JoVE Journal > Engineering
Summary
Abstract
Protocol
Resultados
Discussion
Declarações
Acknowledgements
Materials
Referências
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Engenharia

ייצור ואפיון של מנחי גלים פוטוניים Crystal להאט את האור וחללים

Published: November 30, 2012
doi:
10.3791/50216
, , , ,
1School of Physics & Astronomy,University of St Andrews

Summary

שימוש בגלבו פוטוניים גביש להאט את האור וחללי האומצה באופן נרחב על ידי קהילת פוטוניקה ביישומים רבים שונים. לכן ייצור ואפיון של התקנים אלה הם עניין רב. מאמר זה מתאר טכניקת הייצור שלנו ושתי שיטות אפיון אופטיות, דהיינו: פיזור interferometric (גלבו) ותהודה (עששת).

Abstract

אור האיטי היה אחד הנושאים החמים ביותר בקהילת פוטוניקה בעשור האחרון, שהניב עניין רב הן מנקודת מבט בסיסית ולפוטנציאל הרב שלה ליישומים מעשיים. גלבו גביש להאט את האור פוטוניים, בפרט, שחק תפקיד מרכזי ולהיות מועסקים בהצלחה לעיכוב אותות אופטיים 1-4 והשיפור של שני המכשירים 5-7 וקויים ליניארי. 8-11

חללי גבישים פוטוניים להשיג אפקטים דומים לזה של גלבו אור האיטי, אבל על רוחב פס מופחת. חללים אלו מציעים יחס Q-factor/volume גבוה, למימוש אופטי וחשמלי 12 13 נשאבים לייזרי סף נמוכים במיוחד והשיפור של אפקטים לא לינארית. 14-16 יתר על כן, מסננים פסיביים 17 ומאפננים 18-19 הוכחו, מציג קו רוחב r-Ultra צר, גבוה חופשי רפאיםערכי Ange ושיא של צריכת אנרגיה נמוכה.

כדי להשיג את התוצאות הללו המרגשים, פרוטוקול ייצור דיר איתן חייב להיות מפותח. במאמר זה אנו לוקחים מבט מעמיק בפרוטוקול הייצור שלנו, אשר מעסיק יתוגרפיה אלומת אלקטרונים להגדרת דפוסי גבישים פוטוניים ומשתמש בטכניקות תחריט יבשות ורטובות. התוצאות שלנו מותאמות ייצור המתכון בגבישים פוטוניים שאינם סובלים ממצב אנכי סימטריה ולהציג חספוס טוב מאוד קצה קיר. אנחנו דנים בתוצאות של משתנה פרמטרי התחריט ואת ההשפעות מזיקות שהם יכולים להיות על מכשיר, מה שמוביל למסלול אבחון שניתן לנקוט על מנת לזהות ולמנוע בעיות דומות.

המפתח להערכת גלבו אור האיטי הוא האפיון הפסיבי של שידור וספקטרום ראשי קבוצה. שיטות שונות כבר דיווח, בעיקר פתרון שולי פברי פרו של ספקטרום השידור 20-21טכניקות ד interferometric. 22-25 כאן, אנו מתארות טכניקה ישירה, פס רחבה מדידת שילוב interferometry רפאים עם ניתוח התמרה פורה 26. השיטה שלנו בולטת לפשטות ולכח שלה, כפי שאנו יכולים לאפיין גבישים פוטוניים חשופים עם הגישה גלבו, ללא צורך עבור רכיבים על שבב הפרעות, וההתקנה מורכב רק interferometer מאך-Zehnder, ללא צורך בחלקים נעים וסריקות עיכוב.

כאשר חללי אפיון פוטוניים גביש, טכניקות מעורבות מקורות פנימיים או 21 בגלבו חיצוני מצמידים ישירות ל27 השפעת החלל על ביצועים של החלל עצמו, ובכך מעוות את המדידה. כאן, אנו מתארים שיטה חדשנית ולא פולשנית שעושה שימוש בקרן אור מקוטבת בדיקה הצולבת והוא ידוע כפיזור תהודה (RS), שבו החללית יחד מחוץ למטוס אל תוך החלל דרך אובייקטיבי. הטכניקה הייתה הראשון demonstraטד על ידי Mccutcheon אח' 28. ופיתוח נוסף על ידי גלי ואח' 29.

Protocol

הצהרה: הפרוטוקול הבא נותן זרימת תהליך כללית המכסה את טכניקות ייצור ואפיון לגלבו גבישים פוטוניים וחללים. תזרים התהליך הוא מותאם לציוד הספציפי הזמין במעבדה שלנו, ופרמטרים יכולים להיות שונים אם ריאגנטים או ציוד אחרים בשימוש. <p class="jove_title" style=";text-align:right;direction:rt…

Representative Results

Fabricated samples Figure 1 shows a scanning electron microscope (SEM) image of an exposed and developed pattern in electron beam resist – it is evident from the “clean” edge between the resist and the silicon substrate that complete exposure/development has been accomplished. Exposure of dose test patterns, consisting of simple repeated shapes (in our case 50 × 50 μm squares), each with a differing base dose, are used to determine the correct dose factor and developmen…

Discussion

ייצור מדגם

הבחירה של אלומת אלקטרונים להתנגד (כלומר Zep 520A) שלנו היא בשל הרזולוציה הגבוהה שלו בו זמנית וההתנגדות לחרוט. אנו מאמינים כי 520A Zep עשוי להיות מושפע מאור UV הנפלט מנורות מעבדה עיליות; ככזה אנו ממליצים להניח את דגימות ספין ?…

Declarações

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

החוקרים מכירים תודה ד"ר התאו גאלי, ד"ר סימון L. Portalupi ופרופ 'לוסיו ג Andreani מאוניברסיטת פביה לדיונים מועילים הקשורים לטכניקת RS וביצוע המדידות.

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  

DOWNLOAD MATERIALS LIST

Referências

  1. Baba, T., Kawasaki, T., Sasaki, H., Adachi, J., Mori, D. Large delay-bandwidth product and tuning of slow light pulse in photonic crystal coupled waveguide. Opt. Express. 16 (12), 9245-9253 (2008).
  2. Melloni, A., Canciamilla, A., et al. Tunable delay lines in silicon photonics: coupled resonators and photonic crystals, a comparison. IEEE Photon. J. 2 (2), 181-194 (2010).
  3. Ishikura, N., Baba, T., Kuramochi, E., Notomi, M. Large tunable fractional delay of slow light pulse and its application to fast optical correlator. Opt. Express. 19 (24), 24102-24108 (2011).
  4. Beggs, D. M., Rey, I. H., Kampfrath, T., Rotenberg, N., Kuipers, L., Krauss, T. F. Ultrafast tunable optical delay line based on indirect photonic transitions. Phys. Rev. Lett. 108 (21), 213901 (2012).
  5. Beggs, D. M., White, T. P., O’Faolain, L., Krauss, T. F. Ultracompact and low-power optical switch based on silicon photonic crystals. Opt. Lett. 33 (2), 147-149 (2008).
  6. Nguyen, H. C., Sakai, Y., Shinkawa, M., Ishikura, N., Baba, T. 10 Gb/s operation of photonic crystal silicon optical modulators. Opt. Express. 19 (14), 13000-13007 (1364).
  7. Kampfrath, T., Beggs, D. M., White, T. P., Melloni, A., Krauss, T. F., Kuipers, L. Ultrafast adiabatic manipulation of slow light in a photonic crystal. Phys. Rev. A. 81 (4), 043837 (2010).
  8. Monat, C., Corcoran, B., et al. Slow light enhancement of nonlinear effects in silicon engineered photonic crystal waveguides. Opt. Express. 17 (4), 2944-2953 (2009).
  9. Corcoran, B., Monat, C., et al. light emission in silicon through slow-light enhanced third-harmonic generation in photonic-crystal waveguides. Nature Photon. 3, 206-210 (2009).
  10. Li, J., O’Faolain, L., Rey, I. H., Krauss, T. F. Four-wave mixing in photonic crystal waveguides: slow light enhancement and limitations. Opt. Express. 19 (5), 4458-4463 (2010).
  11. Checoury, X., Han, Z., Boucaud, P. Stimulated Raman scattering in silicon photonic crystal waveguides under continuous excitation. Phys. Rev. B. 82 (4), 041308 (2010).
  12. Y, Photonic crystal nanocavity laser with a single quantum dot gain. Opt. Express. 17 (18), 15975-15982 (2009).
  13. Ellis, B., Mayer, M. A., et al. Ultralow-threshold electrically pumped quantum-dot photonic-crystal nanocavity laser. Nature Photon. 24, 297-300 (2011).
  14. Galli, M., Gerace, D., et al. Low-power continuous-wave generation of visible harmonics in silicon photonic crystal nanocavities. Opt. Express. 18 (25), 26613-26624 (2010).
  15. Notomi, M., Shinya, A., Mitsugi, S., Kira, G., Kuramochi, E., Tanabe, T. Optical bistable switching action of Si high-Q photonic-crystal nanocavities. Opt. Express. 13 (7), 2678-2687 (2005).
  16. Shambat, G., Rivoire, K., Lu, J., Hatami, F., Vučkovič, J. Tunable-wavelength second harmonic generation from GaP photonic crystal cavities coupled to fiber tapers. Opt. Express. 18 (12), 12176-12184 (2010).
  17. Fan, S., Villeneuve, P. R., Joannopoulos, J. D., Haus, H. A. Channel drop filters in photonic crystals. Opt. Express. 3 (1), 4-11 (1998).
  18. Tanabe, T., Nishiguchi, K., Kuramochi, E., Notomi, M. Low power and fast electro-optic silicon modulator with lateral p-i-n embedded photonic crystal nanocavity. Opt. Express. 17 (25), 22505-22513 (2009).
  19. Nozaki, K., Tanabe, T., et al. Sub-femtojoule all-optical switching using a photonic-crystal nanocavity. Nature Photon. 4, 477-483 (2010).
  20. Notomi, M., Yamada, K., Shinya, A., Takahashi, J., Takahashi, C., Yokohama, I. Extremely large group-velocity dispersion of line-defect waveguides in photonic crystal slabs. Phys. Rev. Lett. 87 (25), 253902 (2001).
  21. Labilloy, D., Benisty, H., Weisbuch, C., Smith, C. J. M., Krauss, T. F., Houdré, R., Oesterle, U. Finely resolved transmission spectra and band structure of two-dimensional photonic crystals using emission from InAs quantum dots. Phys. Rev. B. 59 (3), 1649-1652 (1999).
  22. Inanç Tarhan, I., Zinkin, M. P., Watson, G. H. Interferometric technique for the measurement of photonic band structure in colloidal crystals. Opt. Lett. 20 (14), 1571-1573 (1995).
  23. Galli, M., Marabelli, F., Guizzetti, G. Direct measurement of refractive-index dispersion of transparent media by white-light interferometry. Appl. Opt. 42 (19), 3910-3914 (1364).
  24. Galli, M., Bajoni, D., Marabelli, F., Andreani, L. C., Pavesi, L., Pucker, G. Photonic bands and group-velocity dispersion in Si/SiO2 photonic crystals from white-light interferometry. Phys. Rev. B. 69 (11), 115107 (2004).
  25. Vlasov, Y. A., O’Boyle, M., Hamann, H. F., McNab, S. J. Active control of slow light on a chip with photonic crystal waveguides. Nature. 438, 65-69 (2005).
  26. Gomez-Iglesias, A., O’Brien, D., O’Faolain, L., Miller, A., Krauss, T. F. Direct measurement of the group index of photonic crystal waveguide via Fourier transform spectral interferometry. Appl. Phys. Lett. 90 (26), 261107 (2007).
  27. Akahane, Y., Asano, T., Song, B. -. S., Noda, S. High-Q photonic nanocavity in a two-dimensional photonic crystal. Nature. 425, 944-947 (2003).
  28. McCutcheon, M. W., Rieger, G. W., et al. Resonant scattering and second-harmonic spectroscopy of planar photonic crystal microcavities. Appl. Phys. Lett. 87 (22), 221110 (2005).
  29. Galli, M., Portalupi, S. L., Belotti, M., Andreani, L. C., O’Faolain, L., Krauss, T. F. Light scattering and Fano resonances in high-Q photonic crystal nanocavities. Appl. Phys. Lett. 94 (7), 71101 (2009).
  30. WÃest, R., Strasser, P., Jungo, M., Robin, F., Erni, D., Jückel, H. An efficient proximity-effect correction method for electron-beam patterning of photonic-crystal devices. Microelectron Eng. 67-68, 182-188 (2003).
  31. Tanaka, Y., Asano, T., Akahane, Y., Song, B. -. S., Noda, S. Theoretical investigation of a two-dimensional photonic crystal slab with truncated cone air holes. Appl. Phys. Lett. 82 (11), 1661 (2003).
  32. Asano, T., Song, B. -. S., Noda, S. Analysis of the experimental Q factors (~ 1 million) of photonic crystal nanocavities. Opt. Express. 14 (5), 1996-2002 (2006).
  33. O’Faolain, L., Schulz, S. A., et al. Loss engineered slow light waveguides. Opt. Express. 18 (26), 27627-27638 (2010).
  34. Joannopoulos, J. D., Johnson, S. G., Winn, J. N., Meade, R. D. . Photonic crystals, molding the flow of light. , (2008).
  35. Li, J., White, T. P., O’Faolain, L., Gomez-Iglesias, A., Krauss, T. F. Systematic design of flat band slow light in photonic crystal waveguides. Opt. Express. 16 (9), 6227-6232 (2008).
  36. Takeda, M., Ina, H., Kobayashi, S. Fourier-transform method of fringe-pattern analysis for computer-based topography and interferometry. J. Opt. Soc. Am. 72 (1), 156-160 (1982).

Tags

Photonic CrystalSlow Light WaveguidesPhotonic Crystal CavitiesFabricationCharacterizationElectron-beam LithographyEtchingTransmissionGroup IndexSpectral InterferometryFourier Transform AnalysisMach-Zehnder Interferometer

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Citar este artigo
Reardon, C. P., Rey, I. H., Welna, K., O’Faolain, L., Krauss, T. F. Fabrication And Characterization Of Photonic Crystal Slow Light Waveguides And Cavities. J. Vis. Exp. (69), e50216, doi:10.3791/50216 (2012).
Baixar citação
Reimpressões e Permissões

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image