펨토초 레이저에 의한 절제를 사용하여 나노 섬유에 1-D 광자 크리스탈 캐비티의 제작
Summary
우리는 펨토초 레이저 유발 절제하여 파장 이하 직경의 실리카 섬유 (나노 파이버 광)의 1-D 광결정 공동을 제조하는 프로토콜을 제시한다.
Abstract
우리는 펨토초 레이저 유발 절제하여 서브 파장 직경 테이퍼 광섬유, 광학 나노 파이버, 1-D 광결정 (PHC) 공동을 제조하는 프로토콜을 제시한다. 우리는주기적인 나노 분화구의 수천 단지 하나의 펨토초 레이저 펄스를 조사하여 광학 나노 섬유를 제조하는 것으로 나타났다. 전형적인 샘플의 경우, 점차적으로 50에서 다양한 직경 350 나노 미터와 함께 기간과주기적인 나노 분화구 – 550 nm의 – 1mm의 길이에 걸쳐 250 내지 450의 주위에 직경이 나노 섬유에 제조된다. 이러한 나노의 주요 양태는 나노 파이버 자체가 원통형 렌즈로서 작용하고 그림자 표면에 펨토초 레이저 빔을 초점을 맞추고있다. 또, 단발 제조 기계적 불안정성 등의 제조 결함으로는 면역한다. 나노 그러한 주기적 나노 크레이터는 1-D PHC 역할과 정지 대역에서 높은 투과율을 유지하면서 강력한 광대역 반사 있도록. 또한 나노 섬유에 apodized 결함 유도 PHC 공동을 제조하기 위해 나노 분화구 어레이의 프로파일을 제어하기위한 방법을 제시한다. 나노 섬유 기반 PHC 캐비티와 광 네트워크의 효율적인 통합 횡 방향 및 종 방향 양쪽 필드의 강한 제한은 나노 포토 닉 애플리케이션 양자 정보학의 새로운 가능성을 열고있다.
Introduction
나노 포토 닉 장치에서 빛의 강한 감금 광학 과학의 새로운 국경을 열었습니다. 현대 나노 기술 1 발진이 감지 광학 스위칭 애플리케이션 3의 1-D 및 2-D 광결정 (PHC) 새로운 잠재위한 공동의 제조를 사용할 수있다. 또한, 이러한 PHC 공동의 강한 빛 – 물질 상호 작용은 양자 정보 과학 4 새로운 길을 열었습니다. 그렇다 PHC 캐비티로부터 플라즈몬 nanocavities도 유망한 5, 6, 7에 도시 하였다. 그러나, 섬유 기반 통신 네트워크에 이러한 충치를 인터페이스하는 것은 도전 남아있다.
최근 몇 년 동안, 광학 나노 섬유로 알려진 서브 파장 직경과 테이퍼 단일 모드 광섬유, 유망 나노 포토 닉 장치로 떠오르고있다. 때문에 강한로나노 섬유 유도 필드와 주변 매질과 상호 작용하는 능력 횡 한정은 나노 널리 구성된 다양한 나노 포토 닉 애플리케이션 8 조사된다. 그 외에도에서, 그것은 또한 강력하게 조사하고 빛의 양자 조작에 구현 (9) 문제가된다. 나노 섬유 가이드 모드로 같은 양자 터, 단일 / 몇 레이저 냉각 원자와 단일 양자 도트에서 발광 효율 결합 연구, 10, 11, 12, 13, 14, 15이 증명되었다. 나노 섬유의 발광 물질의 상호 작용은 크게 나노 섬유 (16), (17) PHC 캐비티 구조를 구현함으로써 개선 될 수있다.
s의 주요 장점UCH 시스템 용이 통신 네트워크에 통합 될 수있는 섬유 – 라인 기술이다. 테이퍼 나노 섬유를 통해 99.95 %의 광 투과율은 18 증명되었다. 그러나, 나노 파이버 전송 먼지 오염에 매우 민감하다. 따라서, 종래의 나노 기술을 이용하여 나노 섬유에 PHC 구조체의 제조는 매우 유익한 아니다. 집속 이온 빔 (FIB) 밀링을 사용하는 나노 섬유의 제조가 캐비티 (19), (20), 증명되었지만 광학 품질 및 재현성은 높지 않다.
이 비디오 프로토콜에서는 펨토초 레이저 어블 레이션을 이용하여 나노 섬유에 PHC 공동을 제조하기 위해 최근에 증명 (21, 22) 기법을 제안한다. 날조는 나노 파이버와 irrad에 펨토초 레이저의 2 광속 간섭 패턴을 생성하여 수행하나의 펨토초 레이저 펄스를 iating. 나노 섬유의 렌즈 효과의 영향은 나노 섬유의 그림자 표면에 박리 크레이터 생성 그러한 기술의 가능성에 중요한 역할을한다. 전형적인 샘플의 경우, 점차적으로 50에서 다양한 직경 350 나노 미터와 함께 기간과주기적인 나노 분화구 – 550 nm의 – 1mm의 길이에 걸쳐 250 내지 450의 주위에 직경이 나노 섬유에 제조된다. 나노 그러한 주기적 나노 크레이터는 1-D PHC 역할. 또한 나노 섬유에 apodized 결함 유도 PHC 공동을 제조하기 위해 나노 분화구 어레이의 프로파일을 제어하기위한 방법을 제시한다.
높은 광학 품질을 유지할 수 있도록 이러한 나노의 주요 측면은 전체 광학 제조된다. 또한, 제조 기계적 불안정성 등의 제조 결함으로 면역 기술을 단지 하나의 펨토초 레이저 펄스의 조사에 의해 수행된다. 또한이 PHC 나노의 자체 생산을 가능하게오염의 가능성을 최소화 할 수 있도록 섬유 공동. 이 프로토콜은 다른 사람이 구현 및 나노 기술의 새로운 유형을 적용하기위한 것입니다.
도 1a는 제조 셋업의 개략도를 도시한다. 제조 설치 및 정렬 절차의 세부 사항은, (22) (21)에서 논의된다. 400 nm의 중심 파장 120 FS 펄스 폭이 펨토초 레이저는 위상 마스크에 입사된다. 위상 마스크는 0 ± 1 주문에의 펨토초 레이저 빔을 분할합니다. 빔 블록은 0 차 빔을 차단하기 위해 사용된다. 폴딩 거울 대칭 간섭 패턴을 생성하기 위해, 나노 섬유의 위치에 ± 1 주문 재결합. 상기 위상 마스크의 피치는 700 ㎚이며, 따라서 간섭 패턴은 350 nm의 피치 (Λ G)을 갖는다. 원통형 렌즈는 파이버 따라 펨토초 레이저 빔을 집중한다. 에서 빔 크기 (Y 축)및 (Z 축)을 따라 나노 파이버는 각각 60 ㎛ 내지 5.6 mm이다. 테이퍼 섬유는 섬유를 연신 압전 액츄에이터 (PZT)를 구비 한 홀더에 장착된다. 유리 접시와 상단 덮개는 먼지로부터 나노 섬유를 보호하는 데 사용됩니다. 테이퍼 섬유와 홀더는 번역 (XYZ) 및 회전 (θ) 단계가 장착 된 제조 벤치에 고정되어있다. θ-단계는 YZ 평면의 나노 섬유 샘플의 회전을 할 수 있습니다. 상기 X 스테이지는 XY- 및 XZ면을 따라 경사 각도를 제어 할 수있다. CCD 카메라는 나노 파이버로부터 20cm의 거리에서 상기 나노 파이버 위치를 모니터링하는 XY 평면에서 45 °의 각도로 배치된다. 모든 실험은 먼지없는 환경을 달성하는 HEPA (고효율 미립자 체포) 필터가 장착 된 깨끗한 부스 내부에서 수행된다. 먼지가없는 상태에서는 나노 파이버의 송신을 유지하는 것이 필수적이다.
그림 1B는 광학 측정의 회로도를 보여줍니다. 테이퍼 섬유에 광섬유 결합 형 광원과 고분해능 스펙트럼 분석기를 이용하여 송신되고 반사 된 빛의 스펙트럼을 측정 : – 제조 동안에, 광학 특성 간단히 광대역 (900 내지 700 nm 파장 영역)을 실행하여 모니터링된다. 파장 가변 CW 레이저 소스 적절히 캐비티 모드를 해결 절대 캐비티 전송을 측정하기 위해 사용된다.
우리는 제조 및 특성에 대한 프로토콜을 제시한다. 프로토콜 섹션은 세 개의 하위 섹션, 제작 된 샘플의 나노 섬유 제조, 펨토초 레이저의 제조 및 특성에 분할된다.
Protocol
Representative Results
Discussion
나노 섬유의 렌즈 효과의 영향 (도 2 참조)하여 나노 섬유의 그림자 표면에 나노 크레이터 만드는 제조 기술에서 중요한 역할을한다. 나노 섬유의 렌즈 효과 효과는 폭 방향 (Y 축)에 기계적 불안정성 견고한 제조 공정을 만든다. 조사 시간은 단지 120 FS (즉, 펄스 폭)는 더욱이 의한 단발 조사에 다른 축을 따라 불안정성 제조에 영향을주지 않는다. 그 결과, 잘 정의 된주기와주기?…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This work was supported by the Japan Science and Technology Agency (JST) through the Strategic Innovation Program. KPN acknowledges support from a grant-in-aid for scientific research (Grant no. 15H05462) from the Japan Society for the Promotion of Science (JSPS).
Materials
| 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 | |
| Fiber coating stripper | NTT-AT | Fiber nippers 250 μm |
Referenzen
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