Fabbricazione di 1-D Photonic cristallo cavità su una nanofibre Utilizzando ablazione laser a femtosecondi-indotta

Forte confinamento della luce in dispositivi nanofotonici ha aperto nuove frontiere nel campo della scienza ottica. Le moderne tecnologie di nanofabbricazione hanno permesso la fabbricazione di 1-D e 2-D Photonic cristallo (PHC) cavità per nuove prospettive in lasing ^1, rilevamento ² e le applicazioni di commutazione ottica ^3. Inoltre, forte interazione luce-materia in queste cavità PHC ha aperto nuove strade per informatica quantistica ^4. A parte le cavità PHC, nanocavità plasmoniche hanno anche dimostrato prospettive promettenti ^{5, 6, 7.} Tuttavia, tali cavità interfacciamento alla rete di comunicazione a base di fibre rimane una sfida.

Negli ultimi anni, fibra ottica monomodale rastremata con diametro subwavelength, noto come nanofibre ottica, è emerso come un dispositivo nanofotonica promettente. A causa della forteconfinamento trasversale del campo di nanofibre guidato e la capacità di interagire con il mezzo circostante, il nanofibre è ampiamente adattato e studiato per varie applicazioni nanofotonici ^8. Oltre a questo, è anche fortemente indagato e implementato per la manipolazione quantistica della luce e della materia ^9. Accoppiamento efficiente delle emissioni da emettitori quantistica come, pochi atomi singoli / laser-raffreddata e punti quantici singoli, nelle modalità di nanofibre guidato è stato studiato e dimostrato ^{10, 11, 12, 13, 14, 15.} L'interazione luce-materia su nanofibre possono essere significativamente migliorata mediante l'attuazione di PhC struttura cavità sul nanofibre ^{16, 17.}

Il vantaggio principale per such un sistema è la tecnologia delle fibre in linea che può essere facilmente integrato alla rete di comunicazione. Trasmissione della luce del 99,95% attraverso la nanofibre conica è stata dimostrata ^18. Tuttavia, la trasmissione nanofibre sono estremamente sensibili alla polvere e contaminazione. Pertanto, fabbricazione di strutture PhC su nanofibre usando la tecnica di nanofabbricazione convenzionale non è molto fruttuoso. Sebbene cavità fabbricazione su nanofibre utilizzando Focused fresatura Ion Beam (FIB) è stata dimostrata ^{19, 20,} la qualità ottica e riproducibilità non è alto.

In questo protocollo video, vi presentiamo una recentemente dimostrato ^{21, 22} la tecnica di fabbricare cavità PHC su nanofibre utilizzando l'ablazione laser a femtosecondi. Le invenzioni vengono eseguite mediante la creazione di un modello di interferenza a due raggi del laser a femtosecondi sul nanofibre e IRRADiating un singolo impulso laser a femtosecondi. L'effetto di lente del nanofibre svolge un ruolo importante nella possibilità di tali tecniche, creando crateri ablazione sulla superficie ombra del nanofibre. Per un campione tipico, periodici nano-crateri con un periodo di 350 nm e con un diametro gradualmente variabile da 50 – 250 nm su una lunghezza di 1 mm sono fabbricati su un nanofibre diametro circa 450 – 550 nm. Tali periodici nano-crateri sulla nanofibre, agiscono come un 1-D PhC. Inoltre presentiamo un metodo per controllare il profilo della matrice nano-cratere per fabbricare apodizzato e difetti indotti cavità PHC sul nanofibre.

Un aspetto fondamentale di tale nanofabbricazione è la fabbricazione tutta ottica, in modo che l'alta qualità ottica può essere mantenuta. Inoltre, la fabbricazione avviene l'irradiazione di un singolo impulso laser a femtosecondi, rendendo il sistema immunitario di instabilità meccaniche e altre imperfezioni di fabbricazione. Anche questo consente la produzione in-house di PhC nanocavità fibra in modo che la probabilità di contaminazione può essere minimizzato. Questo protocollo ha lo scopo di aiutare gli altri realizzare e adattare questo nuovo tipo di tecnica di nanofabbricazione.

Figura 1a mostra il diagramma schematico della configurazione fabbricazione. I dettagli delle procedure di impostazione fabbricazione e di allineamento sono discussi in ^{21, 22.} Un laser a femtosecondi con 400 centro nm e 120 fs larghezza di impulso è incidente su una maschera di fase. La maschera di fase suddivide il fascio laser a femtosecondi a 0 e ± 1 ordini. Un blocco fascio viene utilizzato per bloccare il fascio 0-ordine. Gli specchi pieghevoli simmetricamente ricombinano i ± 1-ordini nella posizione nanofibre, per creare una figura di interferenza. Il passo della maschera di fase è di 700 nm, quindi la figura di interferenza ha un passo (Λ _G) di 350 nm. La lente cilindrica focalizza il fascio laser a femtosecondi lungo il nanofibre. La dimensione del fascio di tutti (asse Y)e lungo (asse Z) della nanofibre è di 60 micron e 5,6 mm rispettivamente. La fibra rastremata è montato su un supporto dotato di piezo attuatore (PZT) per allungare la fibra. Una copertura superiore con lastra di vetro viene utilizzato per proteggere il nanofibre dalla polvere. Il titolare con la fibra rastremata è fissato su un banco di fabbricazione dotata di traduzione (XYZ) e le fasi di rotazione (θ). Il θ stadi consente la rotazione del campione nanofibre nel piano YZ. L'X-stadio può anche controllare gli angoli di inclinazione lungo XY e XZ. Una telecamera CCD è posto ad una distanza di 20 cm dal nanofibre e ad un angolo di 45 ° nel piano XY per monitorare la posizione nanofibre. Tutti gli esperimenti sono eseguiti all'interno di una cabina pulita dotato di filtro HEPA (High-Efficiency Particulate arresto) filtri per ottenere condizioni senza polvere. condizione privo di polvere è essenziale per mantenere la trasmissione del nanofibre.

Figura 1b mostra lo schema delle misure ottiche. Durante la fabbricazione, le proprietà ottiche sono brevemente monitorati lanciando una banda larga (lunghezza d'onda 700 – 900 nm) sorgente luminosa fibra accoppiata nella fibra rastremata e misurando lo spettro della luce trasmessa e riflessa con alta risoluzione analizzatore di spettro. Una sorgente laser sintonizzabile CW è utilizzato per risolvere correttamente i modi di cavità e misurare la trasmissione cavità assoluto.

Vi presentiamo il protocollo per la fabbricazione e la caratterizzazione. La sezione protocollo è divisa in tre sezioni, la preparazione nanofibre, fabbricazione laser a femtosecondi e caratterizzazione dei campioni fabbricati.