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Engineering

स्पिन-मल्टीप्लेक्स और दिशा-मल्टीप्लेक्स ऑल-डाइइलेक्ट्रिक दृश्य मेटाहोलग्राम का प्रदर्शन

Published: September 25, 2020 doi: 10.3791/61334
Automatic Translation
1, 1, 1,2
1Department of Mechanical Engineering, Pohang University of Science and Technology (POSTECH), 2Department of Chemical Engineering, Pohang University of Science and Technology (POSTECH)

Summary

हम स्पिन और दिशा-मल्टीप्लेक्स वाले दृश्य मेटाहोलोग्राम के निर्माण के लिए एक प्रोटोकॉल प्रस्तुत करते हैं, फिर उनके कार्य को सत्यापित करने के लिए एक ऑप्टिकल प्रयोग का संचालन करते हैं। ये मेटाहोलोग्राम आसानी से एन्कोडेड जानकारी की कल्पना कर सकते हैं, इसलिए उनका उपयोग प्रोजेक्टिव वॉल्यूमेट्रिक डिस्प्ले और जानकारी एन्क्रिप्शन के लिए किया जा सकता है।

Abstract

मेटासरफेस द्वारा महसूस की गई ऑप्टिकल होलोग्राफी तकनीक अल्ट्राथिन और लगभग फ्लैट ऑप्टिकल उपकरणों के रूप में प्रोजेक्टिव वॉल्यूमेट्रिक डिस्प्ले और सूचना एन्क्रिप्शन डिस्प्ले के लिए एक उपन्यास दृष्टिकोण के रूप में उभरी है। स्थानिक प्रकाश मॉड्यूलर के साथ पारंपरिक होलोग्राफिक तकनीक की तुलना में, मेटाहोलोग्राम में ऑप्टिकल सेटअप का लघुकरण, उच्च छवि संकल्प और होलोग्राफिक छवियों के लिए दृश्यता के बड़े क्षेत्र जैसे कई फायदे हैं। यहां, ऑप्टिकल मेटाहोलोग्राम के निर्माण और ऑप्टिकल लक्षण वर्णन के लिए एक प्रोटोकॉल की सूचना दी जाती है जो घटना प्रकाश की स्पिन और दिशा के प्रति संवेदनशील हैं। मेटासरफेस हाइड्रोजनीकृत असंगत सिलिकॉन (ए-सी: एच) से बना होता है, जिसमें बड़े अपवर्तक सूचकांक और पूरी दृश्यमान सीमा में छोटे विलुप्त होने के गुणांक होते हैं जिसके परिणामस्वरूप उच्च संचारण और विवर्तन दक्षता होती है। डिवाइस अलग होलोग्राफिक छवियों का उत्पादन जब स्पिन या घटना प्रकाश की दिशा बंद कर रहे हैं । इसलिए, वे एक साथ कई प्रकार की दृश्य जानकारी को एन्कोड कर सकते हैं। निर्माण प्रोटोकॉल में फिल्म जमाव, इलेक्ट्रॉन बीम लेखन और बाद में नक़्क़ाशी शामिल हैं। गढ़े डिवाइस को एक अनुकूलित ऑप्टिकल सेटअप का उपयोग करके चित्रित किया जा सकता है जिसमें एक लेजर, एक रैखिक ध्रुवीकरण, एक चौथाई वेवप्लेट, एक लेंस और एक चार्ज-युग्मित डिवाइस (सीसीडी) शामिल है।

Introduction

उप-तरंगदैर्ध्य नैनोस्ट्रक्चर से बने ऑप्टिकल मेटासरफेस ने ऑप्टिकल क्लोकिंग1,नकारात्मक अपवर्तन2,सही प्रकाश अवशोषण3,रंग फ़िल्टरिंग4,होलोग्राफिक इमेज प्रोजेक्शन5,और बीम हेरफेर6,,7,,8सहित कई दिलचस्प ऑप्टिकल घटनाओं को सक्षम बनाया है। ऑप्टिकल मेटासरफेस जिनमें उचित रूप से डिजाइन किए गए स्कैटर हैं, स्पेक्ट्रम, तरंग और प्रकाश के ध्रुवीकरण को संशोधित कर सकते हैं। शुरुआती ऑप्टिकल मेटासरफेस मुख्य रूप से महान धातुओं (जैसे, एयू, एजी) का उपयोग करके उनकी उच्च परावर्तन और नैनोफैब्रिकेशन में आसानी के कारण गढ़े गए थे, लेकिन उन्हें उच्च ओमिक नुकसान होता है, इसलिए मेटासरफेस में कम दृश्य तरंगदैर्ध्य में कम दक्षता होती है।

दृश्य प्रकाश (जैसे, टीओ29,जीएएन 10, और ए-सी:एच11)में कम नुकसान वाले डाइइलेक्ट्रिक सामग्रियों के लिए नैनोफैब्रिकेशन तकनीकों के विकास ने ऑप्टिकल मेटासार्फेस के साथ अत्यधिक कुशल फ्लैट ऑप्टिकल उपकरणों की प्राप्ति को सक्षम किया है। इन उपकरणों में ऑप्टिक्स और इंजीनियरिंग में आवेदन होते हैं। एक पेचीदा आवेदन प्रोजेक्टिव वॉल्यूमेट्रिक डिस्प्ले और इन्फॉर्मेशन एन्क्रिप्शन के लिए ऑप्टिकल होलोग्राफी है। स्थानिक प्रकाश मॉड्यूलर का उपयोग करने वाले पारंपरिक होलोग्राम की तुलना में, मेटाहोलोग्राम में ऑप्टिकल सेटअप का लघुकरण, होलोग्राफिक छवियों का उच्च संकल्प और दृश्यता का बड़ा क्षेत्र जैसे कई फायदे हैं।

हाल ही में, एक एकल स्तरित मेटाहोलोग्राम डिवाइस में कई होलोग्राफिक जानकारी की एन्कोडिंग हासिल की गई है। उदाहरणों में मेटाहोलोग्राम शामिल हैं जो स्पिन12,13,कक्षीय कोणीय गति14, घटना प्रकाश कोण15और दिशा16में मल्टीप्लेक्स हैं । इन प्रयासों ने मेटाहोलोग्राम की महत्वपूर्ण कमी को दूर किया है, जो एक ही डिवाइस में डिजाइन स्वतंत्रता की कमी है । अधिकांश पारंपरिक मेटाहोलोग्राम केवल एकल एन्कोडेड होलोग्राफिक छवियों का उत्पादन कर सकते हैं, लेकिन मल्टीप्लेक्स डिवाइस वास्तविक समय में कई होलोग्राफिक छवियों को एन्कोड कर सकता है। इसलिए, मल्टीप्लेक्स मेटाहोलोग्राम वास्तविक होलोग्राफिक वीडियो डिस्प्ले या मल्टीफंक्शनल एंटीकाउंटेरफीटिंग होलोग्राम की दिशा में एक महत्वपूर्ण समाधान मंच है।

यहां रिपोर्ट स्पिन और दिशा-मल्टीप्लेक्स ऑल-डाइइलेक्ट्रिक दृश्य मेटाहोलोग्राम बनाने के लिए प्रोटोकॉल हैं, फिर ऑप्टिकल रूप से उन्हें13, 16,16की विशेषता है। एक ही मेटासरफेस डिवाइस में कई दृश्य जानकारी को एन्कोड करने के लिए, मेटाहोलोग्राम डिजाइन किए गए हैं जो घटना प्रकाश की स्पिन या दिशा बदलने पर दो अलग-अलग होलोग्राफिक छवियों को दिखाते हैं। सीएमओएस प्रौद्योगिकी के साथ तुलनीय तरीके से अत्यधिक कुशल होलोग्राफिक छवियों को गढ़ने के लिए, ए-सी:एच का उपयोग मेटासरफेस और दोहरी चुंबकीय अनुनाद के लिए किया जाता है और उनके अंदर प्रेरित एंटीफेरोमैग्नेटिक अनुनाद का शोषण किया जाता है। निर्माण प्रोटोकॉल में फिल्म जमाव, इलेक्ट्रॉन बीम लेखन और नक़्क़ाशी शामिल हैं। गढ़े डिवाइस एक लेजर, एक रैखिक ध्रुवीकरण, एक चौथाई वेवप्लेट, एक लेंस और एक चार्ज युग्मित डिवाइस (सीसीडी) से बना एक अनुकूलित ऑप्टिकल सेटअप का उपयोग कर विशेषता है ।

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Protocol

1. डिवाइस निर्माण

नोट: चित्रा 1 ए-सी की निर्माण प्रक्रिया से पता चलता है: एच मेटासरफेस17।

  1. एक सब्सट्रेट के रूप में एक फ्यूज्ड सिलिका वेफर टुकड़ा (आकार = 2 सेमी x 2 सेमी, मोटाई = 500 माइक्रोन) तैयार करें। एसीटोन और आइसोप्रोपिल अल्कोहल (आईपीए) के साथ सब्सट्रेट को कुल्ला करें फिर इसे सुखाने के लिए सब्सट्रेट पर नाइट्रोजन गैस उड़ाएं।
  2. निम्नलिखित सेटिंग्स के साथ प्लाज्मा-संवर्धित रासायनिक वाष्प जमाव (पीईसीवीडी) का उपयोग करके सब्सट्रेट पर 380 एनएम मोटी ए-सी: एच फिल्म जमा करें: कक्ष तापमान = 300 डिग्री सेल्सियस; रेडियो फ्रीक्वेंसी पावर = 800 डब्ल्यू; गैस प्रवाह दर = एसआईएच4 के लिए 10 एससीसीएम और एच2के लिए 75 एससीसीएम ; प्रक्रिया दबाव = 25 mTorr; समय = 30 एस।
  3. स्पिन-कोट एक ई-बीम लिथोग्राफी फोटोरेसिस्ट। 1 मिनट के लिए 2,000 आरपीएम की रोटेशन गति के साथ सब्सट्रेट और स्पिन-कोट पर पॉलीमिथाइल मेथाक्रिलेट (पीएमएमए) ए2 को छोड़ दें।
  4. 5 मिनट के लिए 180 डिग्री सेल्सियस पर एक हॉटप्लेट पर प्रतिरोध-लेपित सब्सट्रेट बेक करें।
  5. स्पिन-कोट ई-बीम लेखन प्रक्रिया के दौरान चार्ज संचय को रोकने के लिए एक प्रवाहकीय बहुलक परत। 1 मिनट के लिए 2,000 आरपीएम की रोटेशन गति के साथ सब्सट्रेट और स्पिन-कोट पर प्रवाहकीय बहुलक (जैसे, Espacer) को छोड़ दें।
  6. 80 केवी के त्वरण वोल्टेज और 50 पीए के करंट के साथ ई-बीम लिथोग्राफी चलाएं।
  7. प्रवाहकीय बहुलक परत को हटाने के लिए 2 मिनट के लिए डिओनाइज्ड (डीआई) पानी में नमूना विसर्जित करें। 1:3 मिथाइल आइसोब्यूटिल कीटोन (एमआईबीके) में नमूना विसर्जित करें: आईपीए समाधान उजागर पैटर्न विकसित करने के लिए 12 मिनट के लिए एक आइस्ड कप से घिरा हुआ है। फिर 30 एस के लिए आईपीए के साथ नमूना कुल्ला।
  8. ई-बीम वाष्पीकरण का उपयोग करके 30 एनएम मोटी क्रोमियम (सीआर) फिल्म जमा करें।
  9. अनएक्सपोज्ड फोटोरेसिस्ट परत को हटाने और सीआर पैटर्न को सब्सट्रेट पर स्थानांतरित करने के लिए एसीटोन में नमूना विसर्जित करें। 40 किलोहर्ट्ज पर 1 मिनट के लिए Sonicate, तो 30 s के लिए आईपीए के साथ कुल्ला।
  10. Etch खुला ए-एसआई: एच परत एक में सीआर पैटर्न हस्तांतरण के लिए-एसआई: एच परत ५०० डब्ल्यू के एक स्रोत शक्ति के साथ एक सूखी etcher का उपयोग कर, १०० वी के पूर्वाग्रह, सीएल2 के लिए ८० एससीएम की गैस प्रवाह दरों और एचबीआर के लिए १२० एससीएम ।
  11. सीआर नक़्क़ाशी को हटाने के लिए नमूना को सीआर एचीएच समाधान में विसर्जित करें। फिर क्रमशः 30 एस के लिए एसीटोन, आईपीए और डीआई पानी के साथ क्रमिक रूप से नमूना कुल्ला।

2. स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप लक्षण वर्णन

  1. इलेक्ट्रॉन बीम स्कैनिंग प्रक्रिया के दौरान चार्ज संचय को रोकने के लिए स्पिन-कोट एक प्रवाहकीय बहुलक परत। 1 मिनट के लिए 2,000 आरपीएम की रोटेशन गति से सब्सट्रेट और स्पिन-कोट पर प्रवाहकीय बहुलक छोड़ दें।
  2. कार्बन टेप का उपयोग कर नमूना धारक पर सब्सट्रेट को ठीक करें। एआईआर बटन दबाकर लोड लॉक चैंबर को वेंट करें।
  3. लोड-लॉक कक्ष की होल्डिंग रॉड पर धारक रखो। ईवीएसी बटन दबाकर लोड लॉक चैंबर खाली करें।
  4. जेड सेंसर को 8 एमएम और टी सेंसर को 0 डिग्री तक सेट करके स्टेज हाइट और झुकाव कोण सेट करें।
  5. ओपन बटन दबाकर लोड लॉक चैंबर का दरवाजा खोलें। धारक को मुख्य स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप (एसईएम) कक्ष में स्थानांतरित करने के लिए होल्डिंग रॉड दबाएं। रॉड बाहर खींचो और बंद बटन दबाएं।
  6. इलेक्ट्रॉन बंदूक चालू करने से पहले वैक्यूम स्टेट की जांच करें। एक पल उच्च वोल्टेज के साथ इलेक्ट्रॉन बंदूक में कार्बन या धूल को दूर करने के लिए चमकती बटन दबाकर चमकती समारोह को निष्पादित करें।
  7. एसईएम सॉफ्टवेयर में ऑन बटन पर क्लिक करके 5 केवी के तेज वोल्टेज के साथ इलेक्ट्रॉन गन चालू करें।
  8. सॉफ्टवेयर में बीम अलाइनमेंट पैनल पर क्लिक करके केंद्र की स्थिति में इलेक्ट्रॉन बीम का ठीक से पता लगाने के लिए बीम अलाइनमेंट को समायोजित करें। एक मंच नियंत्रक का उपयोग करना, केंद्र में बीम का पता लगाएं।
  9. सॉफ्टवेयर में अपर्चर अलाइनमेंट पैनल पर क्लिक करके एक गोलाकार इलेक्ट्रॉन बीम बनाने के लिए अपर्चर अलाइनमेंट और कलंक संरेखण को समायोजित करें। एक कलंक नियंत्रक का उपयोग करना, एक ही स्थान पर स्कैन करने के लिए एक स्थिर बीम बनाते हैं।
  10. एक उपयुक्त ध्यान और कलंक समायोजन के साथ SEM छवियों पर कब्जा।
  11. सॉफ्टवेयर में ऑफ बटन पर क्लिक कर इलेक्ट्रॉन बीम बंद कर दें। अपनी मूल स्थिति के लिए मंच वापस करने के लिए होम बटन पर क्लिक करें ।
  12. मुख्य कक्ष का दरवाजा खोलें और नमूना धारक को लेने के लिए रॉड को धक्का दें। एआईआर का बटन दबाकर लोड लॉक चैंबर को वेंट करें, फिर धारक को उतार दें।
  13. प्रवाहकीय बहुलक परत को हटाने के लिए डीआई पानी के साथ नमूना कुल्ला।

3. स्पिन-मल्टीप्लेक्स मेटाहोलोग्राम का ऑप्टिकल लक्षण वर्णन

  1. सामग्री की तालिका में सूचीबद्ध ऑप्टिकल घटक तैयार करें।
  2. डायोड लेजर मॉड्यूल को एक एडाप्टर से अटैच करें जिसे 1 इंच ऑप्टिकल माउंट में प्लग किया जा सकता है। एक पोस्ट और एक पोस्ट धारक का उपयोग करके डायोड लेजर की ऊंचाई को समायोजित करें, और क्लैंप का उपयोग करके स्थिति को ठीक करें।
    नोट: हर ऑप्टिकल घटक एक पोस्ट और एक पोस्ट धारक का उपयोग कर घुड़सवार किया जाना चाहिए, तो एक क्लैंप का उपयोग करके स्थिति में तय की ।
  3. 1 इंच घूर्णन माउंट का उपयोग करके हाफ-वेव प्लेट को इकट्ठा करें, फिर प्लेट को लेजर मॉड्यूल के सामने रखें ताकि रैकरली-पोलरस लाइट को घुमाया जा सके।
  4. प्रारंभिक बीम की दिशा को संरेखित करने के लिए उन्हें 1 इंच कानेमैटिक माउंट और एक संरेखण डिस्क पर बढ़ते हुए दो दर्पण तैयार करें।
    1. लेजर के सामने अलाइनमेंट डिस्क रखें और ऊंचाई सेट करें। दो दर्पण रखें ताकि बीम दो बार 90 डिग्री पर झुकता है प्रत्येक बारी दिशाओं हो।
    2. दूसरे दर्पण के पास संरेखण डिस्क रखें और केंद्र में प्रकाश को संरेखित करने के लिए घुंडी घुमाकर पहले दर्पण के कोण को समायोजित करें।
    3. संरेखण डिस्क को दूसरे दर्पण से दूर रखें और केंद्र में प्रकाश को संरेखित करने के लिए घुंडी घुमाकर दूसरे दर्पण के कोण को समायोजित करें।
    4. जब तक प्रकाश दोनों स्थानों में संरेखण डिस्क के केंद्र से गुजरता है तब तक चरण 3.4.2 और 3.4.3 दोहराएं।
  5. प्रकाश की तीव्रता को नियंत्रित करने के लिए दर्पण के पीछे एक तटस्थ घनत्व फिल्टर रखें। घटना प्रकाश के व्यास को नियंत्रित करने के लिए तटस्थ घनत्व फिल्टर के पीछे एक आईरिस रखें।
  6. एक गोलाकार ध्रुवीकृत प्रकाश बनाने के लिए, आईरिस के पीछे एक रैखिक ध्रुवीकरण और एक चौथाई तरंग प्लेट रखें। अपने स्वयं के घूर्णन पर्वत पर प्रत्येक घटक माउंट।
  7. एक छेद के साथ एक थाली के लिए गढ़े मेटासरफेस संलग्न करें और आयताकार प्रकाशिकी के लिए XY अनुवाद माउंट पर थाली माउंट । XY अनुवाद माउंट को समायोजित करें ताकि प्रकाश नमूने में पैटर्न के लिए निर्देशित हो।
  8. मेटासरफेस के बाद लेंस रखें। फोकल लंबाई में रखे जाने वाले लेंस की स्थिति को समायोजित करें। होलोग्राम छवि को कैप्चर करने के लिए लेंस के बाद एक सीसीडी रखें।

4. दिशा-मल्टीप्लेक्स मेटाहोलग्राम का ऑप्टिकल लक्षण वर्णन

  1. दो बीम स्प्लिटर, दो दर्पण, लेंस और सीसीडी तैयार करें।
    नोट: इस सेटअप को अतिरिक्त घटकों को जोड़कर स्पिन-मल्टीप्लेक्स मेटाहोलोग्राम सेटअप से बनाया जा सकता है।
  2. बीम को दो दिशाओं में विभाजित करने के लिए क्वार्टर-वेव प्लेट और XY अनुवाद माउंट के बीच एक बीम स्प्लिटर रखें। XY अनुवाद माउंट और लेंस के बीच एक और बीम स्प्लिटर रखें।
    नोट: एक बीम पथ पिछले स्पिन-मल्टीप्लेक्स मेटाहोलोग्राम सेटअप के समान है। यहां, एक और विभाजन बीम पिछले सेटअप के विपरीत दिशा में एक नमूना रोशन करने के लिए गठबंधन किया जाएगा ।
  3. दो दर्पण रखें ताकि बीम बारी दिशाओं के रूप में प्रत्येक 90 डिग्री पर दो बार झुकता है और बीम को समायोजित करने के लिए दूसरे बीम स्प्लिटर में निर्देशित किया जाएगा। प्रकाश को बारीक संरेखित करें ताकि बीम नमूने को विपरीत दिशा में सही ढंग से विकिरणित करे।
  4. पहले बीम स्प्लिटर के दाईं ओर 90 डिग्री पर एक और लेंस रखें और विपरीत दिशा से होलोग्राम छवि को कैप्चर करने के लिए सीसीडी रखें।

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Representative Results

ए-एसआई: एच मेटासरफेस उच्च क्रॉस-ध्रुवीकरण दक्षता को सक्षम करते हैं और एक विधि(चित्रा 1)का उपयोग करके गढ़े जा सकते हैं जो सीएमओ के साथ संगत है; यह विशेषता स्केलेबल निर्माण और निकट भविष्य के व्यावसायीकरण को सक्षम कर सकती है। एसईएम छवि गढ़े ए-सी: एच मेटासरफेस(चित्रा 2) सेपता चलता है । इसके अलावा, ए-सी: एच में टीओ2 और जीएएन की तुलना में एक बड़ा अपवर्तक सूचकांक है, इसलिए लगभग 4.7 के कम आस्पेक्ट रेशियो नैनोस्ट्रक्चर के साथ भी, उच्च विवर्तन दक्षता के साथ ए-एसआईएच मेटा-होलोग्राम का एहसास किया जा सकता है। 633 एनएम तरंगदैर्ध्य पर गणना दक्षता 74% थी और मापी गई दक्षता 61% थी।

एक स्पिन-मल्टीप्लेक्स मेटाहोलोग्राम अनुमानित होलोग्राफिक छवियों को बस परिपत्र रूप से ध्रुवीकृत प्रकाश(चित्रा 3a)की उदारता को फ्लिप करके स्विच कर सकता है। इस तरह के स्पिन-मल्टीप्लेक्स मेटाहोलोग्राम को डिजाइन करने के लिए, दो प्रकार के मेटासरफेस का उपयोग किया गया था; वे इस आधार पर अलग-अलग प्रतिक्रियाओं का उत्पादन कर सकते हैं कि प्रकाश को बाईं ओर या दाईं ओर गोलाकार रूप से ध्रुवीकृत किया गया है या नहीं। गेर्चबर्ग-सैक्सटन एल्गोरिदम का उपयोग एक चरण मानचित्र की गणना करने के लिए किया गया था जो ऑफ-एक्सिस होलोग्राफिक छवियों से मेल खाता है। नतीजतन, इनपुट बीम ध्रुवीकरण राज्यों के आधार पर, 'आईटीयू' और 'आरयू' होलोग्राफिक छवियों(चित्रा 3सी−ई)को उच्च निष्ठा के साथ वास्तविक समय में बंद किया जा सकता है।

एक दिशा-मल्टीप्लेक्स मेटाहोलोग्राम घटना प्रकाश दिशा(चित्रा 4a)को बदलकर अनुमानित होलोग्राफिक छवियों को स्विच कर सकता है। उदाहरण के लिए, यदि प्रकाश सब्सट्रेट साइड (आगे की दिशा) से आता है, तो होलोग्राफिक 'RHO' छवियों को देखा जा सकता है(चित्र 4 बी,डी),और यदि प्रकाश मेटासरफेस साइड (पीछे की दिशा) से आता है, तो होलोग्राफिक 'आईटीयू' छवियों को देखा जा सकता है(चित्रा 4c,ई)। होलोग्राम डिवाइस है कि दोनों दिशाओं में संचालित क्षेत्र है जिसमें जानकारी प्रेषित किया जा सकता है विस्तार के फायदे हैं, और प्रसारण और पर्यवेक्षक की स्थिति के अनुसार अलग दृश्य जानकारी प्राप्त करने के ।

Figure 1
चित्रा 1: ए-सी का फ्लो चार्ट: एच मेटासरफेस फैब्रिकेशन। निर्माण एक डबल-साइड पॉलिश-फ्यूज्ड सिलिका सब्सट्रेट के साथ शुरू होता है। पीईसीवीडी का उपयोग करके, 380 एनएम मोटी ए-सी: एच जमा किया जाता है और इसके बाद ई-बीम विरोध, पीएमएमए ए 2 की स्पिन-कोटिंग होती है। इलेक्ट्रॉन बीम लिथोग्राफी (ईबीएल) स्कैनिंग विरोध पर नैनोरॉड पैटर्न खींचता है, जिसे सीआर लिफ्ट-ऑफ प्रक्रिया द्वारा ए-एसआई:एच परत पर स्थानांतरित किया जाता है। एक सूखी नक़्क़ाशी प्रक्रिया सीआर पैटर्न को ए-सी:एच परत पर स्थानांतरित करती है, फिर सीआर नक़्क़ाशी को क्रेहंट का उपयोग करके हटा दिया जाता है। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 2
चित्रा 2: निर्मित डिवाइस की एसईएम छवि। 380 एनएम मोटी ए-सी: एच मेटासरफेस की एसईएम छवि का झुका हुआ दृश्य प्रस्तुत किया गया है। नक़्क़ाशी प्रक्रिया के दौरान, एक तिरछा पक्ष दीवार प्रोफ़ाइल हुई। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 3
चित्रा 3: एक स्पिन-मल्टीप्लेक्स मेटाहोलोग्राम। }aप्रस्तावित स्पिन-मल्टीप्लेक्स मेटाहोलोग्राम के संचालन की योजनाबद्ध। (ख)ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप और एसईएम इमेजेज। गढ़े गए मेटाहोलग्राम डिवाइस का कुल आकार 400 माइक्रोन x 400 माइक्रोन है। एक नैनोरॉड की लंबाई 200 एनएम, चौड़ाई 80 एनएम और ऊंचाई 380 एनएम है। (ग)प्रायोगिक रूप से 633 एनएम की तरंगदैर्ध्य पर काम कर रहे बाएं परिपत्र ध्रुवीकरण के साथ 'आईटीयू' होलोग्राफिक छवियां प्राप्त की गईं। (घ)प्रायोगिक रूप से सीसीडी कैमरे के साथ कैप्चर किए गए सही परिपत्र ध्रुवीकरण के साथ 'RHO' होलोग्राफिक छवियां प्राप्त की गईं। (ङ)प्रायोगिक रूप से अण्डाकार ध्रुवीकृत प्रकाश का उपयोग करके दोनों होलोग्राफिक छवियों को प्राप्त किया। इस आंकड़े को अंसारी एट अल13से संशोधित किया गया था । कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 4
चित्र 4: एक दिशा-मल्टीप्लेक्स मेटाहोलग्राम। }aप्रस्तावित दिशा-मल्टीप्लेक्स मेटाओलोग्राम के संचालन की योजनाबद्ध। (ख,ग) फ्रेस्नेल-प्रकार मेटाहोलोग्राम परिमित-अलग समय-डोमेन सिमुलेशन परिणाम। एक बाएं परिपत्र ध्रुवीकृत प्रकाश आगे और पीछे की दिशाओं में प्रबुद्ध। (घ,ई) प्रायोगिक रूप से प्राप्त होलोग्राफिक छवियों को सीसीडी कैमरे के साथ कैप्चर किया गया। इस आंकड़े को अंसारी एट अल16से संशोधित किया गया था । कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

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Discussion

ए-सी: एच मेटासरफेस तीन प्रमुख चरणों में गढ़े गए थे: ए-एसआई: एच पतली फिल्म जमाव पीईसीवीडी, सटीक ईबीएल, और सूखी नक़्क़ाशी का उपयोग कर। इन चरणों में, ईबीएल लेखन प्रक्रिया सबसे महत्वपूर्ण है। सबसे पहले, मेटासरफेस पर पैटर्न घनत्व काफी अधिक है, इसलिए इस प्रक्रिया को इलेक्ट्रॉन खुराक (ऊर्जा) और स्कैनिंग मापदंडों जैसे प्रति यूनिट क्षेत्र डॉट्स की संख्या पर सटीक नियंत्रण की आवश्यकता होती है। विकास की स्थिति को भी सावधानी से चुना जाना चाहिए। पैटर्न का घनत्व बहुत अधिक है, इसलिए जब विकास प्रक्रिया तुरंत की जाती है, तो नैनोरोड के आकार के पैटर्न को अच्छी तरह से परिभाषित नहीं किया जाता है, लेकिन एक दूसरे से जुड़े होते हैं। इस समस्या को रोकने के लिए और फोटोरेसिस्ट का एक उपयुक्त नकारात्मक स्लोप प्रदान करने के लिए, जो आसान लिफ्ट-ऑफ को सक्षम बनाता है, एक ठंडा विकास तकनीक का उपयोग किया गया था जिसमें विकास प्रक्रिया 2−4 डिग्री सेल्सियस पर आयोजित की जाती है। इसके अलावा, एक द्वि-परत प्रतिरोध विधि का उपयोग आसान लिफ्ट-ऑफ प्रक्रिया के लिए किया जा सकता है, जहां विकास समाधान में अलग-अलग आणविक वजन और घुलनशीलता वाले दो अलग-अलग प्रकार के प्रतिरोध का उपयोग किया जाता है। इसके अतिरिक्त, नक़्क़ाशी प्रक्रिया के दौरान साइड वॉल प्रोफाइल को नक़्क़ाशी प्रक्रिया को समायोजित करके यथासंभव 90 डिग्री के करीब बनाया जाना चाहिए।

गढ़े मेटासरफेस के एसईएम और ऑप्टिकल लक्षण वर्णन को कड़ाई से आयोजित किया जाना चाहिए। गढ़े संरचनाओं की एसईएम छवियों को देख कर, सटीक ज्यामितीय मापदंडों और साइड-वॉल प्रोफाइल की जांच की जानी चाहिए ताकि मेटाहोलोग्राम की दक्षता की भविष्यवाणी की जा सके। ऑप्टिकल प्रयोग के लिए, उच्च गुणवत्ता वाले होलोग्राफिक छवियों का उत्पादन और प्राप्त करने के लिए, घटना लेजर बीम आकार और ध्यान केंद्रित सही समायोजित किया जाना चाहिए। इसलिए, ऑप्टिकल घटक को एक दूसरे के साथ अच्छी तरह से गठबंधन किया जाना चाहिए और लेंस की फोकल लंबाई और ध्रुवीकरण और वेवप्लेट के कोण जैसे घटक विनिर्देशों के अनुसार ठीक से तैनात किया जाना चाहिए।

इस काम में, हमने स्पिन और दिशा-मल्टीप्लेक्स मेटाहोलोग्राम के लिए एक विस्तृत निर्माण और लक्षण वर्णन विधि प्रस्तुत की। सिंगल-लेयर मेटासरफेस पर कार्यक्षमता की संख्या बढ़ाना मेटासरफेस के अनुप्रयोगों के विस्तार के लिए एक उपयोगी तकनीक है। इसके साथ ही, हालांकि, सक्रिय कार्य जो वास्तविक समय में लगाए गए विविध कार्यों को बदल सकते हैं, उनका भी अध्ययन किया जाना चाहिए। इस प्रयोग में, होलोग्राफिक छवियों को स्विच करने के लिए ध्रुवीकरण कोण या ऑप्टिकल घटकों को बदलने जैसे निष्क्रिय तरीकों का उपयोग किया गया था। हालांकि, यदि चरण परिवर्तन सामग्री या तरल क्रिस्टल जैसी सक्रिय सामग्री प्रणालियों को बहुआयामी मेटाहोलोग्राम के साथ जोड़ा जाता है, तो मेटाहोलोग्राम के साथ होलोग्राफिक वीडियो डिस्प्ले और एंटीकाउंटेरफीटिंग डिस्प्ले तकनीक का निकट भविष्य18में व्यावसायीकरण किया जा सकता है। इसके अलावा, मेटाहोलोग्राम उपकरणों के स्केलेबल विनिर्माण के लिए उन्नत नैनोइमप्रिंटिंग विधि बहुत मदद करेगी। 19 इसके अलावा, नई डिजाइन पद्धति, जैसे तरंगदैर्ध्य-डिसाफेस डिजाइन पद्धति, पूर्ण रंग होलोग्राम उपकरणों को सक्षम करेगी। 20

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Disclosures

कोई नहीं.

Acknowledgments

इस काम को आर्थिक रूप से राष्ट्रीय अनुसंधान फाउंडेशन (एनआरएफ) अनुदान (एनआरएफ-2019R1A2C3003129, CAMM-2019M3A6B3030637, एनआरएफ-2019R1AAAA8080290) द्वारा कोरियाई सरकार के विज्ञान मंत्रालय और आईसीटी द्वारा वित्त पोषित किया गया था । I.K. कोरियाई सरकार के शिक्षा मंत्रालय द्वारा वित्त पोषित एनआरएफ ग्लोबल पीएचडी फैलोशिप (एनआरएफ-2016H1A2A1906519) को स्वीकार करता है।

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Aceton J.T. Baker 925402
Beam splitter Thorlabs CCM1-BS013/M
Chromium etchant KMG Cr-7
Chromium evaporation source Kurt J. Lesker EVMCR35D
Clamp Thorlabs CP175
Conducting polymer Showa denko E-spacer
Diode laser Thorlabs CPS635
E-beam evaporation system Korea Vacuum Tech KVE-E4000
E-beam resist Microchem 495 PMMA A2
Electron beam lithography Elionix ELS-7800
Half-wave plate Thorlabs AHWP05M-600
Inductively-coupled plasma reactive ion etching DMS -
Iris Thorlabs SM1D12
Isopropyl alcohol J.T. Baker 909502
Kinematic mirror mount Thorlabs KM100/M
Lens Thorlabs LB1630
Lens Mount Thorlabs LMR2/M
Linear polarizer Thorlabs GTH5-A
Mirror Thorlabs PF10-03-G01
Neutral density filter Thorlabs NDC-50C-4
Plasma enhanced chemical vapor deposition BMR Technology HiDep-SC
Post Thorlabs TR75/M
Post holder Thorlabs PH75E/M
Quarter-wave plate Thorlabs AQWP10M-580
Resist developer Microchem MIBK:IPA=1:3
Rotational mount Thorlabs RSP1/M
Scanning electron microscopy Hitachi Regulus8100
XY translation mount Thorlabs XYF1/M
1-inch adapter Thorlabs AD11F
1-inch lens mount Thorlabs CP02/M

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References

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इंजीनियरिंग अंक 163 मेटासरफेस मेटाहोलोग्राम स्पिन-मल्टीप्लेक्स दिशा-मल्टीप्लेक्स डाइइलेक्ट्रिक मेटासरफेस हाइड्रोजनेटेड असंगत सिलिकॉन
स्पिन-मल्टीप्लेक्स और दिशा-मल्टीप्लेक्स ऑल-डाइइलेक्ट्रिक दृश्य मेटाहोलग्राम का प्रदर्शन
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Kim, I., Lee, D., Rho, J. Demonstration of Spin-Multiplexed and Direction-Multiplexed All-Dielectric Visible Metaholograms. J. Vis. Exp. (163), e61334, doi:10.3791/61334 (2020).

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