אפיון אניזוטרופי הרותחת מצב מאפננים עבור Holovideo

Summary

This work describes fabrication and characterization of anisotropic leaky mode modulators for holographic video.

Abstract

Holovideo displays are based on light-bending spatial light modulators. One such spatial light modulator is the anisotropic leaky mode modulator. This modulator is particularly well suited for holographic video experimentation as it is relatively simple and inexpensive to fabricate^1-3. Some additional advantages of leaky mode devices include: large aggregate bandwidth, polarization separation of signal light from noise, large angular deflection and frequency control of color¹. In order to realize these advantages, it is necessary to be able to adequately characterize these devices as their operation is strongly dependent on waveguide and transducer parameters⁴. To characterize the modulators, the authors use a commercial prism coupler as well as a custom characterization apparatus to identify guided modes, calculate waveguide thickness and finally to map the device’s frequency input and angular output of leaky mode modulators. This work gives a detailed description of the measurement and characterization of leaky mode modulators suitable for full-color holographic video.

Introduction

רוב טכנולוגיות תצוגה הולוגרפית, כגון שסתומי אור pixelated כמו גם התקני MEMS וגל בתפזורת מאפנני acousto האופטי, הן מורכבות מכדי לאפשר השתתפות רחבה בהתפתחותם. מאפנני pixelated, במיוחד אלו עם שכבות מסנן ומטוסים בחזרה פעילים עשויים לדרוש עשרות צעדי דפוסים לבנות ⁵ עשויים להיות מוגבלים על ידי אוהד-אאוט ^6. ככל שמספר של דפוסי שלבים גבוהים יותר את המורכבות המכשירות, ואת דוק פרוטוקול הייצור חייב להיות על מנת להשיג תשואת מכשיר סבירה ^7. מאפנני acousto האופטי גורף-גל לא להשאיל את עצמם רקיק תהליכים המבוססים ^8,9. מאפננים דולף מצב אניזוטרופי, לעומת זאת, דורשים רק שני צעדי דפוסים לפברק ולנצל טכניקות microfabrication סטנדרטיות יחסית ^10,11. גברת הנגישות של תהליכים אלה מאפשרת כל מוסד עם מתקני ייצור צנועים להשתתף בפיתוח של hטכנולוגיית תצוגת וידאו olographic ^12.

הפשטות של ייצור מכשיר יכולה להיות מתעתעת, לעומת זאת, כמו על התפקוד התקין של ההתקן תלוי מאוד על בגלבו אשר חייב להימדד בזהירות מותאמת כדי להשיג את מאפייני מכשיר הרצויים. לדוגמא, אם מוליך הגל הוא עמוק מדי, את רוחב הפס המבצעי של המכשיר ייסגר ^13. אם מדריך הגל הוא רדוד מדי, ייתכן שהמכשיר לא עובד לתאורת אדום. אם מוליך הגל הוא מרותק זמן רב מדי, את הצורה של פרופיל העומק של מוליך הגל תהיה מעוותת, ואת המעברים האדומים, ירוק וכחול לא יכולים לשבת סמוכים בתחום התדר ^14. בעבודה זו המחברים מציגים את הכלים והטכניקות לבצע אפיון זה.

אפנן המצב הדולף מורכב פרוטון החליף מוליך גל indiffused על פני השטח של פיזואלקטריים, X-לחתוך מצע niobate ליתיום ^15,16. בקצה אחדשל מוליך הגל הוא מתמר interdigital אלומיניום, ראה איור 1. אור מוחדר מוליך הגל באמצעות מצמד פריזמה ^17. מתמר מכן משיקה משטח גלים אקוסטיים אשר אינטראקציה contralinearly עם אור מוליך גל לאורך ציר ה- y. זוגות אינטראקציה זו הנחתת אור למצב דולף אשר דולף החוצה של מוליך הגל לתוך בתפזורת ולבסוף יוצא המצע מהקצה להתמודד ^18,19. אינטראקציה זו גם מסובבת את הקיטוב מן האור מודרך מקוטב TE כדי TM מקוטב אור במצב דולף. דפוס גל אקוסטי השטח הוא הולוגרמה, וזה מסוגל סריקה בעיצוב אור הפלט כדי ליצור תמונה הולוגרפית.

מוליך הגל נוצר על ידי חילופי פרוטון. ראשית, אלומיניום מופקד על פני המצע. ואז האלומיניום הוא בדוגמת צילום lithographically וחרוטים לחשוף אזורים של המצע היכולת להפוך לערוץ מוליך גל. האלומיניום נותר משמש קשהמסכה. המצע הוא שקוע בתוך להמס של חומצה בנזואית משנה מדד השטח באזורים החשופים. המכשיר מוסר, ניקה מרותק בתוך תנורי מופל. העומק הסופי של מוליך הגל קובע את מספר מעברי מצב הדולפים. עומק מוליך הגל גם מקובע את התדירות של כל מעברים מודרכים אל מצב עבור כל צבע ^4.

מתמר האלומיניום נוצרים על ידי שיגור. לאחר בגלבו נוצרות, אלקטרוני קרן להתנגד הוא הסתובב על גבי המצע. מתמר interdigital הוא בדוגמת עם אלומת אלקטרונים כדי ליצור מתמר צייצה נועד לענות על הלהקה 200 מגה-הרץ אחראית על בקרת צבע בהתקנים מוליך גל. תקופת אצבע נקבעת על ידי Λƒ = v שם, Λ, היא התקופה אצבע, v, היא מהירות הקול ב המצע, ƒ, הוא תדר רדיו (RF). המתמר יהיה עכבה שחייבת להתקיים כדי 75 אוהם עבור תפעול יעיל ^20.

<p class = "jove_content"> מודרך לאינטראקציה מצב דולפים מתרחשת בתדרים שונים עבור אורכי גל שונים של אור תאורה וכתוצאה מכך אדום, ירוק, וכחול בהיר ניתן לשלוט בתחום התדר. תבנית גל המשטח אקוסטי מופקת על ידי אות RF נשלחה מתמר interdigital. ה- RF של אות קלט לתרגם תדרים מרחביים על דפוס גל אקוסטי השטח. מוליך גל יכול להיות מפוברק כך אותות בתדר נמוך לשלוט לטאטא זוויתי משרעת של אור אדום אך התדרים באמצע לשלוט באור ירוק תדרים גבוהים לשלוט באור כחול. המחברים זיהו סט של פרמטרים מוליכים גל המאפשרים כל השלוש אינטראקציות אלה להיות נפרדים ובצמוד בתחום התדר כך כל שלושת הצבעים ניתן לשלוט עם אות אחת 200 MHz, אשר הוא רוחב הפס המקסימאלי של יחידות עיבוד גרפיקת סחורות ( GPUs).

על ידי התאמת רוחב הפס של ערוץ GPUלזה של אפנן מצב דולף, המערכת הופכת מקבילה לחלוטין ניתן להרחבה. על ידי הוספת זוגות מתאימות רוחב פס של GPUs וערוצים אפננו מצב דולפים, אפשר לבנות מציג הולוגרפית של גודל שרירותי.

לאחר שהמכשיר נוצר, זה מאופיין בקפידה על מנת לוודא כי תדרי מעבר מצב מודרך אל הדולף מתאימים בקרת תדר של צבע. ראשית, את המיקום של המצב המודרך נקבע על ידי מצמד פריזמה מסחרי לאשר כי המוליך הגל יש את העומק המתאים ואת המספר הנכון של מצב מודרך. ואז, לאחר מכשירים מורכבים וארוזים, הם ממוקמים בתוך מצמד פריזמה מנהג הממפה את תדרי קלט של האור הפלט הסרוק. כתוצאת הנתונים נותנים את תגובת תדר הקלט ותגובת הפלט זוויתי עבור אור אדום, ירוק וכחול עבור המכשיר להיבדק. אם ההתקן כבר מפוברק כראוי, תגובת קלט המכשיר תופרדתדירות תגובת הפלט תהיה חופפי זווית. כאשר זה הוא אשר, המכשיר מוכן לשימוש צג וידאו הולוגרפי.

המדידות הראשונות תתקיימנה לפני שהמכשיר כבר ארוזים. עומק מוליך הגל נקבע על ידי מצמד פריזמה מסחרי. ניתן להשיג זאת רק עם גל תאורה אחד (בדרך כלל 632 ננומטר אדום) אך המחברים שינית מצמד פריזמה מסחרי שלהם כדי לאפשר לו לאסוף מידע מצב עבור אור אדום, ירוק וכחול. לאחר אריזה, המכשיר עובר מדידה שנייה מצמד פריזמה מנהג אשר רשום אור פלט מוסח כפונקציה של RF קלט. תיאור מפורט של מדידות אלה כדלקמן. צעדי ייצור הם גם נתונים.

Protocol

1. הכנה ראשונית הערה: התחל עם רקיק niobate ליתיום חדש X-משמעי. זה צריך להיות כיתה אופטית, 1 מ"מ עובי, נקיה, בלי שום דבר שהופקד על פני השטח, שני הצדדים מלוטשים, והצד העליון מסומן. באמצעות מכונת אלקטר?…

Representative Results

תוצאות העיקרון בפרוטוקול לעיל הנן מדד המצב המודרך יוצא מצמד פריזמה המסחרי שמוצג באיור 2, התדר היחיד, קלט גלם / נתוני תפוקה שנאספו מצמד פריזמה אישית שמוצגים באיור 8 ואת העקומות הססגוניות שמוצגות באיור 9. בפסקאות הבאות נדונו …

Discussion

העיצוב של כל התקן יש שני שלבים קריטיים, חילופי פרוטון ופיתוח של שרה"ט. מבין השניים, הפעם חילופי פרוטון קובע את העומק של מוליך גל, אשר בתורו קובע את מספר מודרך מעברים מצב דולפים, את רוחב הפס תדירות לשליטה, וכל פרמטר העיצוב מפתח לכל צבע האור. שני מצבים מודרכים באדום הוא …

Materials

X-Cut Lithium Niobate	Gooch and Housego	99-00630-01	Lithium Niobate 3″ Diameter X-CUT Wafer 1mm Polish/Polish
Positive Photo Resist 1	EMD Performance Materials	AZ 3330 F Photoresist	Used in the creation of the proton exchange mask.
Photoresist Developer	EMD Performance Materials	AZ MIF 300	Develops AZ3330 and LOR 3A
Aluminium	International Advanced Materials	AL13	99.999% Pure
Aluminium Etch	Transene	Type A Aluminum Etchant
Benzoic Acid	Sigma Aldrich	109479-500G	99% Pure
Acetone	Fisher Chemical	UN1009
IPA	Fisher Chemical	UN1219	99.5% pure Isopropyl Alcohol
Acidic Piranha etch	Cyantek Corperation	Nanostrip
Under Layer Resist	Micro Chem	LOR 3A	Bottom layer used for liftoff.
Positive Photo Resist	Micro Chem	950 PMMA A9	Top layer used for liftoff
Anisole	Micro Chem	A Thinner
Conductive polymer aqueous solution	Mitsubishi Rayon Company	AquaSAVE
MIBK (4-Methyl-2-pentanone)	Sigma Aldrich	360511	Develops PMMA
NMP (1-methyl-2-pyrrolidone)	Sigma Aldrich	328634	Used for liftoff
Name of the Equipment	Company	Catalog Number	Comments/ Description
E-beam Evaporator	Denton Vacuum	Integrity 20	Any equivalent equipment would suffice.
Thin Film Spinner	Laurell Technologies Corporation	WS-400A-6NPP-LITE	Any equivalent equipment would suffice.
Mask Aligner	Karl Suss America Inc.	MA 150 CC	Any equivalent equipment would suffice.
Automatic Dicing Saw	Disco Corperation	Disco Dad 320	Any equivalent equipment would suffice.
Muffle Furnace	Thermo Scientific	FB1415M	Any equivalent equipment would suffice.
Electron Microscope	FEI	XL30 ESEM	Any equivalent equipment would suffice.
Dehydration Oven	Lab-Line Instruments	Ultra-Clean 100  (3497M-3)	Any equivalent equipment would suffice.
Hot Plate	Thermo Scientific	SP131325	Any equivalent equipment would suffice.
Polisher	Ultra Tec Mfg., Inc.	Ultrapol End & Edge Polisher	Any equivalent equipment would suffice.
Class IIIb 12V RBG Lasers: Wavelengths(nm): 638, 532, and 445			Bought second-hand. Probably pulled from a laser projector. Any equivalent equipment would suffice.
Signal Generator	Agilent	8648D	Now found at Keysight. Obsolete. Any equivalent equipment would suffice. Needed Frequency sweep 9 KHz-1000 MHz.
Signal Amplifier	Mini-Circuits	TB-17	Necessary only to overcome the limitations of the signal generator.
Power Meter Controller	ThorLabs	PM100D	With power meter model S130C. Any equivalent equipment would suffice. Needed sensitivity 500pW
Linear Actuator Controller	Newport	ESP7000	With linear actuator model MFN25PP. Any equivalent equipment would suffice. Needs 0.1mm accuracy.
AutomatedDeviceCharacterization.vi	LabView	Experimental Control Software by BYU	Found in the appendix
CompareWDMmodes.m	MATLab	Analytical Software by BYU	Found in the appendix