フェムト秒レーザー誘起アブレーションを用いたナノファイバー上の1次元フォトニック結晶共振器の作製

ナノフォトニックデバイスの光の強い閉じ込めは、光科学の新たなフロンティアをオープンしました。現代のナノ加工技術は^{、1レイジング 2を}感知し、光スイッチング用途³で1次元および2次元フォトニック結晶（PhCを）新たな展望のための空洞の製作を有効にしています。また、これらのPhCを空洞に強い光と物質の相互作用は、量子情報科学⁴のための新しい道を開きました。別にPhCをキャビティから、プラズモニックナノ共振器はまた、有望な見込み客^5、6、7を示しています。しかし、ファイバベースの通信ネットワークにこのような空洞をインターフェースすることは課題です。

近年では、光ナノファイバーとして知られているサブ波長直径テーパシングルモード光ファイバは、有望なナノフォトニックデバイスとして浮上しています。強いのためにナノファイバーガイド付きフィールドと周囲の媒体と相互作用する能力の横方向の閉じ込めは、ナノファイバーは広く適応し、様々なナノフォトニック用途⁸に向けて研究されています。それとは別に、それはまた、強力に調査した光の量子操作を実施し^、9問題です。ナノファイバー導波モードへのような量子発光体、単一/少数のレーザー冷却原子および単一量子ドットからの発光の効率的な結合を検討し^{、10、11、12、13、14、15に}示されています。ナノファイバーの光-物質相互作用は有意にナノファイバー^16、17にPhCをキャビティ構造を実装することによって改善することができます。

sのための重要な利点UCHシステムは、容易に、通信ネットワークに統合することができ、ファイバ・イン・ライン技術です。テーパナノファイバーを通じて99.95％の光透過率は¹⁸実証されています。しかし、ナノファイバー伝送は、ほこりや汚れに非常に敏感です。従って、従来の微細加工技術を用いてナノ繊維にPhCを構造体の製造は非常に実りありません。集束イオンビーム（FIB）ミリングを用いたナノファイバーの空洞製作は^19、20、実証されているが、光学品質および再現性は、高くありません。

このビデオプロトコルでは、フェムト秒レーザーアブレーションを用いたナノファイバーのPhCを空洞を製造する最近実証^21,22技術を提示します。捏造は、ナノファイバーとIRRADにフェムト秒レーザーの二光束干渉パターンを作成することにより行われます単一のフェムト秒レーザーパルスをiating。ナノファイバのレンズ効果は、ナノファイバーの影の表面にアブレーションクレーターを作成する、このような技術の実現可能性に重要な役割を果たしています。代表的なサンプルについて、350nmの周期で徐々に50から変化する直径を有する周期的なナノクレーター – 550 NM – 1mmの長さにわたって250 nmの450の周りに直径ナノファイバー上に製造されます。ナノファイバー上のような定期的なナノクレーターは、1-D PhCをとして機能します。また、ナノファイバーにアポダイズと欠陥によって誘発されるPhCをキャビティを製造するためにナノクレーター配列のプロファイルを制御するための方法を提示します。

高い光学的品質を維持することができるように、そのようなナノファブリケーションの重要な態様は、すべての光造形です。さらに、製造は、機械的不安定性および他の製造欠陥に技術の免疫を行う、ただ1つのフェムト秒レーザーパルスを照射することによって行われます。また、これはPhCをナノの社内生産を可能に汚染の可能性を最小限に抑えることができるように、ファイバ共振器。このプロトコルは、他の人は微細加工技術のこの新しいタイプを実装し、適応させるためのものです。

図1aは、製造のセットアップの概略図を示します。製造セットアップ及びアライメント手順の詳細については^、21、22に記載されています。 400 nmの中心波長、120フェムト秒のパルス幅を有するフェムト秒レーザは、位相マスク上に入射します。位相マスクは、0と±1次までにフェムト秒レーザービームを分割します。ビームブロックは0次光を遮断するために使用されます。折りたたみミラーは対称的に干渉パターンを作成するために、ナノファイバーの位置で±1オーダーを再結合します。位相マスクのピッチは700nmであるので、干渉縞は、350nmのピッチ_（ΛG）を有しています。シリンドリカルレンズは、ナノファイバーに沿ってフェムト秒レーザー光の焦点を合わせます。両端のビームサイズ（Y軸）及び（Z軸）に沿ったナノ繊維は、それぞれ60μmで5.6 mmです。テーパ状繊維は、繊維を延伸するための圧電アクチュエータ（PZT）を備えたホルダーに取り付けられています。ガラス板とトップカバーは、埃からナノファイバーを保護するために使用されます。先細のファイバとホルダーは、翻訳（XYZ）と回転（θ）のステージを備えた製造ベンチに固定されています。 θステージは、YZ面におけるナノファイバーサンプルの回転を可能にします。 XステージもXY-とXZ平面に沿って傾斜角を制御することができます。 CCDカメラは、ナノ繊維から20cmの距離で、およびナノファイバーの位置を監視するためのXY平面内で45°の角度で配置されています。全ての実験は、無塵の条件を達成するためにHEPA（高効率粒子拘束）フィルターを備えたクリーンブース内で実行されています。無塵の条件は、ナノファイバーの透過性を維持することが不可欠です。

図1（b）は光学測定の概略を示しています。テーパファイバにファイバ結合光源と高分解能スペクトルアナライザを使用して送信し、反射光のスペクトルを測定する： – 製造中、光学的性質を簡単ブロードバンド（900から700nmの波長範囲）を起動することによって監視されます。波長可変CWレーザ光源を適切にキャビティモードを解決するために絶対空洞伝達を測定するために使用されます。

私たちは、製造および特徴付けのためのプロトコルを提示します。プロトコルセクションは、3つのサブセクション、作製した試料のナノファイバーの準備、フェムト秒レーザーの製造および特性評価に分かれています。