Summary
Biz Femtosaniye lazer kaynaklı ablasyon kullanılarak subwavelength çapı silis lifleri (optik nanolifler) 1-D fotonik kristal boşlukları imal edilmesi için bir protokol mevcut.
Abstract
Biz Femtosaniye lazer kaynaklı ablasyon kullanarak subwavelength çaplı konik optik fiberler, optik nano, 1-D Fotonik Kristal (ÖYK) boşluklar üretmek için bir protokol mevcut. Biz periyodik nano kraterler binlerce sadece tek bir femtosaniye lazer darbesi ile ışınlama yoluyla bir optik nanolif fabrikasyon olduğunu göstermektedir. Tipik bir örnek için, kademeli olarak 50 arasında değişen çap 350 nm ile bir süre periyodik nano kraterler - 550 nm - 1 mm uzunluğunda, 250 nm, 450 civarında çapa sahip bir nano ile imal edilir. Böyle bir nano fabrikasyon bir önemli yönü nanofiber kendisi silindirik bir mercek gibi davranır ve gölge yüzeyinde femtosaniye lazer ışını odaklanır olmasıdır. Ayrıca, tek çekim fabrikasyon mekanik istikrarsızlıklar ve diğer imalat kusurları için bağışıklık yapar. nanolif böyle periyodik nano kraterler, 1-D PHC olarak hareket ve stopband dışında yüksek iletim korurken, güçlü ve geniş bant yansıma etkinleştirmek. Biz de nanolif üzerinde apodize ve kusur kaynaklı PhC oyukları imal etmek nano krater dizisi profilini kontrol etmek için bir yöntem mevcut. nanolif tabanlı PhC boşlukların ve fiber ağlarına verimli entegrasyon, enine ve boyuna hem de bu alanda güçlü hapsi, nanofotonik uygulamalar ve kuantum bilgi bilimi için yeni olanaklar açabilir.
Introduction
nanofotonik cihazlarda ışığın güçlü hapsi optik bilimi yeni ufuklar açtı. Modern Nanofabrikasyona teknolojileri, 1 lasing 2 algılama ve optik anahtarlama uygulamaları 3 1-D ve 2-D Fotonik Kristal (ÖYK) yeni umutları için boşluklar fabrikasyon sağlamıştır. Dahası, bu PhC boşluklarında güçlü ışık-madde etkileşimi kuantum enformasyon bilimi 4 için yeni yollar açtı. Yanı sıra, PhC boşluklardan, plasmonik nanocavities da umut verici bir potansiyel 5, 6, 7 göstermiştir. Ancak, fiber tabanlı iletişim ağına böyle boşluklar arabirim bir sorun olmaya devam etmektedir.
Son yıllarda, bir optik nano olarak bilinen subwavelength çapı konik tek modlu fiber optik, umut vaat eden bir nanofotonik cihaz olarak ortaya çıkmıştır. Nedeniyle kuvvetlinanolif güdümlü alan ve çevre ortamı ile etkileşim yeteneği enine hapsi, nanolif benimsenmiş ve çeşitli nanofotonik uygulamalar 8 araştırılmıştır. Bunun dışında, aynı zamanda güçlü bir incelenmiş ve ışık kuantum manipülasyon için uygulanan ve 9 madde olduğunu. Nano destekli tarzlarına kuantum vericiler, tek / birkaç lazer soğutuldu atomlu tek kuantum noktaları, emisyonların etkili bağlama incelemiş ve 10, 11, 12, 13, 14, 15 olduğu gösterilmiştir. Nanolif ışık-madde etkileşimi önemli ölçüde nanolif 16, 17 PhC kavite yapısını uygulayarak geliştirilebilir.
s için önemli bir avantajUCH bir sistem kolaylıkla iletişim ağına entegre edilebilir elyaf-in-line bir teknolojidir. Konik nano ile% 99.95 arasında ışık iletim 18 gösterilmiştir. Ancak, nanolif iletim toz ve kirlenme son derece duyarlıdır. Bu nedenle, geleneksel nanofabrikasyon tekniği kullanılarak nanolif üzerinde PhC yapısının imalat çok verimli değil. Odaklı İyon Işın (FİB) freze kullanılarak nanolif üzerinde kavite imalat 19, 20, gösterilmiş olmasına rağmen optik kalite ve uyarlık kadar yüksek değildir.
Bu video protokolü, biz femtosaniye lazer ablasyon kullanarak nanolif üzerinde PhC boşluklar imal etmek bir süre önce ortaya 21, 22 teknik sunuyoruz. uydurma nanolif ve irrad üzerinde femtosaniye lazerin iki ışın girişim deseni oluşturarak gerçekleştirilirTek bir femtosaniye lazer darbesi iating. nanofiber bir çekimsel etkisi nanofiber gölge yüzeyinde ablasyon kraterler oluşturarak, bu tür tekniklerin fizibilite önemli bir rol oynar. Tipik bir örnek için, kademeli olarak 50 arasında değişen çap 350 nm ile bir süre periyodik nano kraterler - 550 nm - 1 mm uzunluğunda, 250 nm, 450 civarında çapa sahip bir nano ile imal edilir. nanolif böyle periyodik nano kraterler, 1-D PHC olarak hareket ederler. Biz de nanolif üzerinde apodize ve kusur kaynaklı PhC oyukları imal etmek nano krater dizisi profilini kontrol etmek için bir yöntem mevcut.
yüksek optik kalitesi korunabilir, böylece bu tür nano fabrikasyon önemli bir yönü, tüm optik uydurma. Ayrıca, üretim, mekanik istikrarsızlıklar ve diğer imalat kusurları tekniği direnç sağlar sadece tek femto saniye lazer darbesi irradyasyonu ile yapılır. Ayrıca, bu PhC nano in-house üretilmesini sağlarkirlenme olasılığı minimize edilebilir, böylece fiber boşluğu. Bu protokol, diğerleri uygulamak ve nanofabrikasyon tekniğinin bu yeni tip adapte yardımcı olmak için tasarlanmıştır.
Şekil 1a imalat kurulum şematik diyagramını göstermektedir. Imalat kurulum ve hizalama prosedürleri detayları 22 21 tartışılmıştır. 400 nm dalga boyu merkezi ve 120 fs darbe genişliğinde bir femtosaniye laser bir faz maske olay oldu. faz maskesi 0 ve ± 1 siparişler için femtosaniye lazer ışını böler. Bir ışın bloğu 0 dereceden ışını engellemek için kullanılır. Katlanır ayna simetrik bir girişim deseni oluşturmak için, nano pozisyonunda ± 1-emir recombine. Faz maskenin Saha 700 nm, yani girişim deseni 350 nm'lik bir adım (Λ G) sahiptir. silindirik mercek nanofiber boyunca femtosaniye lazer ışınını odaklanır. karşısında ışın boyutu (Y ekseni)ve (Z ekseni) boyunca nanolif sırasıyla 60 mm ve 5.6 mm dir. Konik elyaf elyafın gerilmesi için piezo aktüatör (PZT) ile donatılmış bir tutucu üzerine monte edilir. cam levha olan bir üst kapak toz nanolif korumak için kullanılır. konik fiber ile tutucu çeviri (XYZ) ve dönme (θ) aşamaları ile donatılmış bir fabrikasyon bankta sabittir. θ aşamalı YZ düzleminde nanofiber örnek dönmesini sağlar. X-aşamalı ayrıca karboksi- ve XZ-düzlemi boyunca eğim açılarını kontrol edebilirsiniz. Bir CCD kamerası nano 20 cm bir mesafede ve nano konumunu izlemek için XY düzleminde 45 ° 'lik bir açı ile yerleştirilir. Bütün deneyler tozsuz koşulları elde etmek HEPA (Yüksek verimli partikül tutuklama) filtreleri ile donatılmış temiz barakada yapılmaktadır. Tozsuz durum nanofiber iletimini sağlamak için esastır.
Şekil 1b optik ölçümlerin şemasını göstermektedir. Konik elyaf haline fiber birleştiğinde ışık kaynağı ve yüksek çözünürlüklü spektrum analizörü kullanılarak iletilen ve yansıyan ışığın spektrumunu ölçme: - imalat sırasında, optik özellikler kısaca bir bant (900 nm 700 dalga boyu aralığında) açarak izlenmektedir. Bir ayarlanabilir CW lazer kaynağı düzgün kavite modları çözmek için ve mutlak kavite iletimini ölçmek için kullanılır.
Biz üretim ve karakterizasyonu için protokol mevcut. protokol bölümü üç alt, fabrikasyon örneklerin nanolif hazırlanması, femtosaniye lazer imalat ve karakterizasyonu ayrılır.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
DİKKAT: Koruyucu gözlük takılmalıdır ve kesinlikle direkt UV lamba maruz kalma ve femtosaniye lazer dahil olmak üzere tüm lazerler önlemek. kirlenmesini önlemek için bir temiz oda takım elbise ve eldiven giyin. belirlenen çöp kutusuna düzgün herhangi bir lif çöp bertaraf edin.
1. Nanolif Hazırlık
- 200 mm ile ayrılmış iki yerde, 5 mm uzunluğunda tek modlu optik fiberin bir polimer ceket şerit fiber kaplama stripper kullanın. temiz oda kullanarak iki mekanik sıyrılmış parça metanol batırılmış mendil temizleyin. aseton, bu iki şeritli parçalar arasında fiber batırın. lif ceket paramparça kadar 15 dakika - 10 bekleyin. aseton lif çıkarın ve metanol batırılmış mendil temiz oda kullanarak tüm soyulmuş kısmını temizleyin.
- nanolif imal etmek Optik Nanofiber imalatı ekipmanları (ONME) iki aşamada üzerinde soyulmuş lif ayarlayın.
- elyaf haline prob lazer başlatın ve transmissio izlemekn fotodiyot kullanarak ve ADC kartı kullanarak bilgisayara iletim verilerini kaydetmek. ONME yazılımını kullanarak gaz akışını başlatmak ve alev tutuşturmak. 500 nm bel çapı ile konik lif imalatı için ONME yazılımı önceden optimize edilmiş parametre yükleyin ve fabrikasyon sürecini başlatmak.
Not: ONME standart ısı ve çekme tekniği kullanılarak şevli fiber optik ürünü imal etmek için tasarlanmış ticari olarak temin edilebilen cihazdır. Bu elyaf çekmek için elyaf ve iki motorlu aşamaları ısı alev oksihidrik kullanır. Gaz akışı ve sahne hareketi bilgisayar programı tarafından kontrol edilir. önceden optimize edilmiş parametreler özel istek üzerine, satıcıdan elde edilebilir.
- elyaf haline prob lazer başlatın ve transmissio izlemekn fotodiyot kullanarak ve ADC kartı kullanarak bilgisayara iletim verilerini kaydetmek. ONME yazılımını kullanarak gaz akışını başlatmak ve alev tutuşturmak. 500 nm bel çapı ile konik lif imalatı için ONME yazılımı önceden optimize edilmiş parametre yükleyin ve fabrikasyon sürecini başlatmak.
- imalattan sonra, UV kurutmalı epoksi kullanarak nanolif sahibine konik lif yakalamak. (Şekil 1a gösterilen) cam levha ile üst kapağı kullanılarak nanolif tutucu örtün. Temiz bir kutu içinde örnek koyun ve femtosaniye la transferser imalat ünitesi.
2. Femtosecond Lazer İmalatı
- fabrikasyon kurulum hizalama
- 15 mm yükseklikte fabrikasyon bankta bir cam plaka koyun. 1 mJ darbe enerjisine 5 saniye boyunca femtosecond lazer ışın tedavisi. beyaz ışık nesil ablasyon kaynaklı femtosaniye lazer ve cam plaka üzerinde bir hasar-line olarak ablasyon desen görünümünü tanımlayın.
- fabrikasyon tezgah X-sahne kullanılarak cam plaka yüksekliğini değiştirerek aynı işlemi tekrarlayın. Her imalat için, yeni bir konuma imalat yapmak için 1 mm fabrikasyon tezgah Y-sahne çevirmek.
- güçlü ablasyon hattı yüksekliği Bul. Bu pozisyonda, ince ayar katlama aynalar birinin eğim açısı ve pozisyon ablasyonu maksimize etmek. Ayrıca, ince ayar imalat tezgah X-aşamasının eğim ablasyonu maksimize etmek.
NOT: katlama ayna eğim açısı USI ayarlanmışkinematik ayna tutucu ayar düğmeleri ve ayna konumunu ng monte edildiği Z-sahne çevirerek ayarlanır. - optimizasyon sonra, CCD kamera yazılımında ablasyon çizgisinin konumunu işaretlemek ve cam plakasını çıkarın.
NOT: CCD kamera kontrol yazılımı çekilen görüntü üzerinde görüntü yakalama ve çizim işaretleri sağlar. Aynı zamanda yakalanan görüntünün ve işaretlerin veri kaydetme sağlar. fabrikasyon tezgah X-aşamalı mutlak pozisyon referansı sahip olmadığından, CCD görüntü X ekseninde pozisyon referans olarak kullanılır. CCD görüntü çözünürlüğü piksel başına 10 mm. - Platin (Pt) -coater kullanarak, mont 60 saniye boyunca cam plaka cam plaka üzerinde Pt 25 nm katmanı yatırmak. Image tarama elektron mikroskobu (SEM) ile cam levha üzerine ablasyon deseni. ablasyon desen sonra 350 nm bir süre (beklenen girişim saçak deseni) al periyodik yapı gösteriyorsaignment optimize edilmiştir. periyodik ablasyon deseni görülene kadar düşük darbe enerjileri (300 μJ aşağı) için - Else (2.1.4 Adım 2.1.1) işlemi tekrarlayın.
- apodize PhC boşluğun Fabrikasyon
- CCD kamera üzerinde işaretlenmiş ablasyon hattına yaklaşık olarak paralel üretim bankta konik lif yerleştirin.
- konik fiber üzerinden bir prob lazer (güç = 1 mW) gönderme ve CCD kamera üzerinde konik liften saçılmasını gözlemleyin. güçlü dağıtma parçası nedeniyle subwavelength çapına nano bölgeye karşılık gelir.
- CCD kamera üzerinde işaretlenmiş ablasyon hat pozisyonuna nanolif ortalamak için imalat tezgah Z-sahne çevirmek.
- Sonda lazer kapatın ve minimum darbe enerjisi (<10 μJ) ile femtosaniye lazer ışın tedavisi. Femtosaniye lazer ışını ile nanolif üst üste Y-sahne çevirmek. örtüşme nanofiber, atıl yanması ile tanımlanırCCD kamera üzerinde erved.
Not: nano artık femto saniye Y boyunca laser demeti ve Z-eksenine göre hizalanır. - ablasyon hat pozisyonuna nanolif konumunu üst üste X-sahne, X ekseni boyunca nanolif hizalamak çevirmek için CCD kamera üzerinde işaretlenmiş.
- Femtosaniye lazer nanofiber örtüşmesi en üst düzeye çıkarmak için Y-sahne çevirmek. nanolif iki ilk siparişlerin yansıması gözlemlemek (üst kapağın cam plaka üzerine iki parlak noktalar olarak görünür). ileri geri Y-sahne çeviri yaparken bu yansıma noktalar hareketini gözlemleyin.
NOT: Bu noktalar bir tarafa doğru hareket ederse o zaman nano ablasyon hattına paralel değildir. Bu durumda, kesip çıkarma hattına nano paralel hale dönme aşaması döndürün. Onlar paralel olduğunda, yansıma noktalar flaş olarak görünecektir. - ablasyon hattına nanolif paralel yaptıktan sonra, en üst düzeye çıkarmak için Y-sahne çevirmekkonik fiberin sonunda bir fotodiyot kullanılarak nanolif güdümlü modları içine dağılmış femtosaniye lazerin gücünü ölçerek, femtosaniye lazer ışını ile nanolif arasında örtüşmektedir. örtüşme maksimize sonra, imalat θ = 0.5 ° açısına dönüş sahne döndürün.
NOT: Femtosaniye lazer ışını ile nanolif arasında maksimum örtüşme, bir nanolif güdümlü modları içine dağılmış femtosaniye lazer ışığının gücü maksimize edilmesi beklenebilir. - güç metre ile femtosaniye lazer Blok ve mJ 0.27 puls enerjisini ayarlayın. Tek çekim ışınlama moduna femtosaniye laser ayarlarını değiştirin.
NOT: Bu modda, tek bir darbe, aksi takdirde hiçbir lazer çıkışı yoktur, yangın düğmesine basıldığında oluşturulur.- lazer ışını yolu güç ölçer çıkarın ve tek bir femtosaniye lazer darbe ateş. Bu imalat işlemini tamamlar.
- Fabricatikusur kaynaklı PhC boşluğun üzerine
- bölüm 2.1'de anlatıldığı gibi bir cam levha üzerinde ablasyon gözlemleyerek kurulum hizasını kontrol edin. En güçlü ablasyon hattı için yüksekliğini bulduktan sonra, hemen faz maskesi önce lazer ışınının merkezinde 0.5 mm bakır tel yerleştirin. bakır tel Y ekseni boyunca (ablasyon hattına dik) olmalıdır.
- Z ekseni boyunca bakır telin pozisyonunu değiştirmeden ise cam plaka üzerinde ablasyon deseni kontrol edin. ablasyon desen ablasyon hattının merkezinde tek bir boşluk gösterdiğinde bakır tel konumunu düzeltmek.
- hizalama sonra bölüm 2.2'de ayrıntılı prosedürü takip nanolif üzerinde femtosaniye lazer imalat gerçekleştirin. Bu imalat için, = 0 ° İçeride ISTV melerin RWMAIWi'nin için fabrikasyon açısını ayarlamak.
Fabrikasyon Örneklerinin 3. Karakterizasyonu
- Optik özelliklerin ölçümü
- hazırlayın seŞekil 1b de gösterildiği gibi, optik ölçümler için tüp. Konik elyaf haline genişbant ışık kaynağı başlatın öncesi ve spektrum analizörü kullanılarak imal edildikten sonra iletim ve yansıma spektrumu ölçmek. imalattan sonra, iletim spektrumu fabrikasyon numunenin Bragg rezonans karşılık gelen bir stopband gösterecektir.
- polarizasyonu seçmek ve iki ortogonal kutuplaşmalar X-pol ve Y-pol spektrumları almak için lif içi kutuplayıcının kürekler döndürün.
NOT: (nano-kraterler boyunca polarizasyon) X-pol için stopband mavi-kaymıştır 21 (kısa dalga boyu doğru) olacaktır ve nanolif gelen saçılma güçlü olacaktır. Yani, spektrum ve CCD kamera bakarak kutuplaşmaları seçin. - Kutuplaşmaların biri için (Şekil 1b gösterilmiştir) PZT kullanarak konik lif germe iletim spektrumları alır. s tarafından spektrumları alın20 mikron maksimum germe uzunluğu kadar 2 um adımlarla konik lif tretching (PZT tarama aralığı ile sınırlıdır). Bragg rezonans kırmızı-kaymıştır konik lif germe (uzun dalga boyu doğru) olacağını gözlemleyin. Bu spektrumları itibaren, uzunluk germe birim başına Bragg rezonans kayması, hesaplayın.
- kavite modları çözülmesi ve mutlak kavite iletimi ölçmek için, ayarlanabilir CW lazer kaynağı kullanın. Konik elyaf haline lazer başlatın ve bir fotodiyot kullanarak iletim izlemek.
- Y-pol stopband kırmızı-yan kenarına lazer dalga boyu ayarlama ve iletim en aza indirmek için fiber satır içi polarize kullanın. Bu şekilde X-pol bileşeni bastırılır ve sadece Y-pol seçilir. 20 mikron - 0 konik lif gererken daha kırmızı-yan bant kenarı dışına ve iletim kayıt lazer dalga boyu ayarlayın.
- Lazer WaveL değiştirerek ölçümü tekrarlayınTüm stopband kaplanana kadar 0.3 nm 'lik adımlarla mavi tarafına ength. Bu verilerden, adım 3.1.3 ölçülen uzunluğu germe birim başına rezonans vardiyası için verileri kullanarak tüm spektrum yeniden.
Not: 20 um ve kavite modları 0.05 arasında olan tipik serbest spektral aralığının ile şevli fiber gerilmesiyle 2 nm boşluğu modları vardiya ile birlikte tipik bir numunesinin, stopband (Bragg rezonans) için - 0.5 nM. konik lif germe 4 kavite modları - giriş lazer belirli bir dalga boyu için bir en az 3 ölçebilirsiniz. modları arasında frekans aralığı adım 3.1.3 ölçülen uzunluğu germe birim başına rezonans vardiyası için verilerinden anlaşılmaktadır. En az 2 0,3 nm adımlarla lazer dalga boyu değiştirilerek ölçüm tekrarı - 3 ardışık kavite modları ardışık ölçümlerde yeniden değerlemeye tabi tutulmaktadır. Bir mat sırasında ardışık ölçümler için iletim verileri kaplarken tarafından tüm spektrum yeniden yapabilirsinizYeniden ölçülen kavite modları ching konumu.
- Lazer WaveL değiştirerek ölçümü tekrarlayınTüm stopband kaplanana kadar 0.3 nm 'lik adımlarla mavi tarafına ength. Bu verilerden, adım 3.1.3 ölçülen uzunluğu germe birim başına rezonans vardiyası için verileri kullanarak tüm spektrum yeniden.
- Şimdi adım 3.1.5 ve 3.1.5.1 de belirtildiği gibi benzer bir prosedür kullanılarak diğer polarizasyon spektrumu ölçmek.
- fabrikasyon örneği Görüntüleme
- 2 cm uzunluğunda bir metal plaka üzerine imal örnek koyun ve UV kürlenebilen epoksi kullanarak metal plakaya şevli fiber iki uçlarını sabitler. Numunenin ışınlama yan gölge tarafı görüntülü böylece metal plakayı dönük olduğundan emin olun.
- 30 s için kaplanması için örnek Pt kaplayıcı kullanarak ve yaklaşık 10 nm'lik bir kalınlığa sahip Pt tabakası bırakmak. SEM içine örnek yerleştirin. tüm fabrikasyon bölge üzerinde her 0.1 mm numunenin SEM görüntü almak.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Şekil 2, imal edilmiş nano numunenin tipik bir kesit SEM görüntüsünü gösterir. Periyodik nano kraterler girişim deseni iyi gelen 350 nm periyodik ile nanofiber gölge tarafına oluştuğunu göstermektedir. ilave numunenin büyütülmüş bir görünümünü göstermektedir. Nano-kraterler şekli neredeyse dairesel ve tipik bir nano-krater çapı yaklaşık 210 nm.
Şekil 3a, apodize PhC boşluğu için fabrikasyon sonuçlarını gösterir. Farklı üretim açısı (θ) ve darbe enerjisi için ilgili nanolif çapı ile birlikte nano krater dizinin tipik profili gösterilmektedir. çevreler nano-krater çapı ifade ve kareler gelen nano çapı vardır. çizgiler Gauss profillere uygun bulunmaktadır. Numuneler Fabri siyah ve yeşil tekabül gösterilen verilerθ = 0 ° ile laması, sırası ile, 0.35 ve 0.17 mJ bir darbe enerjisine kullanılmıştır. İçeride ISTV melerin RWMAIWi'nin ile fabrikasyon örnekleri kırmızı ve mavi tekabül gösterilen veriler = sırasıyla, 0.35 ve 0.27 mJ darbe enerjisi kullanılarak 0.5 C. Görüldüğü gibi, nano-kraterler nanofiber çapı üniform nanolif boyunca 2-3 mm'lik bir uzunluk boyunca oluşur. Nano-krater çapında bir apodizasyonlu femtosaniye lazer ışınının Gauss yoğunluğu dağılımına karşılık gelen görülmektedir. Nano-kraterler çapı zayıf nabız enerji için azaldığını açıkça görülmektedir. Ayrıca, nano kraterler apodizasyonlu profilinin genişliği imalat açısını artırmak sureti ile azalır.
Kusur kaynaklı PhC boşluğu için fabrikasyon sonucu, Şekil 3b'de gösterilmiştir. Bir çift tepe-benzeri profili görülmektedir. çapında kademeli bir değişiklik Diamete ise, tepe kısmının dış kenarlarında görülmektedir r doruklarına iç kenarında hızla değişti. Resim nano kraterler 0.5 mm'lik bir kusur bölgesi iki pik arasında görülmektedir. kusur bölgenin uzunluğu femtosaniye lazer ışınına takılı bakır tel kalınlığına iyi gelir.
Şekil 4 çaplı profil Şekil 3a mavi gösterilen bir apodize PhC kavite numune için iletim spektrumlarını göstermektedir. Şekiller 4a ve sırasıyla, X ve Y polarizasyona yönelik tipik iletim spektrumunu 4b. İletim bir kaç yüzde damla 798,8 nm, - X-pol spektrumu 793,7 bir stopband bölgesini gösterir. Y-pol stopband X-pol göre kırmızı kayar ve geniştir. stopband kırmızı tarafında gözlenen keskin zirveleri kavite modları vardır. Tipik kavite modları incelik ve pik iletim Tablo 1'de listelenmiştir.
1 "> Şekil 5a:" fo =-together.within-sayfayı tutmak "ve sırasıyla X ve Y kutuplaşmalar için kusur kaynaklı PhC kavite, iletim spektrumları göstermek 5b Görüldüğü gibi, keskin kavite modları görünür. ya stopband yan. Ancak, mavi-tarafında mod aralığı spektrumlarının kırmızı tarafında çok daha büyüktür. tipik boşluğu modları incelik ve pik iletim Tablo 1'de özetlenmiştir.
Şekil 1: Deney Şematik. üretim kurulumu (a) şematik diyagramı. İki ışın girişim deseni ışın bölücü ve iki katlama aynalar (ayrıntılar için metne bakınız) gibi bir faz maskesi kullanarak nanolif oluşturulur. Silindirik bir mercek nano boyunca femtosecond lazer odak kaplamak için kullanılır. Bir sıfır sıralı block girişim bölgedeki herhangi bir kalıntı sıfır sıralı ışık önlemek için kullanılır. Bir fotodiyot nano destekli tarzlarına femto saniye lazer saçılma gözlemlemek için şevli fiber bir ucuna bağlanır. Bir CCD kamera nanolif pozisyonunu izlemek için kullanılır. (b) optik özelliklerinin ölçümü için şematik diyagramı. fabrikasyon Nanolif örneklerinin iletim ve yansıma spektrumları aynı anda giriş ışığın polarizasyonu değiştirilerek ölçülür. PhC, PZT, NPBS ve SA sırasıyla ışın ayırıcı ve spektrum analizör nonpolarizing, fotonik kristal, piezo çalıştırıcıyı ifade etmektedir. Bu rakam 21 ile modifiye edilmiştir. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
Fişekil 2: Fabrikasyon Numunenin SEM görüntüsü. Tipik bir örnek SEM görüntüsü tek çekim radyasyon kullanılarak imal. içerlek büyütülmüş bir görünümünü göstermektedir. Periyodik nano krater yapıları nanofiber gölge tarafında görülmektedir. Bu rakam 21 ile modifiye edilmiştir. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
Şekil 3: İmalat Yöntemi Kısa Şeması ile birlikte nanolif üzerinde Nano-krater Array çapı profili. (a) apodize PhC boşluğuna için çap profili. çevreler nano-krater çapı ifade ve kareler gelen nano çapı vardır. çizgiler Gauss profillere uygun bulunmaktadır. bla gösterilen verilerθ = 0 ° ile fabrikasyon örnekleri ck ve yeşil karşılık gelir, sırasıyla, 0.35 ve 0.17 mJ darbe enerjisi kullanılarak. sırasıyla, 0.35 ve 0.27 mJ darbe enerjisini kullanarak, θ = 0.5 ° ile fabrikasyon örnekleri kırmızı ve mavi tekabül gösterilen veriler. (b) kusur kaynaklı PhC kavite için çap profili 0.4 mJ bir darbe enerjisi kullanılarak imal. mavi daireler ve siyah kareler sırasıyla nano krater çapı ve nano çapı göstermektedir. Bu rakam 22 ile yeniden. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
Şekil 4: apodize PhC Kavitenin İletim Spectra. (A) X apodize PhC boşluğun iletim spektrumu-Pol ve (b) Y-Pol. parçaları mavi kutular ile işaretlenmiş spektrumları, genişlemiş ve ilavelerde gösterilmiştir. Bu rakam 22 ile yeniden. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
Şekil 5: Hata kaynaklı PhC Kavitenin İletim Spectra. (A) X-pol ve (b) Y-pol kusur kaynaklı PhC boşluğun iletim spektrumu. mavi kutular ile işaretlenmiş spektrumlarının parçaları, genişlemiş ve ilavelerde gösterilmiştir. Bu rakam 22 ile yeniden. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
| şekil | kip | F | T [%] | AYH [cm-1] | L [mm] |
| Şekil 4 (a) | (1,2,3) | (71, 39, 16) | (33, 87, 93) | 7.94 | 0.54 |
| 4 (b) | (1,2,3) | (500, 27, 11) | (21, 30, 73) | 3.94 | 1.09 |
| Şekil 5 (a) | (1,2,3,4) | (198, 115, 50, 21), | (25, 39, 64, 83) | 3.34 | 1.28 |
| (A, B, C, D) | (86, 63, 48, 20) | (26, 56, 73, 90) | 1.58 | 2.71 | |
| 5 (b) | (1,2,3,4) | (178, 104, 43, 22) | (17, 39, 65, 93) | 1.36 | |
| (A, B, C, D) | (48, 44, 24, 22) | (20, 38, 56, 87) | 1.25 | 3.43 |
Tablo 1: Tipik Boşluk Modları Optik Özellikler. Bu tablo, Şekil 4a, 4b, 5a ve işaretlenmiş tipik boşluğu modlarının optik özelliklerini özetlemektedir 5b. F, T, AYH, sırasıyla L göstermektedirler incelik, zirve iletim, mod aralığı ve tahmini kavite uzunluğu. Bu tablo 22'den yeniden.
Yan dosya 1: ONME Kur'un Fotoğraf. Bu dosyayı indirmek için tıklayınız.
Supplemental dosyası 2: Femtosecond Lazer Fabrikasyon Kur fotoğrafları. Bu dosyayı indirmek için tıklayınız.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Nano elyaflı bir merceksel etkisi (Şekil 2'de gösterildiği gibi), böylece nano gölge yüzeyi üzerinde nano kraterler oluşturma, imalat tekniğinde önemli bir rol oynar. nanofiber bir çekimsel etkisi de enine yönde (Y ekseni) herhangi bir mekanik istikrarsızlıklar sağlam imalat işlemi yapar. Işınlama süresi sadece 120 fs (yani darbe genişliği) 'dir Dahası nedeniyle tek-shot radyasyona, diğer eksen boyunca istikrarsızlıklar imalat etkilemez. Bunun bir sonucu olarak, iyi tanımlanmış periyodik periyodik nano mekanik titreşimleri önlemek için herhangi bir özel dikkate alınmadan, sürelerinin birkaç bin üzerinde imal edilmiştir.
FIB freze, elektron demeti litografi ve hatta Femtosaniye lazer ablasyon gibi birçok Nanofabrikasyona teknikleri, nokta-nokta imalat uygulamak. nokta-nokta fabrikasyon iyi rijit numuneler, mekanik sta için uygundurbility garanti edilebilir. konik lif herhangi sert alt tabaka dokunmadan asılı tutulur eğer optik nanoliflerden durumunda, o zaman mekanik kararsızlıklar fabrikasyon sürecini etkilemektedir. nano substratın Çatlatma alt-tabaka içinden veya kirlenmeden dolayı daha sonra katı bir alt-tabaka üzerine yerleştirilmiştir, diğer yandan, optik kalite düşebilir. Özellikle, FIB öğütme tekniği ile ilgili olarak, ek sakıncalar nedeniyle iyon ışını kendisinden kirlenme nedeniyle nano ve malzemesi değişikliği etkisini kadar şarj mekanik kararsızlıklar vardır. Bu nedenle, protokol burada nanolif tek-shot optik imalat için sunulan nokta-nokta imalat tercih edilir. Ancak, nokta-nokta fabrikasyon nanofiber keyfi desen imalatı esastır bazı uygulamalar için tercih edilebilir.
protokolünde biri önemli bir adım imalat kurulum uyum olduğunu. fa yanayağlanmalarına 120 fs bir pals genişliği femto saniye darbe ile gerçekleştirilir, ± 1-siparişler arasında optik yol uzunluğu farkı mekansal örtüşme 23 sağlamak için en aza indirilmelidir. yol uzunluğu farkı girişim saçak yüksek görünürlük sağlamak için en az 36 mikron olmalıdır. Dolayısıyla, pozisyon ve katlanır aynalar eğim açıları tam olarak kontrol edilmelidir. nanolif boyunca femtosaniye lazer ışını boyutu 5.6 mm olmasına rağmen parazit bölge bakliyat mekansal örtüşme ile sınırlı X-ekseni boyunca en az 1 mm'dir. Aynı zamanda Femtosaniye lazer ışını aynen faz maskesi ve faz maskesi paralel olmalıdır fabrikasyon tezgah dik olayı olduğu dikkat edilmelidir. 10 mrad bile eğim girişim saçak yıkamak için yeterli yol uzunluğu farkı neden olabilir. Son olarak, silindirik lens ekseni faz maskesi hatlarına tam dik olmalıdır. Aksi takdirde olacak induce hattı arasında bir dönme açısı aralarında örtüşme azaltarak ± 1-emir duruldu.
Başarılı imalat için başka kritik bir gereklilik kaliteli nanofiber üretimidir. yüksek incelik kavite modları almak için, orijinal nano iletim>% 95 olmalı ve toz veya kirden arındırılmış olmalıdır. nanolif üzerinde herhangi bir kirlenme olmayan tekrarlanabilir üretiminde ortaya çıkan düzensiz yoğunluk deseni neden olacaktır ve hatta nanolif kırılabilir. nanofiber kalite CCD kamera gözlenen güdümlü modları yüksek iletim ve saçılma desen karar verilir.
Giriş ışığın% 98'den daha fazla yansıtılır ve transmisyon olup, Şekiller 4 ve 5'te, göster stopband ile gösterilen iletim spektrumu, bir kaç yüzde kadar düşmektedir. stopband uzak iletim yaklaşık 100% fabrikasyon önemli kaybına neden ve etmemesini sağlamak olduğunanofiber optik kalitesini korur. Ayrıca, stopband içinde (Tablo 1'de) gözlenen yüksek incelik kavite modları daha fabrikasyon kalitesi sağlar. stopband iyi nanolif periyodik nano kraterler gelen Bragg yansıma anlaşılmaktadır. Bragg rezonans (λ R = 2n eff Λ G) güdümlü modu ve parazit saçak perde (Λ G) etkili indeksi (n eff) bağlıdır. Bu protokol sunulan veriler, stopband 800 nm'lik bir dalga uzunluğunda yaklaşık görülmektedir. stopband ve kavite modları konik lif germe 10-15 nm üzerinde ayarlanabilir. Ancak, daha fazla rezonans dalga boyu değiştirmek için biri farklı n eff gerçekleştirmek veya farklı bir Λ G gerçekleştirmek için faz maskesini değiştirmek için nano çapını değiştirmeniz gerekir.
Tablo 1, incelik listelenen kavite modlarından30 arasında değişen değerler - 500 gerçekleştirilebilir. Nedeniyle nanofiber güdümlü modları güçlü enine hapsi için, yüksek kooperativiteye / Purcell faktörler 16 değerleri gibi incelik için bekleniyor. Böyle bir fiber tabanlı PhC boşluğunda alanda güçlü hapsi ile birlikte geniş bant ayarlanabilirliği nanofotonik gelen kuantum enformasyon bilimi kadar çeşitli uygulamalar için yüksek talep sunmaktadır.
Sonuç olarak, femtosaniye laser kaynaklı ablasyon kullanılarak subwavelength çapı silis lifleri üzerinde 1D PhC boşluklar üretmek için bir protokol sundu. Bu imalat tekniği, mikro / nano çeşitli nanofotonik cihazları olmak için uygulanabilir ve diğer Nanofabrikasyona işlemlere uyarlanabilir.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Femtosecond Laser | Coherent Inc. | Libra HE | |
| Phase Mask | Ibsen Photonics | Custom Made | |
| Optial Nanofiber Manufacturing Equipment | Ishihara Sangyo | ONME | |
| ADC Card | PicoTech | ADC-24 | |
| Single mode fiber | Fujikura | FutureGuide-SM | |
| Broadband source | NKT Photonics | SuperK EXTREME | |
| CW Tunable Laser | Coherent Inc. | MBR-110 | |
| Spectrum analyser (Transmission spectrum) | Thermo Fisher Scientific | Nicolet 8700 | |
| Spectrum analyser (Reflection spectrum) | Ocean Optics | QE65000 | |
| CCD Camera | Thorlabs | DCC1545M | |
| Power Meter | Thorlabs | D3MM | |
| Pt-Coater | Vacuum Device Inc. | MSP-1S | |
| Scanning Electron Microscope | Keyence | VE-9800 | |
| UV Curable Epoxy | NTT-AT | AT8105 | |
| Photodiode | ThorLabs | PDA 36A-EC | |
| Clean room wipe | TExWipe | TX-404 | |
| Fiber coating stripper | NTT-AT | Fiber nippers 250 μm | |
| Cover glass | Matsunami Glass IND,LTD | NEO micro cover glass 0.12-0.17 mm | |
| PZT | NOLIAC | NAC 2011-H20 | |
| Cylindrical lens stage | NewPort | M-481-A | |
| Y,Z stages | Chuo Precision Industrial Co., LTD. | LD-149-C7 | |
| Rotation stage | SIGMA KOKI | KSPB-1026MH | |
| Z-stage(1), Z-stage(2) | NewPort | M-460P |
References
- Painter, O. J., et al. Two-Dimensional Photonic Band-Gap Defect Mode Laser. Science. 284, 1819-1821 (1999).
- Loncar, M., Scherer, A., Qiu, Y. Photonic crystal laser sources for chemical detection. Appl. Phys. Lett. 82, 4648 (2003).
- Tanabe, T., Notomi, M., Mitsugi, S., Shinya, A., Kuramochi, E. All-optical switches on a silicon chip realized using photonic crystal nanocavities. Appl. Phys. Lett. 87, 151112 (2005).
- Yoshie, T., et al. Vacuum Rabi splitting with a single quantum dot in a photonic crystal nanocavity. Nature. 432, 200-203 (2004).
- Akimov, A. V., et al. Generation of single optical plasmons in metallic nanowires coupled to quantum dots. Nature. 450, 402-406 (2007).
- Noginov, M. A., et al.
- Zhang, X. Y., Zhang, T., Hu, A., Song, Y. J., Duley, W. W. Controllable plasmonic antennas with ultra narrow bandwidth based on silver nano-flags. Appl. Phys. Lett. 101, 153118 (2012).
- Tong, L., Zi, F., Guo, X., Lou, J. Optical microfibers and nanofibers: A tutorial. Opt. Comm. 285, 4641-4647 (2012).
- Morrissey, M. J., et al. Spectroscopy, manipulation and trapping of neutral atoms, molecules, and other particles using optical nanofibers: A review. Sensors. 13, 10449-10481 (2013).
- Kien, F. L., Dutta Gupta, S., Balykin, V. I., Hakuta, K. Spontaneous emission of a cesium atom near a nanofiber: Efficient coupling of light to guided modes. Phys. Rev. A. 72, 032509 (2005).
- Nayak, K. P., Melentiev, P. N., Morinaga, M., Kien, F. L., Balykin, V. I., Hakuta, K. Optical nanofiber as an efficient tool for manipulating and probing atomic fluorescence. Opt. Express. 15, 5431-5438 (2007).
- Nayak, K. P., Hakuta, K. Single atoms on an optical nanofiber. New J. Phys. 10, 053003 (2008).
- Nayak, K. P., Kien, F. L., Morinaga, M., Hakuta, K. Antibunching and bunching of photons in resonance fluorescence from a few atoms into guided modes of an optical nanofiber. Phys. Rev. A. 79, 021801 (2009).
- Yalla, R., Nayak, K. P., Hakuta, K. Fluorescence photon measurements from single quantum dots on an optical nanofiber. Opt. Express. 20, 2932-2941 (2012).
- Yalla, R., Kien, F. L., Morinaga, M., Hakuta, K. Efficient Channeling of Fluorescence Photons from Single Quantum Dots into Guided Modes of Optical Nanofiber. Phys. Rev. Lett. 109, 063602 (2012).
- Kien, F. L., Hakuta, K. Cavity-enhanced channeling of emission from an atom into a nanofiber. Phys. Rev. A. 80, 053826 (2009).
- Kato, S., Aoki, T. Strong coupling between a trapped single atom and an all-fiber cavity. Phys. Rev. Lett. 115, 093603 (2015).
- Hoffman, J. E., et al. Ultrahigh transmission optical nanofibers. AIP Advances. 4, 067124 (2014).
- Nayak, K. P., et al. Cavity formation on an optical nanofiber using focused ion beam milling technique. Opt. Express. 19, 14040-14050 (2011).
- Kien, F. L., Nayak, K. P., Hakuta, K. Nanofibers with Bragg gratings from equidistant holes. J. Modern Opt. 59, 274-286 (2012).
- Nayak, K. P., Hakuta, K. Photonic crystal formation on optical nanofibers using femtosecond laser ablation technique. Opt. Express. 21, 2480-2490 (2013).
- Nayak, K. P., Zhang, P., Hakuta, K. Optical nanofiber-based photonic crystal cavity. Opt. Lett. 39, 232-235 (2014).
- Becker, M., et al. Fiber Bragg grating inscription combining DUV sub-picosecond laser pulses and two-beam interferometry. Opt. Express. 16, 19169-19178 (2008).
