Fabricación y caracterización de guías de onda de cristal fotónico luz lenta y cavidades
Summary
El uso de guías de ondas de luz de cristal fotónico lentos y cavidades ha sido ampliamente adoptado por la comunidad fotónica en muchas aplicaciones diferentes. Por lo tanto la fabricación y caracterización de estos dispositivos son de gran interés. En este trabajo se describe nuestra técnica de fabricación y dos métodos de caracterización óptica, a saber: la dispersión interferométrica (guías de onda) y resonancia (cavidades).
Abstract
Slow luz ha sido uno de los temas candentes en la comunidad fotónica en la última década, generando un gran interés tanto desde el punto de vista fundamental y por su considerable potencial para aplicaciones prácticas. Slow guías de ondas de luz de cristal fotónico, en particular, han jugado un papel importante y se han empleado con éxito para retrasar las señales ópticas 1-4 y 8-11 la mejora de ambos dispositivos lineales y no lineales 5.7.
Cavidades de cristal fotónico lograr efectos similares a los de guías de ondas de luz lenta, pero en un menor ancho de banda. Estas cavidades ofrecen un alto ratio de Q-factor/volume, para la realización de óptica 12 y 13 eléctricamente bombeado láser ultra-bajos de umbral y la mejora de los efectos no lineales. 14-16 Además, los filtros pasivos 17 y moduladores 18-19 se ha demostrado, exhibiendo ultra-estrecho ancho de línea de alta free-espectral range y registrar los valores de consumo de energía baja.
Para lograr estos resultados emocionantes, un protocolo robusto fabricación repetitiva debe ser desarrollado. En este artículo, echamos un vistazo en profundidad a nuestro protocolo de fabricación que utiliza la litografía por haz de electrones para la definición de los patrones de cristal fotónico y utiliza técnicas de grabado húmedo y seco. Nuestros resultados optimizados receta de fabricación de cristales fotónicos que no sufren de asimetría vertical y exhiben muy buena borde de pared rugosidad. Se discuten los resultados de la variación de los parámetros de grabado y los efectos perjudiciales que pueden tener en un dispositivo, que conduce a una ruta de diagnóstico que se pueden tomar para identificar y eliminar problemas similares.
La clave para la evaluación de guías de ondas lentas de luz es la caracterización pasiva de transmisión y los espectros de índice de grupo. Varios métodos han sido reportados, lo más notablemente la resolución de las franjas de Fabry-Perot del espectro de transmisión de un 20-21técnicas de interferometría. 22-25 d A continuación, describimos una técnica directa, la medición de banda ancha combinando la interferometría espectral con el análisis de Fourier transform. 26 Nuestro método destaca por su sencillez y potencia, como se puede caracterizar un cristal fotónico desnudo con guías de ondas de acceso, sin necesidad para los componentes de interferencia en el chip, y la configuración de la única consiste en un interferómetro de Mach-Zehnder, sin necesidad de partes móviles y escáneres de retardo.
En la caracterización de las cavidades de cristal fotónico, las técnicas que implican fuentes internas 21 o guías de onda externos acoplados directamente a la cavidad 27 impacto en el rendimiento de la propia cavidad, distorsionando así la medición. Aquí se describe una técnica novedosa y no intrusivo que hace uso de un haz de sonda de polarización cruzada y se conoce como dispersión resonante (RS), donde la sonda se acopla fuera del plano en la cavidad a través de un objetivo. La técnica fue la primera demostracióndo por McCutcheon et al. 28 y desarrollado por Galli et al 29.
Protocol
Representative Results
Discussion
Ejemplo de fabricación
Nuestra elección de haz de electrones resistir (es decir ZEP 520A) se debe a su alta resolución simultáneamente y resistencia a la corrosión. Creemos que 520A ZEP puede verse afectada por la luz UV emitida por las luces de laboratorio generales; como tal se recomienda colocar recubiertos spin-muestras en recipientes opacos UV mientras que se muevan de un laboratorio a otro.
Pasando a definir el patrón de cristal fotónico, antes…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Los autores agradecen Dr Matteo Galli, el Dr. Simone L. Portalupi y el Prof. Lucio C. Andreani, de la Universidad de Pavia útil para los debates relacionados con la técnica de RS y la ejecución de las medidas.
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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