandovinduet og et filnavn for å opprette en. con-fil. Skriv inn q i kommandovinduet for å gå ut av menyen for opprettelse av mønster data .
- Klikk på menyen eksponering . Skriv inn i og. con filnavn fra trinn 1.3.14. Skriv inn e og klikk på eksponerings knappen for å starte utsette prosessen.
Merk: utsette tiden avhenger av mønsteret området og tetthet. Generelt metasurface mønstre av en 300 μm x 300 μm området ta ~ 3 h. - Når du er ferdig med å utsette prosessen, slår du isolasjons knappen av. Trykk på ex -knappen for å flytte scenen.
- Losse prøven fra kammeret etter endt eksponering. Dypp prøven i 50 mL deionisert (DI) vann i 1 min for å fjerne E-spacer.
- Forbered 10 mL av metyl isobutyl keton (MIBK): IPA = 1:3 løsning i et beger, omgitt av is. Dypp prøven inn i MIBK: IPA = 1:3-oppløsning i 12 minutter. Deretter skyll prøven med IPA og blåse N2 gass å tørke prøven.
- Load og fikse prøven på innehaveren av elektron strålen fordamperen. Monter holderen inne i kammeret til fordamperen.
- Legg en grafitt-smeltedigel-inneholdende stykke-type CR inne i fordampning kammeret.
- På programvaren av elektron strålen fordamper, klikker kammer pumping knappen for å lage et vakuum på innsiden av kammeret, og senke trykket til 3 x 10-6 mTorr.
- Velg krom i material delen og klikk på Material knappen for å bruke den. Klikk på utløserknappen for E-Beam for å åpne kilde lukkeren. Klikk høy spenning og kilde -knappen, i den rekkefølgen.
- Klikk på pil opp-knappen for å øke elektron bjelken strømmen langsomt, og gjenta dette til deponering rate når 0,15 NM/s.
Merk: ett klikk per 5 s er sakte nok. - Klikk på null -knappen for å nullstille tykkelse måleren. Klikk på hov EDS utløserknappen for å åpne hoved-lukkeren. Når tykkelse måleren når 30 NM, klikker du på hovedsiden utløserknappen for å lukke hoved lukkeren.
Merk: deponering tid kan lett beregnes fra deponering rate. En 30 NM-tykt deponering tar ~ 200 s, i den tilstanden som brukes her. - Klikk på utløserknappen for E-Beam for å lukke kilde lukkeren. Klikk på nedoverpilen for å redusere elektronstråle kraften langsomt, og gjenta dette til strømmen når 0.
Merk: ett klikk per 5 s er sakte nok. - Klikk på kilden , og deretter på knappen for høy spenning . Vent i 15 minutter for å avkjøle kammeret. Klikk på ventil knappen for å lufte kammeret og losse prøven fra holderen.
- Dypp prøven i 50 mL aceton i 3 min. Gjennomfør lyd behandlingsprosessen i 1 min ved 40 kHz. Skyll prøven med IPA og blåse N2 -gass for å tørke prøven.
- Last prøven Hentet fra trinn 1.2.4 på prøve holderen på spin elektrostatisk. Release Poly (metyl akrylat) (PMMA) a2 på prøven ved hjelp av en filter montert 5 mL sprøyte og starte lakkeringsprosessen med en rotasjonshastighet på 2 000 RPM i 1 min.
- Etsing prosessen med a-si: H
- Spre termisk lim på baksiden av prøven. Fest prøven på Zig og laste Zig på etsing systemet.
- På programvaren, sette klor (CL2) gass strømningshastighet til 80 SCCM og hydrogen bromide (HBr) gass strømningshastighet til 120 SCCM. Sett kilden makt til 500 W og bias til 100 V. Klikk på Start -knappen for å starte etsing prosessen for 100 s.
- Last ut prøven og fjern den termiske limet med en støvtett vindusvisker.
- Dypp prøven i 20 mL CR etsemiddelet i 2 min og i 50 mL av DI vann i 1 min. skyll prøven med DI vann og blås N2 gass for å tørke prøven.
- Innhenting av skanning elektronmikroskop bildet av fabrikkert metasurface
- Legg prøven på prøve holderen på spin elektrostatisk, slipp E-spacer på prøven med en 1 mL pipette, og start lakkeringsprosessen med en rotasjonshastighet på 2 000 RPM i 1 min.
- Fest prøven på prøven innehaveren av skanning elektronmikroskop (SEM), ved hjelp av karbon tape. Sett holderen i bagasje låsen kammer av SEM og skape et vakuum i lasten låse kammeret.
- Overfør holderen fra Last låse kammeret til hoved kammeret. Slå elektron bjelken på med en 15 kV akselerasjon spenning.
- Flytt scenen til en 1 cm arbeidsavstand. Finn metasurface ved å flytte scenen horisontalt. Juster stigmatisme og brennvidde til bildet blir klart.
- Ta bilder.
- Slå av elektron bjelken. Flytt scenen til utvinnings posisjonen. Overfør holderen fra hoved kammeret til Last lås kammeret.
- Vent på laste lås kammeret og Fjern prøven.
- Dypp prøven inn i 50 mL av DI vann i 1 min for å fjerne E-spacer. Blow N2 gass å tørke prøven.
2. optisk karakterisering av dielektrisk metasurface
Merk: direkte stråling av en laser kan skade øynene. Unngå direkte øye eksponering og Bruk egnede laser vernebriller.
- Monter en 635 NM-bølgelengde laser på det optiske bordet (figur 1a). Skru på laseren og vent i 10 minutter for å stabilisere stråle kraften.
- Juster den horisontale og vertikale justeringen av laseren ved hjelp av en justerings skjerm både nær og langt fra laseren.
- Plasser et nøytralt filter foran laseren. Monter det første konvekse objektivet bak filteret for nøytral tetthet. Plasser en Iris i det bakre fokalplanet på den konvekse linsen for å fjerne støy.
- Monter den andre konvekse linsen med to ganger brennvidde fra første konvekse linse. Plasser en lineær polarisator bak den andre konvekse linsen. Plasser en høyre hånds sirkulær polarisator bak den lineære polarisator.
- Monter den tredje konvekse linsen bak den sirkulære polarisator. Monter fabrikkert metasurface på holderen. Finn metasurface på det bakre fokalplanet til den konvekse linsen.
Merk: laserstrålen bør være tilfelle fra underlaget til det mønstrede området. - Plasser en tykk hvit skjerm, som har en 1 cm-diameter hull i midten, bak metasurface. Monter en vinkelmåler på den optiske tabellen samkjøre opprinnelsen med metasurface.
- Mål kraften av de tre diffracted bjelker, som er tre lyse flekker på skjermen, ved hjelp av en kraftmåler.
Merk: Hvis laserstrålen ikke opprettholdes ved en konstant, beregner du gjennomsnittlig stråle kraft over en tidsperiode. - Erstatt de høyre hånds sirkulære polarisator med en venstrehendt sirkulær polarisator. Mål de tre diffracted strålen krefter, ved hjelp av kraftmåleren.
- Fjern den sirkulære polarisator som er venstrehendt. Mål tre diffracted stråle krefter ved hjelp av kraftmåleren.
- Reduser laserstrålen, ved hjelp av nøytral tetthet filter for å tillate en CCD-måling. Plasser den høyre hånds sirkulære polarisator. Ta de tre diffracted stråle profilene ved hjelp av CCD-en.
Merk: svakere laserstråle effekt foretrekkes, for å hindre CCD-skade. En stråle kraft på 300 μW har blitt brukt i dette arbeidet. - Erstatt de høyre hånds sirkulære polarisator med den venstre hånds sirkulære polarisator. Capture de tre diffracted strålen profiler, ved hjelp av CCD.
- Fjern den sirkulære polarisator som er venstrehendt. Capture de tre diffracted strålen profiler, ved hjelp av CCD.
- Erstatt 635 NM-bølgelengde laser med en 532 nm-bølgelengde laser.
- Gjenta trinn 2,2 til 2,12.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Måle resultatene viser den polarisering-uavhengige funksjonaliteten til enheten som presenteres her (figur 1). Målte strålen krefter Diffraksjon bestillinger av m = ± 1 er lik uavhengig av hendelsen polarisering tilstand (dvs., RCP, LCP, og lineær polarisering). Siden en vilkårlig polarisering stater kan brytes av den lineære kombinasjonen av RCP og LCP, enhetens funksjonalitet kan opprettholdes, uavhengig av polarisering stater. Diffraksjon vinkler er 24 ° og 28,5 ° for bølgelengder av 532 nm og 635 NM, henholdsvis, og vinklene kan styres ved å endre kodet hologram.
Diffraksjon effektivitet er definert av forholdet mellom diffracted stråle krefter (m = ± 1) til hendelsen strålen strøm. Enheten som presenteres her består av samme størrelse nanoroder med ulike retninger basert på geometrisk-fase-resulterende bredbånd drift (figur 2). Teoretisk bør effektiviteten være høyere enn 20% for begge bølgelengder. Men den målte Diffraksjon effektiviteten er 18,3% ved λ = 532 nm og 9,1% ved λ = 635 NM. Avviket kommer hovedsakelig fra stråle størrelsen som er større enn selve metasurface. De målte profilene på zeroth viser tydelig at hendelses stråle størrelsen er større enn metasurface (dvs. den overflødige delen av hendelses strålen går direkte til kraftmåleren uten å samhandle med metasurface, og reduserer Diffraksjon effektivitet) (Figur 3).
Figur 1: Diffracted stråle kraftmåling. (a) det optiske oppsettet for laser belysningen. De neste to panelene viser den målte diffracted stråle kraften (b) ved λ = 532 nm og (c) ved 635 NM. Siden laserstrålen ikke var konsistent, beregnes de målte stråle kreftene etter tids snitt verdier som er registrert. Feil stolpene i figuren representerer maksimums-og minimumsverdiene i løpet av opptakstiden. Dette tallet har blitt modifisert fra Yoon et al.10. Vennligst klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 2: SEM bilder av fabrikkert metasurface. (a) topp visning av metasurface. innfelt Geometri i enhets cellen: lengde (L) = 150 NM, bredde (W) = 80 NM, høyde (H) = 300 NM, og pitch (P) = 240 NM. (b) perspektivvisning av metasurface. Dette tallet har blitt modifisert fra Yoon et al.10. Vennligst klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Bilde 3: fanget stråle profiler av CCD tatt 14 cm bak metasurface. Stråle diameteren kan anslås til ~ 3 mm ved λ = 532 nm og ~ 5 mm ved λ = 635 NM. De tilsvarende bjelke avvikende vinkler er henholdsvis omtrent 2,5 ° og 4,1 °. De innspilte stråle profilene har laser speckles, men de kan fjernes ved diffusorer1 eller Dammann rist3,15. Dette tallet har blitt modifisert fra Yoon et al.10. Vennligst klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Noe fabrikasjon skritt burde være gjennomført forsiktig, å utvikle en metasurface det er det likt idet originalen tegning. I motstå utviklingsprosessen foretrekkes en lav temperatur løsning vanligvis. Standardtilstanden er romtemperatur, men reaksjonshastigheten kan reduseres ved å redusere løsnings temperaturen til 0 ° c. Selv om den tilsvarende reaksjonstiden blir lengre, kan et finere mønster oppnås enn med standard forhold. Reaksjons tidskontrollen er også lett på grunn av den lave reaksjonshastigheten. Et annet kritisk skritt for et fint mønster er tørking IPA etter motstå utvikling. N2 gassen beveger seg og fordamper resten av IPA på sample. Noen mengden IPA beveger seg ikke, lage tilfeldig distribuerte øyer. Hvis IPA-øyene dannes og deretter fordampet, vil prøven bli skadet. Derfor, for å minimere IPA-øya formasjon, sterk blåser er bedre enn svak blåser, med mindre underlaget er brutt av den sterke luftstrømmen. En passende kraft av sonikering er nyttig å klart skrelle av tynn film. Etter lift-off trinn, er det mulig å sjekke om den tynne filmen klart skreller av eller ikke ved hjelp av en konvensjonell optisk mikroskop. Heldigvis, hvis noen CR tynn film forblir på mønstret området, er det mulig å fjerne rester av en ekstra sonikering prosess. Dette er en betydelig fordel med CR maske, fordi masker laget av andre materialer, for eksempel gull, er ekstremt vanskelig å fjerne når rester tørker.
EBL er en effektiv metode for å dikte nanoskala strukturer, men denne metoden lider av en lav gjennomstrømning, impinging Storskalaproduksjon. En måte å forbedre produktiviteten er ved å lage Master muggsopp, ved hjelp EBL, og skrive ut mønsteret ved hjelp av Master mold. Denne metoden kalles nanoimprint litografi. Selv om fabrikasjon av mold bruker EBL tar lang tid, er resultatet at mønstrene kan overføres på kort tid, ved hjelp av mold som kan brukes gjentatte ganger. Videre er det også mulig å overføre mønsteret til et fleksibelt underlag ved å endre utskrifts prosessene.
I dette arbeidet presenterer vi en detaljert prosess for fabrikasjon av dielektrisk metasurfaces. Metoden er ikke begrenset til anvendelse av bjelke splitter; andre metasurface programmer, for eksempel linser, hologrammer, og optiske kapper, kan realiseres via denne metoden. Sammenlignet med plasmonic metasurfaces, gir dielektrisk metasurfaces en mye høyere effektivitet ved synlige bølgelengder på grunn av lave optiske tap av dielektriske. Derfor kan denne protokollen bane vei å studere og utvikle praktiske metasurfaces.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Forfatterne har ingenting å avsløre.
Acknowledgments
Dette arbeidet er økonomisk støttet av National Research Foundation Grants (NRF-2019R1A2C3003129, CAMM-2019M3A6B3030637, NRF-2018M3D1A1058998, NRF-2015R1A5A1037668) finansiert av departementet for vitenskap og IKT (MSIT), Republikken Korea.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Plasma enhanced chemical vapor deposition | BMR Technology | HiDep-SC | |
| Electron beam lithography | Elionix | ELS-7800 | |
| E-beam evaporation system | Korea Vacuum Tech | KVE-E4000 | |
| Inductively-coupled plasma reactive ion etching | DMS | - | |
| Ultrasonic cleaner | Honda | W-113 | |
| E-beam resist | MICROCHEM | 495 PMMA A2 | |
| Resist developer | MICROCHEM | MIBK:IPA=1:3 | |
| Conducting polymer | Showa denko | E-spacer | |
| Chromium etchant | KMG | CR-7 | |
| Acetone | J.T. Baker | 925402 | |
| 2-propanol | J.T. Baker | 909502 | |
| Chromium evaporation source | Kurt J. Lesker | EVMCR35D | |
| Collimated laser diode module | Thorlabs | CPS-635 | wavelength: 635 nm |
| ND:YAG laser | GAM laser | GAM-2000 | wavelength: 532 nm |
| power meter | Thorlabs | S120VC | |
| CCD Camera | INFINITY | infinity2-2M | |
| ND filter | Thorlabs | NCD-50C-4-A | |
| Linear polarizer | Thorlabs | LPVISA100-MP2 | |
| Lens | Thorlabs | LB1676 | |
| Iris | Thorlabs | ID25 | |
| Circular polarizer | Edmund optics | 88-096 | |
| sample holder | Thorlabs | XYFM1 | |
| PECVD software | BMR Technology | HIDEP |
References
- Khorasaninejad, M., et al. Metalenses at visible wavelengths: Diffraction-limited focusing and subwavelength resolution imaging. Science. 352 (6290), 1190-1194 (2016).
- Chen, W. T., et al. A broadband achromatic metalens for focusing and imaging in the visible. Nature Nanotechnology. 13 (3), 220-226 (2018).
- Zheng, G., et al. Metasurface holograms reaching 80% efficiency. Nature Nanotechnology. 10 (4), 308-312 (2015).
- Devlin, R. C., Khorasaninejad, M., Chen, W. T., Oh, J., Capasso, F. Broadband high-efficiency dielectric metasurfaces for the visible spectrum. Proceedings of the National Academy of Sciences. 113 (38), 10473-10478 (2016).
- Yoon, G., Lee, D., Nam, K. T., Rho, J. Pragmatic Metasurface Hologram at Visible Wavelength: The Balance between Diffraction Efficiency and Fabrication Compatibility. ACS Photonics. 5 (5), 1643-1647 (2018).
- Yoon, G., Lee, D., Nam, K. T., Rho, J. "Crypto-Display" in Dual-Mode Metasurfaces by Simultaneous Control of Phase and Spectral Responses. ACS Nano. 12 (7), 6421-6428 (2018).
- Ni, X., Wong, Z. J., Mrejen, M., Wang, Y., Zhang, X. An ultrathin invisibility skin cloak for visible light. Science. 349 (6254), 1310-1314 (2015).
- Khorasaninejad, M., Crozier, K. B. Silicon nanofin grating as a miniature chirality-distinguishing beam-splitter. Nature Communications. 5, 5386 (2014).
- Zhang, D., et al. Nanoscale beam splitters based on gradient metasurfaces. Optics Letters. 43 (2), 267 (2018).
- Yoon, G., Lee, D., Nam, K. T., Rho, J. Geometric metasurface enabling polarization independent beam splitting. Scientific Reports. 8 (1), 9468 (2018).
- Goodman, J. W. Introduction to Fourier Optics. , Roberts and Company Publishers. Englewood, CO. (2005).
- Gerchberg, R. W., Saxton, W. O. A practical algorithm for the determination of the phase from image and diffraction plane pictures. Optik. 35 (2), 237-246 (1972).
- Yoon, G., Kim, I., Rho, J. Challenges in fabrication towards realization of practical metamaterials. Microelectronic Engineering. 163, 7-20 (2016).
- Zhou, Z., et al. Efficient Silicon Metasurfaces for Visible Light. ACS Photonics. 4 (3), 544-551 (2017).
- Dammann, H., Görtler, K. High-efficiency in-line multiple imaging by means of multiple phase holograms. Optics Communications. 3 (5), 312-315 (1971).
