Fabrication et caractérisation de guides d'ondes à cristal photonique lumière lente et les cavités
Summary
Utilisation des guides d'ondes à cristal photonique de lumière lente et des cavités a été largement adopté par la communauté de la photonique dans de nombreuses applications différentes. Par conséquent fabrication et la caractérisation de ces dispositifs sont d'un grand intérêt. Le présent document décrit notre technique de fabrication et deux méthodes de caractérisation optiques, à savoir: diffusion interférométrique (guides) et de résonance (cavités).
Abstract
Lumière lente a été l'un des sujets chauds de la communauté de la photonique dans la dernière décennie, suscitent beaucoup d'intérêt tant d'un point de vue fondamental et pour son potentiel considérable pour des applications pratiques. Lents lumière guides d'ondes à cristaux photoniques, en particulier, ont joué un rôle majeur et ont été utilisés avec succès pour retarder les signaux optiques 1-4 et la mise en valeur de ces deux dispositifs linéaires et non linéaires 5-7 8-11.
Cavités à cristaux photoniques obtenir des effets similaires à ceux de guides d'ondes lumineuses lents, mais sur une réduction de la bande passante. Ces cavités offrent ratio élevé Q-factor/volume, pour la réalisation de 12 et optiquement pompé électriquement 13 lasers seuils très faibles et l'amélioration des effets non linéaires. 14-16 De plus, les filtres passifs 17 et 18-19 modulateurs ont été démontrés, présentant ultra-étroite largeur de raie, grande spectrale libre rvaleurs ange et l'enregistrement de faible consommation d'énergie.
Pour atteindre ces résultats passionnants, un protocole de fabrication robuste reproductible doit être développée. Dans cet article, nous jeter un regard en profondeur sur notre protocole de fabrication qui emploie lithographie électronique pour la définition des modèles de cristaux photoniques et utilise des techniques de gravure sèche et humide. Nos résultats optimisés recette de fabrication de cristaux photoniques qui ne souffrent pas d'asymétrie verticale et présentent une très bonne rugosité des bords mur. Nous discutons les résultats de la variation des paramètres de gravure et les effets néfastes qu'ils peuvent avoir sur un dispositif, conduisant à une route de diagnostic qui peuvent être prises pour identifier et éliminer les problèmes similaires.
La clé de l'évaluation de guides de lumière lente est la caractérisation passive de transmission et les spectres d'index du groupe. Diverses méthodes ont été signalés, en particulier la résolution des franges de Fabry-Perot du spectre de transmission d'un 20-21techniques d interférométriques. 22-25 Nous décrivons ici un lien direct, technique de mesure à large bande combinant interférométrie spectrale à transformée de Fourier analyse. 26 Notre méthode se distingue par sa simplicité et sa puissance, que nous pouvons caractériser un cristal photonique nue avec des guides d'ondes d'accès, sans besoin de pour des composantes d'interférence sur la puce, et l'installation ne se compose que d'un interféromètre de Mach-Zehnder, sans avoir besoin de pièces mobiles et les balayages de retard.
Lors de la caractérisation des cavités à cristaux photoniques, des techniques impliquant des sources internes 21 ou guides d'ondes externes directement couplé à la cavité 27 impact sur la performance de la cavité elle-même, ce qui fausse la mesure. Ici, on décrit une technique nouvelle et non intrusif qui rend l'utilisation d'un faisceau sonde à polarisation croisée et que l'on appelle diffusion résonante (RS), où la sonde est couplée hors du plan dans la cavité à travers un objectif. La technique a été la première démonstrationted par McCutcheon et coll. 28 et développé par Galli et al 29.
Protocol
Representative Results
Discussion
Exemple de fabrication
Notre choix de résister à faisceau d'électrons (c.-à-ZEP 520A) est due à sa résolution élevée et simultanément résistance à la gravure. Nous croyons que 520A ZEP peut être affectée par la lumière ultraviolette émise par des feux de laboratoire généraux, à ce titre, nous vous recommandons de placer spin-enduites échantillons dans des récipients opaques aux UV tout en les déplaçant d'un laboratoire à un autre.
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The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Les auteurs remercient le Dr Matteo Galli, le Dr Simone L. Portalupi et le professeur Lucio C. Andreani de l'Université de Pavie pour des discussions utiles liées à la technique de RS et de l'exécution des mesures.
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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