Holovideo के लिए एनिस्ट्रोपिक टपका हुआ मोड Modulators की विशेषता
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 fabricate1-3. 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
ऐसे pixelated प्रकाश वाल्व के रूप में अच्छी तरह से एमईएमएस उपकरणों और थोक लहर acousto ऑप्टिक modulators के रूप में सबसे होलोग्राफिक प्रदर्शन प्रौद्योगिकियों, भी उनके विकास में व्यापक भागीदारी के लिए अनुमति देने के लिए जटिल हैं। Pixelated modulators, विशेष रूप से फिल्टर परतों और सक्रिय वापस विमानों के साथ उन 5 के निर्माण के लिए patterning कदम के दर्जनों आवश्यकता हो सकती है और पंखे से 6 तक सीमित हो सकती है। अधिक से अधिक patterning की संख्या कदम उच्च डिवाइस जटिलता, और तंग निर्माण प्रोटोकॉल उचित डिवाइस उपज 7 प्राप्त करने के लिए किया जाना चाहिए। थोक-लहर acousto ऑप्टिक modulators खुद को उधार नहीं आधारित प्रक्रियाओं 8,9 वफ़र के लिए करते हैं। एनिस्ट्रोपिक टपकाया मोड modulators, हालांकि, निर्माण और अपेक्षाकृत मानक तकनीक microfabrication 10,11 का उपयोग करने के लिए केवल दो patterning कदम की आवश्यकता है। इन प्रक्रियाओं की पहुंच के लिए यह संभव बनाने के मामूली निर्माण सुविधाओं के साथ किसी भी संस्था ज के विकास में भाग लेने के लिएolographic वीडियो डिस्प्ले प्रौद्योगिकी 12।
उपकरण निर्माण की सादगी आकर्षक हो सकता है, हालांकि, के रूप में उपकरणों के समुचित कार्य जोरदार waveguides जो ध्यान से मापा जाना चाहिए और वांछित डिवाइस विशेषताओं को प्राप्त करने के लिए समायोजित पर निर्भर है। उदाहरण के लिए, यदि waveguide भी गहरी है, डिवाइस के परिचालन बैंडविड्थ 13 संकुचित हो जाएगा। तो लहर गाइड भी उथले है, डिवाइस लाल रोशनी के लिए काम नहीं कर सकते। Waveguide भी लंबे समय annealed है, तो waveguide की गहराई प्रोफ़ाइल के आकार विकृत हो जाएगा, और, लाल, हरे और नीले रंग के संक्रमण आवृत्ति डोमेन 14 में आसन्न नहीं बैठ सकते। इस काम में लेखकों उपकरणों और तकनीकों को पेश इस लक्षण वर्णन करने के लिए।
टपकाया मोड न्यूनाधिक होते हैं की एक प्रोटॉन एक piezoelectric की सतह पर indiffused waveguide विमर्श, एक्स-कटौती लिथियम niobate सब्सट्रेट 15,16। एक ओरके waveguide एक एल्यूमीनियम interdigital ट्रांसड्यूसर है, चित्रा 1 देखें। प्रकाश waveguide एक चश्मे युग्मक 17 का उपयोग करने में पेश किया है। ट्रांसड्यूसर तो ध्वनिक तरंगों जो y अक्ष के साथ waveguide में प्रकाश के साथ बातचीत contralinearly सतह की शुरूआत। इस बातचीत युगल एक टपकाया मोड जो थोक में waveguide के बाहर लीक और अंत में बढ़त से सब्सट्रेट बाहर निकालता में निर्देशित प्रकाश 18,19 सामना करना पड़ता है। यह बातचीत भी ते ध्रुवीकरण निर्देशित प्रकाश से ध्रुवीकरण टीएम ध्रुवीकरण को टपकाया मोड प्रकाश घूमता है। सतह ध्वनिक लहर पैटर्न होलोग्राम है, और यह स्कैनिंग और उत्पादन प्रकाश को आकार देने में एक होलोग्राफिक छवि बनाने के लिए सक्षम है।
waveguide प्रोटॉन विनिमय द्वारा बनाई गई है। सबसे पहले, एल्यूमीनियम सब्सट्रेट पर जमा किया जाता है। तब एल्यूमीनियम सब्सट्रेट के क्षेत्रों को बेनकाब करने के waveguide चैनलों बनने के लिए नमूनों है तस्वीर-पत्थर के छापे से छापने से और etched। शेष एल्यूमीनियम एक मुश्किल के रूप में कार्यमुखौटा। सब्सट्रेट benzoic एसिड की एक पिघल जो उजागर क्षेत्रों की सतह के सूचकांक बदल में डूब जाता है। डिवाइस, हटा साफ है और एक ओढ़ना भट्ठी में annealed है। waveguide के अंतिम गहराई टपकाया मोड संक्रमण की संख्या निर्धारित करता है। Waveguide गहराई भी हर रंग 4 के लिए प्रत्येक निर्देशित करने वाली मोड संक्रमण की आवृत्ति निर्धारित करता है।
एल्यूमीनियम ट्रांसड्यूसर liftoff से बनते हैं। बाद waveguides का गठन कर रहे हैं, एक ई-बीम का विरोध सब्सट्रेट पर घूमती है। एक interdigital ट्रांसड्यूसर 200 मेगाहर्ट्ज बैंड waveguide उपकरणों में रंग को नियंत्रित करने के लिए जिम्मेदार करने के लिए प्रतिक्रिया करने के लिए बनाया गया एक chirped ट्रांसड्यूसर के लिए फार्म एक इलेक्ट्रॉन बीम के साथ नमूनों है। उंगली अवधि Λƒ = वी जहां, Λ, उंगली की अवधि है, वी द्वारा निर्धारित किया जाता है, सब्सट्रेट में ध्वनि के वेग है और ƒ, रेडियो फ्रीक्वेंसी (आरएफ) है। ट्रांसड्यूसर एक प्रतिबाधा कि कुशल संचालन 20 के लिए 75 ओम के अनुरूप होना चाहिए होगा।
<पी वर्ग = "jove_content"> टपकाया मोड बातचीत करने के लिए निर्देशित रोशनी प्रकाश की तरंग दैर्ध्य के लिए अलग अलग आवृत्तियों पर और एक परिणाम, लाल, हरे और नीले प्रकाश आवृत्ति डोमेन में नियंत्रित किया जा सकता रूप में होता है। सतह ध्वनिक लहर पैटर्न interdigital ट्रांसड्यूसर के लिए भेजा एक आरएफ संकेत से उत्पन्न होता है। इनपुट संकेत के आरएफ सतह ध्वनिक लहर पैटर्न पर स्थानिक आवृत्तियों के लिए अनुवाद करते हैं। इतना है कि कम आवृत्ति संकेतों कोणीय झाडू और लाल बत्ती के आयाम को नियंत्रित waveguide गढ़े जा सकता है, मध्य आवृत्तियों हरे रंग की रोशनी को नियंत्रित करने और उच्च आवृत्तियों नीले प्रकाश को नियंत्रित करते हैं। लेखकों waveguide पैरामीटर है कि इन मुलाकातों के सभी तीन अलग-अलग और आवृत्ति डोमेन में आसन्न होने की अनुमति का एक सेट की पहचान की है, ताकि सभी तीन रंग का एक भी 200 मेगाहर्ट्ज संकेत है जो वस्तु ग्राफिक्स प्रसंस्करण इकाइयों की अधिकतम बैंडविड्थ (है के साथ नियंत्रित किया जा सकता है कि GPUs)।एक GPU चैनल की बैंडविड्थ मिलान करकेएक टपकाया मोड न्यूनाधिक की है कि, इस प्रणाली को पूरी तरह से समानांतर और उच्च स्केलेबल हो जाता है। GPUs और टपकाया मोड न्यूनाधिक चैनलों की बैंडविड्थ मिलान जोड़े को जोड़ कर, एक मनमाने ढंग से आकार के होलोग्राफिक प्रदर्शित करता है का निर्माण कर सकता है।
बाद डिवाइस बनाई गई है, इसे ध्यान से सत्यापित करने के लिए कि निर्देशित करने वाली टपकाया मोड संक्रमण के लिए आवृत्तियों रंग की आवृत्ति नियंत्रण के लिए उपयुक्त हैं विशेषता है। सबसे पहले, निर्देशित मोड के स्थान के लिए एक वाणिज्यिक चश्मे युग्मक से निर्धारित होते हैं waveguide उचित गहराई और निर्देशित मोड की सही संख्या है कि इस बात की पुष्टि करने के लिए। फिर, के बाद उपकरणों घुड़सवार और पैक कर रहे हैं, वे एक कस्टम चश्मे युग्मक जो स्कैन उत्पादन प्रकाश के इनपुट आवृत्तियों नक्शे में रखा जाता है। परिणामी डेटा आवृत्ति इनपुट प्रतिक्रिया और, लाल, हरे और नीले रंग की रोशनी के लिए उपकरण का परीक्षण किया जा करने के लिए कोणीय उत्पादन प्रतिक्रिया देता है। डिवाइस सही ढंग से गढ़े किया गया है, तो डिवाइस इनपुट जवाब में अलग हो जाएगाआवृत्ति और उत्पादन प्रतिक्रिया कोण में ओवरलैपिंग होगा। जब इस बात की पुष्टि की है, इस उपकरण में एक होलोग्राफिक वीडियो प्रदर्शन में इस्तेमाल के लिए तैयार है।
पहली माप जगह ले डिवाइस पैक किया गया है पहले। waveguide गहराई एक वाणिज्यिक चश्मे युग्मक से निर्धारित होता है। यह सिर्फ एक रोशनी तरंग दैर्ध्य के साथ पूरा किया जा सकता है (आमतौर पर 632 एनएम लाल), लेकिन लेखक अपनी व्यावसायिक चश्मे युग्मक संशोधित किया है यह लाल, हरे और नीले रंग की रोशनी के लिए मोड में जानकारी इकट्ठा करने के लिए अनुमति देने के लिए। पैकेजिंग के बाद, इस उपकरण में एक कस्टम चश्मे युग्मक जो इनपुट आरएफ के एक समारोह के रूप में सीधे रास्ते से फिर उत्पादन प्रकाश रिकॉर्ड में एक दूसरा माप आए। इन मापों का एक विस्तृत विवरण निम्नानुसार है। निर्माण कदम भी दिया जाता है।
Protocol
Representative Results
Discussion
प्रत्येक डिवाइस का डिजाइन दो महत्वपूर्ण कदम, प्रोटॉन विनिमय और LOR का विकास किया है। दो में से प्रोटॉन विनिमय समय waveguide, जो बारी में टपकाया मोड संक्रमण, चलाया हुआ आवृत्ति बैंडविड्थ, और प्रकाश की प्रत्येक र?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
लेखकों कृतज्ञता वायु सेना अनुसंधान प्रयोगशाला अनुबंध FA8650-14-C-6571 से और DAQRI LLC से वित्तीय सहायता स्वीकार करते हैं।
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 |
References
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