Fabbricazione e caratterizzazione di guide d'onda fotoniche di cristallo di luce lenta e cavità
Summary
L'uso di guide d'onda fotoniche di cristallo di luce lenta e cavità è stato ampiamente adottato dalla comunità fotonica in molte applicazioni differenti. Pertanto fabbricazione e caratterizzazione di questi dispositivi sono di grande interesse. Il presente documento delinea la nostra tecnica di fabbricazione e di due metodi di caratterizzazione ottica, vale a dire: diffusione interferometrica (guide d'onda) e risonante (cavità).
Abstract
Luce lenta è stato uno dei temi caldi della comunità fotonica negli ultimi dieci anni, generando un grande interesse sia da un punto di vista fondamentale e per il suo notevole potenziale per le applicazioni pratiche. Lenti guide d'onda a cristallo fotonico di luce, in particolare, hanno svolto un ruolo importante e sono stati impiegati con successo per ritardare segnali ottici 1-4 e la valorizzazione di entrambi i dispositivi lineari e non lineari 5-7. 8-11
Cavità a cristallo fotonico ottenere effetti simili a quello di guide d'onda luce lenta, ma su una ridotta larghezza di banda. Queste cavità offrono elevato rapporto Q-factor/volume, per la realizzazione di otticamente 12 e 13 elettricamente pompato ultra-bassa soglia laser e la valorizzazione di effetti non lineari. 14-16 Inoltre, filtri passivi 17 e modulatori 18-19 sono stati dimostrati, esibendo ultra-sottile linea di larghezza, alta free-spettrale rvalori ange e registrazione di basso consumo energetico.
Per raggiungere questi risultati entusiasmanti, un protocollo robusto fabbricazione ripetibile deve essere sviluppata. In questo lavoro si prende un approfondito sguardo al nostro protocollo di produzione che impiega litografia a fascio elettronico per la definizione di modelli di cristalli fotonici e utilizza tecniche di incisione umido e secco. I nostri risultati ottimizzati fabbricazione ricetta in cristalli fotonici che non soffrono di asimmetria verticale e presentano ottime bordo muro rugosità. Discutiamo i risultati variando i parametri calcografici e gli effetti negativi che possono avere su un dispositivo, portando ad un percorso diagnostico che può essere preso per identificare ed eliminare problemi simili.
La chiave per valutare guide d'onda luce lenta è la caratterizzazione passiva di trasmissione e indice spettri gruppo. Vari metodi sono stati segnalati, in particolare risolvendo i Fabry-Perot frange dello spettro di trasmissione di 20-21tecniche interferometriche d. 22-25 Qui, descriviamo una diretta, tecnica di misurazione a banda larga che combina interferometria spettrale con l'analisi della trasformata di Fourier. 26 Il nostro metodo si distingue per la sua semplicità e potenza, come si può caratterizzare un cristallo fotonico nuda con guide d'onda di accesso, senza bisogno di on-chip per componenti di interferenza, e la configurazione consiste solo di un interferometro di Mach-Zehnder, senza necessità di parti in movimento e scansioni di ritardo.
Quando caratterizzanti cavità a cristallo fotonico, tecniche concernenti sorgenti interne 21 o guide d'onda esterne direttamente accoppiati alla cavità 27 impatto sulle prestazioni della cavità stessa, distorcendo così la misura. Qui, si descrive una tecnica innovativa e non invasiva che fa uso di una doppia polarizzazione fascio sonda ed è noto come diffusione risonante (RS), dove la sonda è accoppiata fuori piano nella cavità attraverso un obiettivo. La tecnica è stata la prima dimostrazioneta da McCutcheon et al. 28 e ulteriormente sviluppato da Galli et al 29.
Protocol
Representative Results
Discussion
Esempio di fabbricazione
La scelta del fascio elettronico resist (cioè ZEP 520A) è dovuta alla sua risoluzione simultaneamente e resistenza etch. Crediamo che ZEP 520A può essere influenzata dalla luce UV emessa da fonti di luce di laboratorio generali, in quanto tale, si consiglia di posizionare spin-rivestite campioni in contenitori opachi UV mentre li spostano da un laboratorio ad un altro.
Passando definizione del modello cristallo fotonico, prima di…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Gli autori ringraziano il dottor Matteo Galli, il dottor Simone L. Portalupi e Prof. Lucio C. Andreani presso l'Università di Pavia per le discussioni utili relative alla tecnica RS e l'esecuzione delle misure.
Materials
| Name | Company | Catalogue number | Comments (optional) |
| Acetone | Fisher Scientific | A/0520/17 | CAUTION: flammable, use good ventilation and avoid all ignition sources. |
| Isopropanol | Fisher Scientific | P/7500/15 | CAUTION: flammable, use good ventilation and avoid all ignition sources. |
| Electron Beam resist | Marubeni Europe plc. | ZEP520A | CAUTION: flammable, harmful by inhalation, avoid contact with skin and eyes. |
| Xylene | Fisher Scientific | X/0100/17 | CAUTION: flammable and highly toxic, use good ventilation, avoid all ignition sources, avoid contact with skin and eyes. |
| Microposit S1818 G2 | Chestech Ltd. | 10277866 | CAUTION: flammable and causes irritation to eyes, nose and respiratory tract. |
| Microposit Developer MF-319 | Chestech Ltd. | 10058721 | CAUTION: alkaline liquid and can cause irritation to eyes, nose and respiratory tract. |
| Hydrofluoric Acid | Fisher Scientific | 22333-5000 | CAUTION: extremely corrosive, readily destroys tissue; handle with full personal protective equipment rated for HF. |
| Microposit 1165 Remover | Chestech Ltd. | 10058734 | CAUTION: flammable and causes irritation to eyes, nose and respiratory tract. |
| Sulphuric Acid | Fisher Scientific | S/9120/PB17 | CAUTION: corrosive and very toxic; handle with personal protective equipment and avoid inhalation of vapours or mists. |
| Hydrogen Peroxide | Fisher Scientific | BPE2633-500 | CAUTION: very hazardous in case of skin and eye contact; handle with personal protective equipment. |
| Equipment | |||
| Silicon-on-Insulator wafer | Soitec | G8P-110-01 | |
| Diamond Scribe | J & M Diamond Tool Inc. | HS-415 | |
| Microscope slides | Fisher Scientific | FB58622 | |
| Beakers | Fisher Scientific | FB33109 | |
| Tweezers | SPI Supplies | PT006-AB | |
| Ultrasonic Bath | Camlab | 1161436 | |
| Spin-Coater | Electronic Micro Systems Ltd. | EMS 4000 | |
| Pipette | Fisher Scientific | FB55343 | |
| E-beam Lithography System | Raith Gmbh | Raith 150 | |
| Reactive Ion Etching System | Proprietary In-house Designed | — | |
| UV Mask Aligner | Karl Suss | MJB-3 | |
| ASE source | Amonics | ALS-CL-15-B-FA | CAUTION: invisible IR radiation. |
| Single mode fibers | Thorlabs | P1-SMF28E-FC-2 | |
| 3 dB fiber splitters | Thorlabs | C-WD-AL-50-H-2210-35-FC/FC | |
| Aspheric lenses | New Focus | 5720-C | |
| XYZ stages | Melles Griot | 17AMB003/MD | |
| Polarizing beamsplitter cube | Thorlabs | PBS104 | |
| IR detector | New Focus | 2033 | |
| 100× Objective | Nikon | BD Plan 100x | |
| Oscilloscope | Tektronix | TDS1001B | |
| Optical Spectrum Analyzer | Advantest | Q8384 | |
| IR sensor card | Newport | F-IRC2 | |
| TLS source | Agilent | 81940A | CAUTION: invisible IR radiation. |
| IR Camera | Electrophysics | 7290A | |
| IR Detector | New Focus | 2153 | |
| Digital Multimeter | Agilent | 34401A | |
| Illumination | Stocker Yale | Lite Mite | |
| Monochromator | Spectral Products | DK480 | |
| Array Detector | Andor | DU490A-1.7 | |
| GIF Fiber | Thorlabs | 31L02 |
References
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