Характеристика анизотропными Дырявом режима модуляторы для 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

Большинство голографические технологии отображения, такие как Pixelated световые клапаны, а также MEMS устройств и объемной волны акустооптических модуляторов, слишком сложны, чтобы обеспечить широкое участие в их развитии. Неровной модуляторы, особенно с фильтрующими слоями и активных задних плоскостей может потребоваться несколько десятков шагов кучность построить ⁵ и может быть ограничено разветвления ^6. Чем больше число шагов кучность, чем выше сложность устройства, и тем плотнее протокол изготовление должен быть для достижения разумного выхода устройства ^7. Bulk-волновые акустооптических модуляторов не поддаются полупроводниковой пластине процессов на основе ^8,9. Анизотропные модуляторы негерметичных режим, однако, требуют только два формирования паттерна шаги для изготовления и использования относительно стандартных методов микротехнологий ^10,11. Доступность этих процессов позволяют любое учреждение со скромными установками для изготовления участвовать в разработке чТехнология дисплея olographic видео ^12.

Простота изготовления устройства может быть заманчиво, тем не менее, поскольку правильное функционирование устройств сильно зависит от волноводов, которые должны быть тщательно измеряется и регулируется для достижения желаемых характеристик устройства. Например, если волновод слишком глубоко, оперативной пропускной способности устройства будет сужен ^13. Если волновод слишком мелкой, устройство не может работать на красной подсветкой. Если волновод отжигают слишком долго, форма глубины профиля волновода будет искажена, а красный, зеленый и синий переходы не могут сидеть смежными в частотной области ^14. В данной работе авторы представляют инструменты и методы для выполнения этой характеристики.

Негерметичных режим модулятора состоит из протона обмениваются волновод indiffused на поверхности пьезоэлектрика, Х-среза ниобата лития субстрат ^15,16. На одном концеволновода представляет собой встречно- штыревой преобразователь алюминия, рисунок 1. Свет вводится в волновод с помощью призмы ответвитель ^17. Преобразователь затем запускает поверхностные акустические волны, которые взаимодействуют с contralinearly света в волноводе вдоль оси у. Это взаимодействие пары управляемые свет в дырявой режим , который просачивается из волновода в объеме и , наконец , выходит из подложки от края сталкиваются с ^18,19. Это взаимодействие также поворачивает поляризацию от TE-поляризованного света направленной на ТМ поляризованный свет вытекающей режима. Узор на поверхностных акустических волнах является голограмма, и он способен сканировать и формировать выходной свет, чтобы сформировать голографическое изображение.

Волновод создается путем протонного обмена. Во-первых, алюминий осаждается на подложку. Затем алюминий структурируют фото-фотолитографии и травлению выставить регионы подложки, чтобы стать волноводных каналов. Оставшийся алюминий действует как жесткиймаска. Подложку погружают в расплав бензойной кислоты, которая приводит к изменению индекса поверхности в облученные области. Устройство удаляется, очищают и отжигают в муфельной печи. Конечная глубина волновода определяет количество вытекающей режима переходов. Глубина волновода также определяет частоту каждого направляемого к режиме переходов для каждого цвета ^4.

Алюминиевые преобразователи образованы старту. После того, как образованы волноводы, Е-луч сопротивление формуют на подложку. Встречно-штыревой преобразователь структурируют с электронным пучком для формирования ЛЧМ-преобразователь, предназначенный для ответа на полосе 200 МГц отвечает за управление цветом в волноводных устройств. Период палец определяется Λƒ = V, где Λ, является периодом палец, V, является скорость звука в подложке и, ƒ, является радиочастотный (RF). Преобразователь будет иметь импеданс , который должен быть согласован с 75 Ом для эффективной работы ^20.

<р класс = "jove_content"> Управляемая уплотнении взаимодействия мод происходит при различных частотах для разных длин света подсветки, и в результате красный, зеленый и синий свет можно управлять в частотной области. Поверхность модели акустическая волна генерируется РЧ-сигнала, посылаемого на межпальцевых преобразователя. Радиочастотный входного сигнала перевести на пространственных частот на структуру поверхностной акустической волны. Волновод может быть изготовлен так, что низкочастотные сигналы управления угловую развертки и амплитуды красного света, в то время как средние частоты контролировать зеленый свет и высокие частоты управления синим светом. Авторы определили набор параметров волновода, которые позволяют все три из этих взаимодействий, чтобы быть отдельными и смежными в частотной области, так что все три цвета можно управлять с помощью одного сигнала 200 МГц, который является максимальная пропускная способность единиц товарных графических процессоров ( Графические процессоры).

Путем сопоставления пропускной способности канала GPUк тому, что из дырявой режима модулятора, система становится полностью параллельной и высокой степенью масштабируемости. При добавлении к пропускной способности соответствуют пары графических процессоров и негерметичных каналов в режиме модулятора, можно построить голографические дисплеи произвольного размера.

После того, как устройство будет создан, он тщательно характеризуется, чтобы убедиться, что частоты для управляемой к вытекающей режиме перехода подходят для регулирования частоты цвета. Во-первых, расположение волноводных мод определяются коммерческой призмы ответвитель, чтобы подтвердить, что волновод имеет соответствующую глубину и правильное число волноводных мод. Затем, после того, как эти устройства установлены и упакованы, они помещаются в пользовательской призмы ответвитель, преобразующий входные частоты сканированного выходного света. Полученные данные дает ответ входной частоты и угловой выходной отклик для красного, зеленого и синего света для устройства, подлежащего испытанию. Если устройство было изготовлено правильно, то ответ устройство ввода будет отделено вчастота и отклик на выходе будет перекрытие в угле. Когда это подтверждается, устройство готово к использованию в голографическом дисплее видео.

Первые измерения проводятся до того, как устройство было упаковано. Глубина волновод определяется коммерческой призм ответвитель. Это может быть достигнуто только с одной длиной волны освещения (как правило, 632 нм красный), но авторы изменили их коммерческой призмы ответвитель, чтобы позволить ему собрать информацию о режиме для красного, зеленого и синего света. После того, как упаковка, устройство проходит второе измерение в пользовательском призм ответвитель, который записывает преломленного выходного света в зависимости от входного сигнала RF. Подробное описание этих измерений следующим образом. также приведены шаги изготовления.

Protocol

1. Начальная подготовка Примечание: Начните с нового Х-среза ниобата лития пластины. Она должна быть оптического качества, толщиной 1 мм, чистый, ни с чем, нанесенной на поверхность, обе стороны отполирована, а верхняя сторона обозначена. Использование электронно-лучевой испар?…

Representative Results

Принципиальные результаты протокола выше направляемая режим измерения от коммерческого ответвитель призмы , показанной на рисунке 2, на одной частоте, необработанные входные / выходные данные , полученные из индивидуальных призм ответвитель показано на <strong…

Discussion

Конструкция каждого устройства имеет два важных шагов, обмена протонов и развитие LOR. Из этих двух протонной обменной время определяет глубину волновода, который, в свою очередь, определяет количество направляется в негерметичных режиме переходов, ширина полосы частот контролируемой,…

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