Femtosaniye Lazer kaynaklı Ablasyonu kullanarak nanolif 1-D Fotonik Kristal Kavitenin Fabrikasyon

Biz Femtosaniye lazer kaynaklı ablasyon kullanılarak subwavelength çapı silis lifleri (optik nanolifler) 1-D fotonik kristal boşlukları imal edilmesi için bir protokol mevcut.

Bu prosedürün genel amacı, dalga boyu altı çap atığı ile konik bir optik fiber üzerinde tek boyutlu bir fotonik kristal boşluğun optik üretimini göstermektir. Yöntemimizin kilit noktası, binlerce ampirik nano içerik oluşturucu veya bir nanofiber üretmektir, ancak bence bu sadece tek bir lazer parçası ve oluşturulan nanoyapı sonunda nanofotonik ve kuantum bilgi bilimi için yeni olanaklar açabilecek tek boyutlu bir fotonik kristal boşluğu gibi davranıyor. Bu çalışmanın önemli bir yönü, nanofiberin kendisinin silindirik bir mercek görevi görmesi ve lazer ışınını yan yüzeyine odaklamasıdır.

Ayrıca, fabrikasyonu ayırt etmek, onu herhangi bir mekanik kararsızlığa veya diğer imalat kusurlarına karşı bağışık hale getirir. Sesli okuma, laboratuvarımdan bir yüksek lisans öğrencisi olan Jameesh Keloth'un yaptığı bir prosedürdür. İmalat için nanofiberler ticari bir cihaz kullanılarak üretilecek.

Elyaf, bu nozuldan gelen bir oksohidrojen alevi ile ısıtılır. Elyaf, konik bir bölüm oluşturmak için motorlu aşamalarla çekilir. Bir bilgisayar, bir prob, lazer ve fotodiyottan gelen girdiyi kullanarak fiber üzerinden iletimi izler.

Nanofiber, yaklaşık 210 milimetre uzunluğunda, tek modlu optimal elyaf uzunluğundan yapılacaktır. Nanofiberin üretilmesi başka ekipmanlar gerektirecektir. Başlamak için bir fiber kaplama sıyırıcı, bir metanol kaynağı ve temiz oda mendillerine sahip olun.

Ayrıca, tek modlu fiberin daldırılabileceği bir aseton rezervuarına sahip olun. Nanofiber üzerinde toz birikmesini önlemek için, onu hızlı bir şekilde izole etmeye hazır olun. Bu deney için nanofiber, UV ile kürlenebilen epoksi kullanılarak bu nanofiber tutucuya monte edilecektir.

Tutucu, cam kaplı üst kapak kullanılarak kapatılabilir. Tek modlu fiberin uzunluğuyla başlayın ve her iki uçtan beş milimetre polimer kılıfı çıkarmak için fiber kaplama sıyırıcıyı kullanın. Temiz bir oda mendilini metanole batırın ve uçlarını temizlemek için kullanın.

Ardından, iki uç arasındaki lifi aseton rezervuarına daldırın. Fiber kılıf düşene kadar 10 ila 15 dakika orada tutun. Elyaf kılıf düştüğünde, elyafı asetondan çıkarın ve tüm elyafı metanole batırılmış temiz bir oda mendiliyle temizleyin.

Sonraki adımlar için, fiberi ticari nanofiber cihaza götürün. Bu elyaf motorlu sürücülere monte edilir ve imalatın başlaması için hazırdır. Cihazı kapatın ve iletimi izlemek için prob lazerini başlatın.

Alevi tutuşturmak, parametreleri yüklemek ve üretime başlamak için yazılımı kullanın. İmalat tamamlandıktan sonra epoksi ile nanofiber tutucuyu cihaza alın. UV ile kürlenebilen epoksi kullanarak elyafı konikliğin her iki tarafına sabitleyin.

Elyaf yerine oturduktan sonra, nanofiber tutucuyu üst kapakla kapatın. Deney kurulumuna aktarmak için numuneyi temiz bir kutuya yerleştirin. Bu, femtosaniye lazer üretimi için kurulumdur.

Hepa filtreli temiz bir kabinin içindedir. Silindirik bir merceğin üstünden bir lazer ışını girer. Nanofiber tutucu, X, Y, Z çevirisi için bir sahnenin ve döndürme için bir sahnenin üzerine oturacaktır.

Bu şema, aparat hakkında daha net bir fikir verir. Lazer ışığı silindirik bir mercekten geçer. Daha sonra 700 nanometre aralıklı bir faz maskesine ulaşır.

Faz maskesi, ışını sıfıra ve artı ve eksi bir sırasına böler. Sıfır sırası engellenir, ancak artı eksi bir sipariş katlanır aynalardan yansır. Simetrik olarak yerleştirilmiş aynalar, tutucusundaki nanofiberde bir girişim deseni oluşturulmasına yol açar.

Bir fotodiyot, fiberdeki ışığın izlenmesine izin verir. Nanofiber konumunu izlemek için bir CCD Kamera kullanılır. Lazer üretim kurulumu hizalanmalıdır.

Bu, lazer tarafından kesilebilen bir cam plakanın kullanılmasını gerektirir. Cam plakayı imalat tezgahına koyun. Çeviri aşamasında, tezgahın yüksekliğini 15 milimetreye ayarlayın ve ardından camı bir milijoule darbe enerjisiyle beş saniye boyunca kazımak için lazeri kullanın.

Plakayı gözlemlemek ve lazerin neden olduğu ablasyonu tanımlamak için CCD kamerayı kullanın. Ablasyon deseni ile cam üzerinde hasarlı bir çizgi görülebilir. Yeni ablasyona izin vermek için camın yatay konumunu bir milimetre değiştirin.

Bundan sonra, ablasyonun gücünü yeni bir konumda test etmek için cam yüzeyin yüksekliğini değiştirin. Cam plakayı bir mili jul'lük bir darbe enerjisi ile beş saniye boyunca tekrar yayın. Ardından, cam plakanın hasarını değerlendirin.

Bu cam plakada olduğu gibi, cam yüksekliğini ayarlayın ve en güçlü ablasyon çizgisi belirlenene kadar yeni bir bölgeyi ablate edin. Sahne en güçlü ablasyon çizgisiyle ilişkili yükseklikteyken, aynaların açısına ince ayar yapın ve ablasyonu daha da maksimize edin. Bu optimizasyondan sonra, CCD kamera yazılımına gidin.

Görüş alanındaki ablasyon çizgisinin konumunu işaretlemek için yazılımı kullanın. Ablasyonun periyodik yapısını test etmek için cam plakayı çıkarın. Deseni görüntülemek için bir taramalı elektron mikroskobu kullanın.

Desen, 350 nanometrelik bir periyoda sahip periyodik bir yapı göstermelidir. Değilse, hizalama adımlarını tekrarlayın. Hizalanmış imalat tezgahında başlayın.

Tutucusunda uygun şekilde üretilmiş bir konik elyaf bulundurun. Fiber tutucuyu monte edin ve fiberi bir prob lazerine bağlayın. Düzgün bir şekilde hizalanması için fiber, CCD yazılımında işaretlenen ablasyon çizgisine yaklaşık olarak paralel olmalıdır.

Konik fiberden bir prob lazeri göndererek ve saçılmayı gözlemlemek için CCD kamerayı kullanarak devam edin. Elyafı uzunluğu boyunca hareket ettirmek ve ablasyon çizgisi üzerinde ortalamak için çeviri aşamasını kullanın. Şimdi, minimum darbe enerjisi ile femtosaniye lazeri kullanın.

Fiberi femtosaniye lazer ışını ile örtüşecek şekilde yatay düzlemde çevirin. Ardından, ablasyon çizgisi ile konumunu örtüşecek şekilde elyafı dikey düzlemde çevirin. Yine, femtosaniye lazerle örtüşmeyi en üst düzeye çıkarmak için yatay düzlemde çevirin.

Sahneyi ileri geri çevirirken, fiberden gelen ilk iki mertebeden yansıma için elyaf tutucunun üst kapağındaki camı gözlemleyin. Parlak noktalar çizgi boyunca hareket ederse, nanofiber ablasyon çizgisine paralel değildir ve dönme aşamasının döndürülmesi gerekir. Noktalar bir flaşta ortaya çıkarsa, bu, nanofiberin ablasyon çizgisine paralel olduğunu ve dönüş aşamasının ayarlanması gerekmediğini gösterir.

Nanofiber ablasyon çizgisine paralel olduğunda, prob lazerini kapatın ve fotodiyot ile fiberden geçen gücü ölçün. Fiberi yatay düzlemde ayarlamak için çeviri aşamasını kullanın. Ayarlamaların amacı, femtosaniye lazerden saçılan ölçülen gücü en üst düzeye çıkarmaktır.

İşiniz bittiğinde, fiberi dönme açısına döndürmek için döndürme aşamasını kullanın. Ardından, güç ölçeri alın ve femtosaniye lazer ışınını engellemek için kullanın. Nabız enerjisini, ölçüm cihazı sıfır noktası iki yedi mili joule okuyacak şekilde ayarlayın.

Ölçüm cihazını lazer yolundan çıkarmadan önce femtosaniye lazer ayarını tek çekim olarak değiştirin. Tek bir femtosaniye lazer darbesi ateşleyerek imalatı tamamlayın. Uyumlu bir kurulumla üretime başlayın.

Ek olarak, silindirik merceğin üzerinde bir telin desteklenmesini sağlayın. Bu sıfır noktası beş milimetre bakır tel bir direk tarafından desteklenmektedir. Direk, telin lazer ışını içinde konumlandırılmasına izin vermek için bir çeviri aşamasına monte edilmiştir.

Cam plakanın yüksekliğini en güçlü ablasyon çizgisinin bulunduğu yere ayarladığınızdan emin olun. Ardından teli lazer ışınının ortasına ve ablasyon çizgisine dik olarak yerleştirin. Telin gölgesini gözlemleyin ve onu ablasyon modelinin merkezine yerleştirmeye çalışın.

Ardından, cam plaka üzerinde bir ablasyon deseni oluşturmak için bir femtosaniye lazer darbesi kullanın. Telin merkezinde bir boşluk oluşturup oluşturmadığını görmek için cam plaka üzerindeki ablasyon modelini kontrol edin. Değilse, bakır teli merkeze getirin ve cam plakanın yeni bir bölümünü boşaltın.

Boşluk ablasyon modelinin ortasına gelene kadar tekrarlayın. Devam etmeden önce, çeviri aşamasını kilitleyerek kabloyu yerine sabitleyin. Ardından cam plakayı imalat platformundan çıkarın.

Fiber tutucuyu monte edilmiş fiberi ile birlikte alın ve imalat kurulumuna takın. Burada tutucu yerindedir ve fiber bir prob lazerine bağlanmıştır. Fiber boyunca bir prob lazer darbesi gönderin.

CCD yazılımında kaydedilen ablasyon çizgisine yaklaşık olarak paralel olmalıdır. Probu kapatmadan önce nanfiberi ablasyon hattı üzerinde ortalamak için aşamayı fiber uzunluğu boyunca çevirin. Femtosaniye lazer darbesi ile fiberin üst üste binmesini en üst düzeye çıkarmak amacıyla femtosaniye darbesini açın ve fiberi uzunluğuna dik yatay düzlemde çevirin.

Fotodiyot ile saçılan ışığın gücünü ölçerek kontrol edin. Örtüşmeyi en üst düzeye çıkardıktan sonra, imalat açısını ayarlayın. Şimdi, femtosaniye lazeri engellemek için güç ölçeri kullanın.

Ardından darbe enerjisini sıfır noktası iki yedi mili joule olacak şekilde ayarlayın ve femtosaniye lazer ayarını tek atış olacak şekilde değiştirin. Güç ölçeri lazer yolundan çıkarın ve imalatı tamamlamak için tek bir femtosaniye lazer darbesi ateşleyin. Bu taramalı elektron mikroskobu görüntüsü, fabrikasyon bir nanofiber numunenin tipik bir segmentine aittir.

Nanokraterler, elyafın gölge tarafında oluşur. Nanokraterler, yaklaşık 210 nanometre çapında neredeyse daireseldir. Bu örnekte, periyodiklik 350 nanometredir.

Apodize protonik kristal boşluğundan gelen bu iletim spektrumu, nanokrater yüzlerine dik olarak polarize ışık içindir. Spektrum, iletimin sadece yüzde birkaç olduğu yaklaşık 794 ila 799 nanometre arasında bir durdurma bandı bölgesini gösterir. Bunu, nanokrater yüzlerine paralel polarize edilmiş ışığın iletim spektrumu ile karşılaştırın.

Aynı zamanda bir durdurma bandına sahiptir, ancak yaklaşık 796 ila 803 nanometre arasında daha uzun dalga boylarında. Her iki spektrumun da boşluk modlarına karşılık gelen tepe noktaları vardır. Kusur kaynaklı fotonik kristal boşluklardaki aynı polarizasyon modlarından gelen iletim spektrumları benzer davranış gösterir.

Bu durumlarda, boşluk modları durdurma bandının her iki tarafındadır. Daha kısa dalga boylarındaki boşluk modu aralığının, daha büyük dalga boylarındakinden çok daha büyük olduğuna dikkat edin. Bu tek atış optik üretim yöntemi, kategorinin yüksekliğini sağlayan mekanik kararsızlıklara karşı bağışıktır ve bu üretim tekniği, nanofiberlerden çeşitli nanofotonik cihazlar yapmak için uygulanabilir ve diğer nanofabrikasyon işlemlerine uyarlanabilir.