Femtosaniye Lazer kaynaklı Ablasyonu kullanarak nanolif 1-D Fotonik Kristal Kavitenin Fabrikasyon
Summary
Biz Femtosaniye lazer kaynaklı ablasyon kullanılarak subwavelength çapı silis lifleri (optik nanolifler) 1-D fotonik kristal boşlukları imal edilmesi için bir protokol mevcut.
Abstract
Biz Femtosaniye lazer kaynaklı ablasyon kullanarak subwavelength çaplı konik optik fiberler, optik nano, 1-D Fotonik Kristal (ÖYK) boşluklar üretmek için bir protokol mevcut. Biz periyodik nano kraterler binlerce sadece tek bir femtosaniye lazer darbesi ile ışınlama yoluyla bir optik nanolif fabrikasyon olduğunu göstermektedir. Tipik bir örnek için, kademeli olarak 50 arasında değişen çap 350 nm ile bir süre periyodik nano kraterler – 550 nm – 1 mm uzunluğunda, 250 nm, 450 civarında çapa sahip bir nano ile imal edilir. Böyle bir nano fabrikasyon bir önemli yönü nanofiber kendisi silindirik bir mercek gibi davranır ve gölge yüzeyinde femtosaniye lazer ışını odaklanır olmasıdır. Ayrıca, tek çekim fabrikasyon mekanik istikrarsızlıklar ve diğer imalat kusurları için bağışıklık yapar. nanolif böyle periyodik nano kraterler, 1-D PHC olarak hareket ve stopband dışında yüksek iletim korurken, güçlü ve geniş bant yansıma etkinleştirmek. Biz de nanolif üzerinde apodize ve kusur kaynaklı PhC oyukları imal etmek nano krater dizisi profilini kontrol etmek için bir yöntem mevcut. nanolif tabanlı PhC boşlukların ve fiber ağlarına verimli entegrasyon, enine ve boyuna hem de bu alanda güçlü hapsi, nanofotonik uygulamalar ve kuantum bilgi bilimi için yeni olanaklar açabilir.
Introduction
nanofotonik cihazlarda ışığın güçlü hapsi optik bilimi yeni ufuklar açtı. Modern Nanofabrikasyona teknolojileri, 1 lasing 2 algılama ve optik anahtarlama uygulamaları 3 1-D ve 2-D Fotonik Kristal (ÖYK) yeni umutları için boşluklar fabrikasyon sağlamıştır. Dahası, bu PhC boşluklarında güçlü ışık-madde etkileşimi kuantum enformasyon bilimi 4 için yeni yollar açtı. Yanı sıra, PhC boşluklardan, plasmonik nanocavities da umut verici bir potansiyel 5, 6, 7 göstermiştir. Ancak, fiber tabanlı iletişim ağına böyle boşluklar arabirim bir sorun olmaya devam etmektedir.
Son yıllarda, bir optik nano olarak bilinen subwavelength çapı konik tek modlu fiber optik, umut vaat eden bir nanofotonik cihaz olarak ortaya çıkmıştır. Nedeniyle kuvvetlinanolif güdümlü alan ve çevre ortamı ile etkileşim yeteneği enine hapsi, nanolif benimsenmiş ve çeşitli nanofotonik uygulamalar 8 araştırılmıştır. Bunun dışında, aynı zamanda güçlü bir incelenmiş ve ışık kuantum manipülasyon için uygulanan ve 9 madde olduğunu. Nano destekli tarzlarına kuantum vericiler, tek / birkaç lazer soğutuldu atomlu tek kuantum noktaları, emisyonların etkili bağlama incelemiş ve 10, 11, 12, 13, 14, 15 olduğu gösterilmiştir. Nanolif ışık-madde etkileşimi önemli ölçüde nanolif 16, 17 PhC kavite yapısını uygulayarak geliştirilebilir.
s için önemli bir avantajUCH bir sistem kolaylıkla iletişim ağına entegre edilebilir elyaf-in-line bir teknolojidir. Konik nano ile% 99.95 arasında ışık iletim 18 gösterilmiştir. Ancak, nanolif iletim toz ve kirlenme son derece duyarlıdır. Bu nedenle, geleneksel nanofabrikasyon tekniği kullanılarak nanolif üzerinde PhC yapısının imalat çok verimli değil. Odaklı İyon Işın (FİB) freze kullanılarak nanolif üzerinde kavite imalat 19, 20, gösterilmiş olmasına rağmen optik kalite ve uyarlık kadar yüksek değildir.
Bu video protokolü, biz femtosaniye lazer ablasyon kullanarak nanolif üzerinde PhC boşluklar imal etmek bir süre önce ortaya 21, 22 teknik sunuyoruz. uydurma nanolif ve irrad üzerinde femtosaniye lazerin iki ışın girişim deseni oluşturarak gerçekleştirilirTek bir femtosaniye lazer darbesi iating. nanofiber bir çekimsel etkisi nanofiber gölge yüzeyinde ablasyon kraterler oluşturarak, bu tür tekniklerin fizibilite önemli bir rol oynar. Tipik bir örnek için, kademeli olarak 50 arasında değişen çap 350 nm ile bir süre periyodik nano kraterler – 550 nm – 1 mm uzunluğunda, 250 nm, 450 civarında çapa sahip bir nano ile imal edilir. nanolif böyle periyodik nano kraterler, 1-D PHC olarak hareket ederler. Biz de nanolif üzerinde apodize ve kusur kaynaklı PhC oyukları imal etmek nano krater dizisi profilini kontrol etmek için bir yöntem mevcut.
yüksek optik kalitesi korunabilir, böylece bu tür nano fabrikasyon önemli bir yönü, tüm optik uydurma. Ayrıca, üretim, mekanik istikrarsızlıklar ve diğer imalat kusurları tekniği direnç sağlar sadece tek femto saniye lazer darbesi irradyasyonu ile yapılır. Ayrıca, bu PhC nano in-house üretilmesini sağlarkirlenme olasılığı minimize edilebilir, böylece fiber boşluğu. Bu protokol, diğerleri uygulamak ve nanofabrikasyon tekniğinin bu yeni tip adapte yardımcı olmak için tasarlanmıştır.
Şekil 1a imalat kurulum şematik diyagramını göstermektedir. Imalat kurulum ve hizalama prosedürleri detayları 22 21 tartışılmıştır. 400 nm dalga boyu merkezi ve 120 fs darbe genişliğinde bir femtosaniye laser bir faz maske olay oldu. faz maskesi 0 ve ± 1 siparişler için femtosaniye lazer ışını böler. Bir ışın bloğu 0 dereceden ışını engellemek için kullanılır. Katlanır ayna simetrik bir girişim deseni oluşturmak için, nano pozisyonunda ± 1-emir recombine. Faz maskenin Saha 700 nm, yani girişim deseni 350 nm'lik bir adım (Λ G) sahiptir. silindirik mercek nanofiber boyunca femtosaniye lazer ışınını odaklanır. karşısında ışın boyutu (Y ekseni)ve (Z ekseni) boyunca nanolif sırasıyla 60 mm ve 5.6 mm dir. Konik elyaf elyafın gerilmesi için piezo aktüatör (PZT) ile donatılmış bir tutucu üzerine monte edilir. cam levha olan bir üst kapak toz nanolif korumak için kullanılır. konik fiber ile tutucu çeviri (XYZ) ve dönme (θ) aşamaları ile donatılmış bir fabrikasyon bankta sabittir. θ aşamalı YZ düzleminde nanofiber örnek dönmesini sağlar. X-aşamalı ayrıca karboksi- ve XZ-düzlemi boyunca eğim açılarını kontrol edebilirsiniz. Bir CCD kamerası nano 20 cm bir mesafede ve nano konumunu izlemek için XY düzleminde 45 ° 'lik bir açı ile yerleştirilir. Bütün deneyler tozsuz koşulları elde etmek HEPA (Yüksek verimli partikül tutuklama) filtreleri ile donatılmış temiz barakada yapılmaktadır. Tozsuz durum nanofiber iletimini sağlamak için esastır.
Şekil 1b optik ölçümlerin şemasını göstermektedir. Konik elyaf haline fiber birleştiğinde ışık kaynağı ve yüksek çözünürlüklü spektrum analizörü kullanılarak iletilen ve yansıyan ışığın spektrumunu ölçme: – imalat sırasında, optik özellikler kısaca bir bant (900 nm 700 dalga boyu aralığında) açarak izlenmektedir. Bir ayarlanabilir CW lazer kaynağı düzgün kavite modları çözmek için ve mutlak kavite iletimini ölçmek için kullanılır.
Biz üretim ve karakterizasyonu için protokol mevcut. protokol bölümü üç alt, fabrikasyon örneklerin nanolif hazırlanması, femtosaniye lazer imalat ve karakterizasyonu ayrılır.
Protocol
Representative Results
Discussion
Nano elyaflı bir merceksel etkisi (Şekil 2'de gösterildiği gibi), böylece nano gölge yüzeyi üzerinde nano kraterler oluşturma, imalat tekniğinde önemli bir rol oynar. nanofiber bir çekimsel etkisi de enine yönde (Y ekseni) herhangi bir mekanik istikrarsızlıklar sağlam imalat işlemi yapar. Işınlama süresi sadece 120 fs (yani darbe genişliği) 'dir Dahası nedeniyle tek-shot radyasyona, diğer eksen boyunca istikrarsızlıklar imalat etkilemez. Bunun …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This work was supported by the Japan Science and Technology Agency (JST) through the Strategic Innovation Program. KPN acknowledges support from a grant-in-aid for scientific research (Grant no. 15H05462) from the Japan Society for the Promotion of Science (JSPS).
Materials
| 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 | |
| Fiber coating stripper | NTT-AT | Fiber nippers 250 μm |
References
- Painter, O. J., et al. Two-Dimensional Photonic Band-Gap Defect Mode Laser. Science. 284, 1819-1821 (1999).
- Loncar, M., Scherer, A., Qiu, Y. Photonic crystal laser sources for chemical detection. Appl. Phys. Lett. 82, 4648 (2003).
- Tanabe, T., Notomi, M., Mitsugi, S., Shinya, A., Kuramochi, E. All-optical switches on a silicon chip realized using photonic crystal nanocavities. Appl. Phys. Lett. 87, 151112 (2005).
- Yoshie, T., et al. Vacuum Rabi splitting with a single quantum dot in a photonic crystal nanocavity. Nature. 432, 200-203 (2004).
- Akimov, A. V., et al. Generation of single optical plasmons in metallic nanowires coupled to quantum dots. Nature. 450, 402-406 (2007).
- Noginov, M. A., et al. Demonstration of a spaser-based nanolaser. Nature. 460, 1110-1112 (2009).
- Zhang, X. Y., Zhang, T., Hu, A., Song, Y. J., Duley, W. W. Controllable plasmonic antennas with ultra narrow bandwidth based on silver nano-flags. Appl. Phys. Lett. 101, 153118 (2012).
- Tong, L., Zi, F., Guo, X., Lou, J. Optical microfibers and nanofibers: A tutorial. Opt. Comm. 285, 4641-4647 (2012).
- Morrissey, M. J., et al. Spectroscopy, manipulation and trapping of neutral atoms, molecules, and other particles using optical nanofibers: A review. Sensors. 13, 10449-10481 (2013).
- Kien, F. L., Dutta Gupta, S., Balykin, V. I., Hakuta, K. Spontaneous emission of a cesium atom near a nanofiber: Efficient coupling of light to guided modes. Phys. Rev. A. 72, 032509 (2005).
- Nayak, K. P., Melentiev, P. N., Morinaga, M., Kien, F. L., Balykin, V. I., Hakuta, K. Optical nanofiber as an efficient tool for manipulating and probing atomic fluorescence. Opt. Express. 15, 5431-5438 (2007).
- Nayak, K. P., Hakuta, K. Single atoms on an optical nanofiber. New J. Phys. 10, 053003 (2008).
- Nayak, K. P., Kien, F. L., Morinaga, M., Hakuta, K. Antibunching and bunching of photons in resonance fluorescence from a few atoms into guided modes of an optical nanofiber. Phys. Rev. A. 79, 021801 (2009).
- Yalla, R., Nayak, K. P., Hakuta, K. Fluorescence photon measurements from single quantum dots on an optical nanofiber. Opt. Express. 20, 2932-2941 (2012).
- Yalla, R., Kien, F. L., Morinaga, M., Hakuta, K. Efficient Channeling of Fluorescence Photons from Single Quantum Dots into Guided Modes of Optical Nanofiber. Phys. Rev. Lett. 109, 063602 (2012).
- Kien, F. L., Hakuta, K. Cavity-enhanced channeling of emission from an atom into a nanofiber. Phys. Rev. A. 80, 053826 (2009).
- Kato, S., Aoki, T. Strong coupling between a trapped single atom and an all-fiber cavity. Phys. Rev. Lett. 115, 093603 (2015).
- Hoffman, J. E., et al. Ultrahigh transmission optical nanofibers. AIP Advances. 4, 067124 (2014).
- Nayak, K. P., et al. Cavity formation on an optical nanofiber using focused ion beam milling technique. Opt. Express. 19, 14040-14050 (2011).
- Kien, F. L., Nayak, K. P., Hakuta, K. Nanofibers with Bragg gratings from equidistant holes. J. Modern Opt. 59, 274-286 (2012).
- Nayak, K. P., Hakuta, K. Photonic crystal formation on optical nanofibers using femtosecond laser ablation technique. Opt. Express. 21, 2480-2490 (2013).
- Nayak, K. P., Zhang, P., Hakuta, K. Optical nanofiber-based photonic crystal cavity. Opt. Lett. 39, 232-235 (2014).
- Becker, M., et al. Fiber Bragg grating inscription combining DUV sub-picosecond laser pulses and two-beam interferometry. Opt. Express. 16, 19169-19178 (2008).
