Herstellung und Charakterisierung von Photonic Crystal Langsam Lichtwellenleitern und Hohlräume
Summary
Verwendung von photonischen Kristall langsam Lichtwellenleiter und Hohlräume wurde weithin von der Photonik-Community in vielen unterschiedlichen Anwendungen eingesetzt. Deshalb Herstellung und Charakterisierung dieser Geräte sind von großem Interesse. Dieses Papier umreißt unsere Herstellungstechnik und zwei optische Charakterisierungsmethoden, nämlich: interferometrischen (Wellenleiter) und Resonanzstreuung (Hohlräume).
Abstract
Langsames Licht ist eines der heißen Themen in der Photonik-Gemeinde in den vergangenen zehn Jahren erzeugt großes Interesse sowohl aus fundamentaler Sicht und für sein hohes Potenzial für praktische Anwendungen. Langsames Licht photonischen Kristall-Wellenleiter, insbesondere, haben eine große Rolle gespielt und wurden erfolgreich für die Verzögerung optische Signale 1-4 beschäftigt und die Verbesserung der beiden linearen 5-7 und nichtlineare Geräte. 8-11
Photonischen Kristall Hohlräume zu erreichen ähnliche Effekte, dass von langsamen Lichtwellenleiter, sondern über einen reduzierten Bandbreite. Diese Hohlräume bieten hohe Q-factor/volume Verhältnis zur Realisierung optisch und elektrisch 12 13 gepumpt ultraniedrigem Schwellenwert Laser und die Verbesserung der nichtlineare Effekte. 14-16 Weiteren passive Filter 17 und Modulatoren 18 bis 19 Es wurde gezeigt, ausstellenden ultra-schmale Linienbreite, hohe freie spektrale rOrange und Rekordwerte des geringen Energieverbrauch.
Um diese spannende Ergebnisse zu erreichen, muss ein robustes wiederholbare Herstellung Protokoll entwickelt werden. In diesem Papier nehmen wir eine gründliche Blick auf unsere Fertigung Protokoll, das Elektronenstrahl-Lithographie verwendet für die Definition von photonischen Kristall Muster und nutzt nassen und trockenen Ätzverfahren. Unsere optimierte Fertigung Rezept Ergebnisse in photonischen Kristallen, die nicht von der Vertikalen leiden Asymmetrie und weisen eine sehr gute Kanten-Wandrauhigkeit. Wir diskutieren die Ergebnisse der Variation der Ätzparameter und die schädlichen Wirkungen, die sie auf einer Vorrichtung haben kann, was zu einem diagnostischen Route, die ergriffen werden, um zu identifizieren und zu eliminieren ähnliche Probleme werden kann.
Der Schlüssel zur Auswertung langsam Lichtwellenleiter ist die passive Charakterisierung der Übertragung und Warengruppenverzeichnisses Spektren. Verschiedene Verfahren sind berichtet worden, vor allem die Lösung der Fabry-Perot-Fransen des Transmissionsspektrums eine 20-21d interferometrischen Techniken. 22-25 Hier beschreiben wir einen direkten, Breitband-Messtechnik kombiniert spektrale Interferometrie mit Fourier-Transform-Analyse. 26 Unsere Methode zeichnet sich durch seine Einfachheit und Leistungsfähigkeit, wie wir einen nackten photonischen Kristalls mit Zugang Wellenleiter zu charakterisieren, ohne Notwendigkeit für On-Chip Interferenzkomponenten und des Setup nur aus einem Mach-Zehnder-Interferometer, ohne dass bewegliche Teile und Verzögerung Scans.
Wenn kennzeichnenden Photonenkristall Hohlräumen, Verfahren, bei denen 21 oder internen Quellen externen Wellenleiter direkt an den Hohlraum 27 Einfluss auf die Leistungsfähigkeit des Hohlraums selbst gekoppelt ist, wodurch die Messung verfälschen. Hier beschreiben wir eine neue und nicht-intrusive Technik, die Verwendung einer kreuzpolarisierten Sondenstrahls macht und als Resonanzstreuung (RS), wobei die Sonde aus der Ebene heraus in den Hohlraum durch ein Objektiv gekoppelt ist bekannt. Die Technik wurde erstmals Demonstrationted durch McCutcheon et al. 28 und weiter durch Galli et al. 29
Protocol
Representative Results
Discussion
Beispiel Herstellung
Unsere Wahl der Elektronenstrahl-Resist (dh ZEP 520A) ist aufgrund seiner gleichzeitig hoher Auflösung und Ätzresistenz. Wir glauben, dass ZEP 520A durch die UV-Licht von oben Labor Lichter emittiert beeinträchtigt sein kann; als solches empfehlen wir Platzierung Spin-beschichteten Proben in UV undurchsichtigen Behältern beim Verschieben von einem Labor zum anderen.
Bewegen auf Definieren des photonischen Kristalls Muster, vor Ausse…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Die Autoren danken Dr. Matteo Galli, Dr. Simone L. Portalupi und Prof. Lucio C. Andreani von der Universität von Pavia für hilfreiche Diskussionen im Zusammenhang mit der RS Technik und die Durchführung von Messungen.
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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