Изготовление 1-D фотонного кристалла резонатором на нановолокна Использование фемтосекундного лазера абляции

Сильное удержания света в нанофотонных устройств открывает новые горизонты в оптической науке. Современные технологии позволили Nanofabrication изготовление 1-D и 2-D фотонного кристалла (РНС) полости для новых перспектив в лазерной генерации ^{1, 2} зондирования и оптических применений переключения ^3. Кроме того, сильный свет материи взаимодействие в этих полостях ПЖС открывает новые возможности для квантовой информатики ^4. Помимо полостей ФК – , плазмонных Нанопустоты также показали многообещающие перспективы ^{5, 6, 7.} Тем не менее, взаимодействие таких полостей волокна на основе сети связи остается проблемой.

В последние годы, конический одномодовое оптическое волокно с диаметром субволновую, известный как оптический нановолокна, возникла в качестве перспективного нанофотонной устройства. Из-за сильногопоперечного удержания нановолокна руководствоваться поля и способности взаимодействовать с окружающей средой, нановолокна широко адаптирован и исследован для различных применений нанофотонных ^8. Кроме того, он также сильно исследованы и реализованы для квантовой манипуляции света и материи ^9. Эффективное сцепление излучения квантовых излучателей , таких как, одиночные / несколько охлажденных лазером атомов и одиночных квантовых точек, в нановолокон модах была изучена и продемонстрирована ^{10, 11, 12, 13, 14, 15.} Взаимодействие света и вещества на нановолокна может быть значительно улучшена за счет реализации структуры полости PHC на нановолокна ^{16, 17.}

Главное преимущество для SUCH система является технология волоконно-в-линии, которые могут быть легко интегрированы в сети связи. Светопропускание 99,95% через коническим нановолокна было продемонстрировано ^18. Тем не менее, передача нановолокна чрезвычайно чувствительны к воздействию пыли и загрязнений. Таким образом, изготовление структуры РНС на нановолокна с использованием традиционной техники Nanofabrication не очень плодотворными. Хотя изготовление полости на нановолокна с использованием сфокусированного ионного пучка (FIB) фрезерование было продемонстрировано ^{19, 20,} оптическое качество и воспроизводимость не так высока.

В этом видео – протокол, мы представляем недавно продемонстрировали ^{21, 22} техники изготовить РНС полостей на нановолокна с использованием фемтосекундного лазерной абляции. Измышления выполняются путем создания двухлучевой интерференционной картины фемтосекундного лазера на нановолокна и IRRADiating единого фемтосекундного лазерного импульса. Линзирования эффект нановолокна играет важную роль в реализации таких методов, создавая абляции кратеры на теневой поверхности нановолокна. Для типичного образца, периодические нано-кратеры с периодом 350 нм и диаметром постепенно изменяющейся от 50 – 250 нм на длине 1 мм изготавливаются на нановолокна с диаметром около 450 – 550 нм. Такие периодические нано-кратеры на нановолокна, действуют как 1-D РНС. Мы также представляем метод управления профилем массива нано-кратер для изготовления аподизированная и дефектоиндуцированной полости РНС на нановолокна.

Ключевым аспектом такого нанофабрикации является все оптическое производство, так что высокое оптическое качество может быть сохранен. Кроме того, изготовление осуществляется путем облучения всего одного фемтосекундного лазерного импульса, что делает технику невосприимчивым к механическим нестабильностей и других дефектов изготовления. Кроме того, это позволяет производить в доме ПМП нановолокна полости таким образом, что вероятность загрязнения могут быть сведены к минимуму. Этот протокол предназначен, чтобы помочь другим реализовать и адаптировать этот новый тип техники Nanofabrication.

На рисунке 1а показана принципиальная схема установки изготовления. Подробности процедуры установки изготовления и выравнивания обсуждаются в ^{21, 22.} Фемтосекундного лазера с 400 нм центральной длины волны и 120 фс длительности импульса падает на фазовой маски. Фаза маска разбивает фемтосекундного лазерного луча в 0 ° и ± 1 порядков. Блок луч используется для блокировки луча 0-го порядка. Складные зеркала симметрично рекомбинировать ± 1 заказы на позиции нановолокна, чтобы создать интерференционную картину. Шаг фазовой маски составляет 700 нм, поэтому интерференционная картина имеет шаг (Λ _G) 350 нм. Цилиндрическая линза фокусирует фемтосекундного лазерного луча вдоль нановолокна. Размер пучка через (Y-ось)и вдоль (Z-оси) нановолокна составляет 60 мкм и 5,6 мм, соответственно. Конусный волокно установлен на держателе, оборудованного пьезоэлектрический привод (ЦТС) для растягивания волокна. Верхняя крышка со стеклянной пластиной используется для защиты от пыли нановолокна. Держатель с коническим волокном закреплен на скамейке изготовления оборудованного с переводом (XYZ) и вращение (θ) этапов. Θ-этап позволяет вращение образца нановолокон в YZ-плоскости. X-ступень может также контролировать углы наклона вдоль XY- и XZ-плоскости. Камера CCD находится на расстоянии 20 см от нановолокна и под углом 45 ° в XY-плоскости для контроля положения нановолокон. Все эксперименты проводятся в чистом стенде, оборудованного HEPA (высокоэффективная частиц арестовывать) фильтров для достижения беспыльных условий. Пылесухость условие является существенным для поддержания передачи нановолокна.

Рисунок 1б показана схема оптических измерений. В процессе изготовления, оптические свойства кратко отслеживается запуск широкополосного (диапазон длин волн: 700 – 900 нм) Волокно связью источник света в сужающейся волокна и измерения спектра прошедшего и отраженного света с использованием высокого разрешения анализатора спектра. Перестраиваемый CW лазерный источник используется для правильного разрешения режимов полости и для измерения абсолютной передачи полости.

Мы представляем протокол для изготовления и определения характеристик. Раздел протокол разделен на три подраздела, подготовка нановолокна, лазерная изготовления фемтосекундного и характеристика изготавливаемых образцов.