Holovideo için Eşyönsüz Çatlak Modu Modülatörleri Karakterizasyonu

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

Böyle pikselli ışık vanalar yanı sıra MEM cihazlar ve toplu dalga acousto-optik modülatörleri olarak en holografik görüntü teknolojileri, onların gelişiminde geniş katılımlı sağlamak için çok karmaşık. Pikselli modülatörleri, filtre katmanları ve aktif arka uçakları ile özellikle ⁵ oluşturmak için desenlendirme adımlar onlarca gerektirebilir ve fan-out ⁶ ile sınırlı olabilir. Cihaz karmaşıklığı yüksek desen sayısı adımları büyüktür ve sıkı üretim protokolü makul cihaz verimi ⁷ ulaşmak olmalıdır. Toplu dalga acousto-optik modülatörler tabanlı süreçleri ^8,9 gofret kendilerini ödünç yok. Anizotropik sızdıran mod modülatörleri Bununla birlikte, imal ve nispeten standart mikroimalat teknikleri ^10,11 kullanmak için sadece iki desenleme adımlar gerektirir. mütevazı fabrikasyon tesisleri ile herhangi bir kurum h gelişimine katılmak için bu süreçlerin erişilebilirlik mümkün haleolographic video görüntü teknolojisi ^12.

cihazların doğru fonksiyonu dikkatle ölçülmüş ve istenen aygıt özellikleri elde etmek için ayarlanmış olmalıdır dalga kılavuzları üzerine sıkı bir şekilde bağlıdır gibi aygıt fabrikasyon basitlik, ancak aldatıcı olabilir. Dalga çok derin Örneğin, cihazın operasyonel bant genişliği ¹³ daralmış olacaktır. dalga kılavuzu çok sığ ise, cihaz kırmızı aydınlatma çalışmayabilir. Dalga çok uzun tavlanır ise, dalga kılavuzu derinlik profilinin şekli bozuk olacak ve kırmızı, yeşil ve mavi geçişler frekans alanında ¹⁴ bitişik oturmak olmayabilir. Bu çalışmada yazarlar bu karakterizasyonu gerçekleştirmek için araçlar ve teknikler mevcut.

Bir proton lityum niobat substrat ^15,16-kesim X bir piezoelektrik yüzeyinde indiffused dalga kılavuzu alışverişinde sızdıran modu modülatörü içerir. Sondan birincidalga kılavuzu bir alüminyum İnterdijital dönüştürücü değildir, bakınız Şekil 1. Işık prizma bağlayıcı ¹⁷ ile dalga kılavuzu sokulur. dönüştürücü sonra y ekseni boyunca dalga kılavuzundaki ışık ile contralinearly etkileşim akustik dalgalar yüzey başlattı. Toplu içine dalga kılavuzunun dışarı sızar ve nihayet kenarından alt tabakayı çıkar sızdıran moduna ışık güdümlü Bu etkileşim çiftler ^18,19 karşıya. Bu etkileşim de TM sızdıran mod ışığı polarize TE polarize güdümlü ışıktan polarizasyon döner. Yüzey akustik dalga modeli bir hologram 'dır, ve tarama ve holografik bir görüntü oluşturmak için çıkış ışığı şekillendirme özelliğine sahiptir.

Dalga proton değişim tarafından oluşturulur. İlk olarak, alüminyum alt-tabaka üzerine bırakılır. Sonra alüminyum dalga kanalları olmak için substrat bölgeleri göstermek için fotoğraf lithographically ve kazınmış desenli. Geri kalan alüminyum sert olarak hareket edermaske. alt-tabaka maruz kalan bölgelerde yüzeye endeksi değiştirir benzoik asit eriyiği içine daldırılmaktadır. Cihaz çıkarılır temizlenmiş ve bir mufla fırınında tavlanmaktadır. dalga kılavuzunun derinliğine sızıntılı mod geçiş sayısını belirler. Dalga derinliği de her renk ⁴ her güdümlü to-mod geçişleri sıklığını belirler.

Alüminyum dönüştürücüler liftoff ile oluşturulmaktadır. dalga kılavuzu oluşturulur sonra, bir E-ışını substrat üzerine döndürülür karşı. Bir birlisme dönüştürücü dalga cihazlarda renk kontrol etmekten sorumlu 200 MHz bandında yanıt vermek için tasarlanmış bir şekilde daraltılmış dönüştürücüyü oluşturmak için bir elektron ışını ile desenli. Parmak süresi Λƒ = parmak dönemi, Λ v, v ile belirlenir, ƒ, radyo frekansı (RF) ise, alt-tabaka içinde ses hızı ve. Dönüştürücü verimli çalışması ²⁰ 75 ohm uygun olmalıdır bir empedans sahip olacaktır.

<sızdıran mod etkileşim güdümlü p class = "jove_content"> aydınlatma ışığı farklı dalga boylarında farklı frekanslarda ve kırmızı, yeşil ve mavi ışık frekans kontrol edilebilir bir sonucu olarak ortaya çıkar. Yüzey akustik dalga modeli interdijital dönüştürücüye gönderilir bir RF sinyali ile oluşturulur. Giriş sinyalinin RF yüzey akustik dalga deseni uzaysal frekansları çevirmek. düşük frekanslı sinyaller kırmızı ışık açısal süpürme ve genlik kontrol böylece orta frekansları yeşil ışık kontrol ve yüksek frekanslar mavi ışık kontrol ederken dalga kılavuzu, imal edilebilir. Yazarlar, bu etkileşimlerin, üç frekans, ayrı ve bitişik olmasını sağlar dalga kılavuzu bir parametre seti belirledik, böylece tüm üç renk meta grafik işleme birimlerinin maksimum bant (tek bir 200 MHz sinyal ile kontrol edilebilir GPU'lar).

GPU kanalının bant genişliği eşleştirerekBir sızdıran mod modülatörü olduğu için sistem tamamen paralel ve yüksek ölçeklenebilir hale gelir. GPU ve sızan mod modülatör kanallarının bant genişliği eşleşen çiftleri ekleyerek, kimse keyfi boyutta holografik görüntüler inşa edebilir.

Cihaz oluşturulduktan sonra, dikkatli güdümlü-to-sızdıran mod geçiş için frekanslar renk frekans kontrolü için uygun olduğunu doğrulamak için karakterize edilir. İlk olarak, güdümlü modları yeri dalga uygun derinlik ve güdümlü modları doğru sayıda sahip olduğunu doğrulamak için ticari bir prizma coupler tarafından belirlenir. cihazlar monte edilen ve paketlenen sonra daha sonra, taranmış çıkış ışık giriş frekanslarını eşleştiren bir özel prizma bağlayıcı yerleştirilir. Elde edilen veriler frekans giriş tepkisi ve cihaz test edilecek için kırmızı, yeşil ve mavi ışık için açısal çıkış yanıtını verir. aygıt doğru imal edilmiştir, cihaz, giriş yanıtı ayrılacaktırfrekans ve çıkış tepkisi açıda üst üste olacak. Bu teyit edildiğinde, cihaz holografik video görüntüsüne kullanıma hazırdır.

Cihaz paketlenmeden önce ilk ölçümler yapılır. Dalga kılavuzu derinliği ticari bir prizma bağlayıcı ile belirlenir. Bu sadece bir aydınlatma dalga boyu ile gerçekleştirilebilir (tipik 632 kırmızı nm) ama yazarlar, kırmızı, yeşil ve mavi ışık modu bilgileri toplamak için izin ticari prizma kuplörünü değiştirdiniz. Doldurma işleminden sonra, cihaz, giriş RF bir fonksiyonu olarak kıvrılmış çıkış ışığı kaydeden bir özel prizma bağlayıcı ikinci bir ölçüm maruz kalır. Bu ölçümlerin ayrıntılı bir açıklaması aşağıdadır. Fabrikasyon adımları da verilmiştir.

Protocol

1. İlk Hazırlık Not: Yeni X-kesim lityum niobat gofret ile başlayın. Bu yüzeyde biriken hiçbir şey temiz 1 mm kalınlığında optik sınıf, olmalı, her iki tarafın da cilalı ve üst taraf oldu. 50 μTorr bir vakumda bir elektron ışını buharlaştıncı ya da eşdeğer bir makine kullanarak, 5 A / sn gofret alüminyum, 200 nm buharlaşır. sunulan sonuçları çoğaltmak için, gofret takımyıldızı alüminyum pota üstünde 65 cm yerleştirin. 60 saniye boyunca 3000 rpm&#39…

Representative Results

Protokol prensibi Yukarıdaki sonuçlar, Şekil 2, tek bir frekansta gösterilen ticari prizma, birleştiriciden dışarı yönlendirme modunda ölçüsüdür, özel prizma bağlayıcı elde edilen ham giriş / çıkış veri, Şekil 8'de gösterilen ve çok renkli eğrileri Şekil 9'da gösterilmektedir. aşağıdaki paragraflarda bu çıkışların her biri tarafından üretilen işlem bilgilerini tartışmak. <p class="jov…

Discussion

Her cihazın tasarımı iki kritik adım, proton değişim ve LOR gelişimi vardır. iki ki, proton değişim zamanı sırayla sızan mod geçişleri, kontrol frekans bant genişliği ve ışığın her renk için her tuş tasarım parametresi güdümlü sayısını belirler dalga kılavuzu, derinliğini belirler. kırmızı iki rehberli modu arzu edilir. daha sonra varsa bant genişliği kurban. az exist sonra hiçbir sızdıran mod geçiş güdümlü takdirde garanti edilir. istenilen sonucu elde etmek için proton de…

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