Fabricage van 1-D Photonic Crystal Cavity op een Nanovezel behulp Femtoseconde Laser-geïnduceerde Ablation

Sterke opsluiting van licht in nanofotonische apparaten heeft nieuwe grenzen geopend in optische wetenschap. Moderne nanofabricage technologieën hebben ingeschakeld fabricage van 1-D en 2-D Photonic Crystal (PhC) holtes voor nieuwe perspectieven in lasermedium ^{1, 2} sensing en optische switching toepassingen ^3. Bovendien heeft een sterke licht-materie interactie in deze PhC holtes nieuwe wegen geopend voor de quantum information science ^4. Naast PhC holten hebben plasmon nanocavities ook veelbelovende vooruitzichten ^{5, 6, 7.} Echter, interfacing dergelijke holten glasvezel communicatienetwerk blijft een uitdaging.

De laatste jaren tapse single mode optische vezel met een diameter kleiner dan de golflengte, bekend als optische nanovezel, is uitgegroeid tot een veelbelovende nanofotonische apparaat. Door de sterkedwars opsluiting van de nanovezel geleide veld en het vermogen tot interactie met het omgevende medium, wordt de nanovezel algemeen aangepast en onderzocht voor verschillende toepassingen nanofotonische ^8. Daarnaast wordt ook sterk onderzocht en toegepast voor quantum manipulatie van licht en materie ^9. Efficiënte koppeling van emissie van quantum emitters zoals enkel / paar laser-gekoelde atomen en single quantum dots, in de nanovezel geleide modi is onderzocht en aangetoond ^{10, 11, 12, 13, 14, 15.} Het licht-materie interactie op nanovezel kan aanzienlijk worden verbeterd door het uitvoeren PhC holtestructuur op de nanovezel ^{16, 17.}

Het belangrijkste voordeel voor sUCH systeem is de vezel-in-line-techniek die gemakkelijk kan worden geïntegreerd communicatienetwerk. Lichtdoorlatendheid van 99,95% door het tapse nanovezel aangetoond ^18. De nanovezel transmissie is zeer gevoelig voor stof en vervuiling. Daarom fabricage PHC structuur op nanovezel gebruik van conventionele nanofabricage techniek is niet erg vruchtbaar. Hoewel holte fabricage op nanovezel gebruik gefocusseerde ionenbundel (FIB) het malen aangetoond ^{19, 20,} de optische kwaliteit en reproduceerbaarheid is niet zo hoog.

In deze video protocol presenteren we een recent aangetoond ^{21, 22} techniek PhC holten fabriceren op nanovezel gebruik femtoseconde laser ablatie. De constructies worden uitgevoerd door het creëren van een twee-beam interferentiepatroon van de femtoseconde laser op de nanovezel en irradiating een femtoseconde laserpuls. De lenzen effect van de nanovezel speelt een belangrijke rol bij de haalbaarheid van deze technieken maken ablatie kraters op de schaduw oppervlak van de nanovezel. Voor een typisch monster periodieke nano-kraters met een periode van 350 nm en een diameter geleidelijk variërend van 50 – 250 nm worden over een lengte van 1 mm vervaardigd op een nanovezel met diameter ongeveer 450 – 550 nm. Periodieke nano-kraters op nanovezel, fungeren als een 1-D PhC. We stellen ook een werkwijze om het profiel van de nano-krater matrix besturen geapodiseerd en defect geïnduceerde PhC holten fabriceren op de nanovezel.

Een belangrijk aspect van deze nanofabricage het alle optische vervaardiging, zodat hoge optische kwaliteit kan worden gehandhaafd. Bovendien wordt de fabricage uitgevoerd door de bestraling van slechts één femtoseconde laserpuls, waardoor de techniek ongevoelig voor mechanische instabiliteiten en andere onvolkomenheden fabricage. Ook maakt dit mogelijk in-house productie PHC nanovezel holte zodanig dat de kans op besmetting kan worden geminimaliseerd. Dit protocol is bedoeld om anderen te helpen implementeren en dit nieuwe type nanofabricage techniek aan te passen.

Figuur 1a toont het schema van de fabricage installatie. De details van de procedures fabricage installatie en uitlijning worden in ^{21, 22.} A femtoseconde laser met 400 nm centrale golflengte en 120 fs pulsbreedte invalt op een fasemasker. De fasemasker splitst de femtoseconde laserbundel bij 0 en ± 1 orden. Een bundelblokkering wordt gebruikt om de 0-orde bundel blokkeert. De inklapbare spiegels symmetrisch recombineren de ± 1-orders aan de nanovezel positie, om een ​​interferentiepatroon te creëren. De toonhoogte van de fase-masker is 700 nm, zodat het interferentiepatroon heeft een pitch (Λ _G) van 350 nm. De cilindrische lens focusseert de femtoseconde laserbundel langs de nanovezel. De bundelgrootte in (Y-as)en langs (Z-as) de nanovezel is 60 urn en 5,6 mm werden. De tapse vezel is gemonteerd op een houder met piëzo actuator (PZT) voor het strekken van de vezel. Een deksel met glazen plaat wordt gebruikt om de nanovezel tegen stof te beschermen. De houder met de taps toelopende vezel is gefixeerd op een verzinsel bankje uitgerust met vertaling (XYZ) en rotatie (θ) fasen. De θ-stage maakt rotatie van de nanovezel monster in het YZ-vlak. De X-stage kunt ook de kantelhoeken langs XY en XZ-vlak. Een CCD camera geplaatst op een afstand van 20 cm van de nanovezel en onder een hoek van 45 ° in het XY-vlak aan de nanovezel positiemonitor. Alle experimenten worden uitgevoerd in een schone cabine met HEPA (High Efficiency Particulate arrestatie) filters om stofvrij te bereiken. Stofvrije toestand is essentieel voor de overdracht van de nanovezel handhaven.

Figuur 1lb toont het schema van de optische metingen. Tijdens fabricage worden de optische eigenschappen kort gevolgd door de lancering van een breedband (golflengte: 700-900 nm) gevezelde lichtbron in de tapse vezel en het meten van het spectrum van het doorgelaten en gereflecteerd licht met behulp van hoge resolutie spectrum analyzer. Een afstembare CW laserbron wordt gebruikt om de holte modes goed op te lossen en de absolute holte transmissie meten.

We presenteren het protocol voor de fabricatie en karakterisatie. Het gedeelte protocol is verdeeld in drie paragrafen, nanovezel voorbereiding, femtoseconde laser fabricage en karakterisering van de verzonnen monsters.