Die Herstellung von 1-D Photonic Kristallhöhle auf einer Nanofaser Mit Femtosekunden-Laser-induzierte Ablation

Starke Führung von Licht in nanophotonischer Geräte hat neue Grenzen in der optischen Wissenschaft eröffnet. Moderne nanofabrication Technologien haben es ermöglicht die Herstellung von 1-D und 2-D – Photonic – Kristall (PHC) Hohlräume für neue Perspektiven in Laser ^{1, 2} und Erfassen optische Schaltanwendungen ^3. Darüber hinaus starke Wechselwirkung Licht-Materie in diesen PhC Hohlräume hat ⁴ neue Wege für die Quanteninformationswissenschaft eröffnet. Neben PhC Hohlräumen, Plasmonen Nanokavitäten haben auch viel versprechende Perspektiven ⁵ gezeigt , ^{6, 7.} Allerdings ist eine solche Hohlräume faserbasierten Kommunikationsnetzwerk eine Schnittstelle bleibt eine Herausforderung.

In den letzten Jahren verjüngte optische Einmodenfaser mit Subwellenlängen Durchmesser als optische Nanofasern bekannt, hat sich als vielversprechende nanophotonischer Gerät entstanden. Aufgrund der starkenQuer Einschließung des Nanofaser geführten Bereich und die Fähigkeit , mit dem umgebenden Medium zu interagieren, wird die Nanofaser weitgehend angepasst und für verschiedene Anwendungen nanophotonischer ⁸ untersucht. Abgesehen davon ist es auch stark untersucht und für die Quanten Manipulation von Licht umgesetzt und ⁹ Materie. Effiziente Kopplung der Emission von Quantenemitter wie, Einzel- / wenige lasergekühlten Atomen und einzelnen Quantenpunkten, in die Nano geführten Moden wurde untersucht und gezeigt , ^{10, 11, 12, 13, 14, 15.} Die Licht-Materie – Wechselwirkung auf Nanofaser kann signifikant durch Struktur PhC Hohlraum auf der ¹⁶ Nanofaser verbessert ^{werden, 17.}

Der entscheidende Vorteil für such ein System ist die Faser-in-line-Technologie, die mit dem Kommunikationsnetz ohne weiteres integriert werden kann. Lichtdurchlässigkeit von 99,95% durch die sich verjüngende Nanofaser wurde ¹⁸ gezeigt. Jedoch ist die Nanofaserübertragungs extrem anfällig gegenüber Staub und Verschmutzung. Daher wird die Herstellung von PhC Struktur auf Nano herkömmlichen Nanofabrikationstechnik ist nicht sehr fruchtbar. Obwohl Hohlraum Fertigung auf Nano Focused Ion Beam (FIB) Fräsen hat ¹⁹ gezeigt ^{worden, 20,} ist die optische Qualität und Reproduzierbarkeit nicht so hoch.

In diesem Video – Protokoll präsentieren wir eine kürzlich ^{21 gezeigt, 22} Technik PhC Hohlräume auf Nanofaser mit Femtosekunden – Laser – Ablation herzustellen. Die Herstellungen werden durchgeführt, indem ein Zweistrahl-Interferenzmuster des Femtosekundenlasers auf der Nanofaser und IRRAD Schaffungiating einen einzigen Femtosekunden-Laserpuls. Der Linseneffekt der Nanofaser spielt eine wichtige Rolle bei der Realisierbarkeit derartiger Techniken, Ablation Kratern auf der Schattenfläche des Nanofaser zu schaffen. Für eine typische Probe, periodische Nano Kratern mit einer Periode von 350 nm und mit variierendem Durchmesser allmählich 50-250 nm über eine Länge von 1 mm auf einer Nanofaser mit einem Durchmesser hergestellt rund 450-550 nm. Solchen periodischen Nano Krater auf Nanofaser, wirken als ein 1-D PhC. Wir stellen ebenfalls ein Verfahren, das Profil des Nano Kraters Array zu steuern apodisierte und defektinduzierten PhC Hohlräume auf der Nanofaser herzustellen.

Ein wesentlicher Aspekt solcher nanofabrication ist die ganze optische Verarbeitung, so dass eine hohe optische Qualität beibehalten werden kann. Darüber hinaus ist die Fertigung durch die Bestrahlung mit einem einzigen Femtosekundenlaserpulses, so dass die Technik immun gegen mechanische Instabilitäten und andere Herstellungsunvollkommenheiten getan. Auch dies ermöglicht Inhouse-Produktion von PhC nanoFaserhohlraum so, dass die Wahrscheinlichkeit der Kontamination minimiert werden kann. Dieses Protokoll soll andere implementieren und passen diese neue Art von Nanofabrikationstechnik zu helfen.

Figur 1a zeigt die schematische Darstellung der Herstellungseinrichtung. Die Einzelheiten der Herstellungsaufbau und Ausrichtungsverfahren werden in ^{21 diskutiert, 22.} Ein Femtosekundenlaser mit 400 nm Mittenwellenlänge und 120 fs Impulsbreite fällt auf eine Phasenmaske. Die Phasenmaske teilt den Femtosekunden-Laserstrahl in 0 und ± 1 Aufträge. Ein Strahlblock wird verwendet, um die 0-ter Ordnung Strahl zu blockieren. Die klappbaren Spiegeln die ± 1-Ordnungen an der Nanofaser Position symmetrisch rekombinieren, um ein Interferenzmuster zu erzeugen. Die Steigung der Phasenmaske beträgt 700 nm, so dass das Interferenzmuster eine Steigung (Λ _G) von 350 nm. Die zylindrische Linse fokussiert das Femtosekunden-Laserstrahl entlang der Nanofaser. Die Strahlgröße über (Y-Achse)und zusammen (Z-Achse) der Nanofaser beträgt 60 & mgr; m und 5,6 mm, respectively. Die sich verjüngende Faser wird auf einem Halter montiert ist, ausgestattet mit Piezoaktors (PZT) für die Faser Dehnung. Eine obere Abdeckung mit Glasplatte wird verwendet, um die Nanofaser vor Staub zu schützen. Der Halter mit der sich verjüngenden Faser wird auf einer Fertigungs Bank mit Übersetzung (XYZ) und Rotation (θ) Stufen ausgestattet fixiert. Die θ-Stufe ermöglicht eine Drehung des Nanofaserprobe in der YZ-Ebene. Die X-Bühne kann steuern, auch die Neigungswinkel entlang XY- und XZ-Ebene. Eine CCD – Kamera ist in einem Abstand von 20 cm von der Nanofaser und in einem Winkel von 45 ° in der XY-Ebene angeordnet , um die Nanofaserlage zu überwachen. Alle Experimente werden in einem Reinraumkabine ausgestattet mit HEPA (High-Efficiency Particulate Arretieren) Filter durchgeführt, um staubfreien Bedingungen erreichen. Staubfreien Zustand ist wichtig, um die Übertragung der Nanofaser zu erhalten.

Abbildung 1b zeigt die schematische Darstellung der optischen Messungen. Während der Herstellung werden die optischen Eigenschaften durch die Einführung eines Breitband (Wellenlängenbereich: 700-900 nm) kurz überwacht fasergekoppelte Lichtquelle in die sich verjüngende Faser und die Messung des Spektrums des gesendeten und dem reflektierten Licht hochauflösende Spektrumanalysator. Eine abstimmbare CW-Laserquelle wird verwendet, um richtig die Resonatormoden zu lösen und den absoluten Hohlraum Übertragung zu messen.

Wir stellen das Protokoll für die Herstellung und Charakterisierung. Der Protokollabschnitt ist in drei Unterabschnitte, Nanofaservorbereitung, Femtosekundenlaser Herstellung und Charakterisierung der hergestellten Proben aufgeteilt.