Name: fabrication and characterization of superconducting resonators
Uploaded: 2016-05-21T14:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 26 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Fabrication and Characterization of Superconducting Resonators at JoVE.com

الكتاب يعترف بدعم تمويلي من الورود ادارة الطيران والفضاء الأميركية (ناسا) الصورة والبرامج ابرا. كما يقر GC جمعية أبحاث الفضاء الجامعات لإدارة تعيينه في وكالة ناسا.

1. مغير الخط الرنان تصنيع 14 (الشكل 3) <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تنظيف (أبناء العراق) رقاقة السيليكون على العازل، الذي يحتوي على طبقة جهاز السيليكون 0.45 ميكرون سميكة، مع H مختلطة الطازج 2 SO 4: H 2 O 2 (3: 1) لمدة 10 دقيقة. ثم شطف الرقاقة في الماء منزوع الأيونات لمدة 10 دقيقة وجافة مع بندقية النيتروجين. على الفور قبل معالجة في وقت لاحق، وتراجع الرقاقة في H 2 O: HF (10: 1) لمدة 10 ثانية، وشطف في الماء منزوع الأيونات لمدة 5 دقائق. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> صنع قناع انطلاقه، والذي يتكون من الجرمانيوم (قه) / مقاومة للضوء إيجابي مثل S-1811. 15 <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تدور معطف الرقاقة مع ضعفت طبقة ثنائية مقاومة للضوء الايجابية (2 أجزاء أرق ف: 1 جزء مقاومة للضوء إيجابي) في 4000 دورة في الدقيقة لمدة 30 ثانية ثم إيداع شعاع الإلكترون قه. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> نمط قه باستخدام الصور الطباعة الحجرية عن طريق تطبيق أول hexamethyldisilazane (HMDS) على الرقاقة لمدة 1 دقيقة ثم تدور قبالة يزيد على 3000 دورة في الدقيقة لمدة 30 ثانية. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> الصبانن ضعيفة على مقاومة للضوء إيجابي (2 أجزاء أرق ف: 1 جزء مقاومة للضوء إيجابي) في 2000 دورة في الدقيقة لمدة 30 ثانية، وخبز على طبق ساخن لمدة 1 دقيقة على 110 درجة مئوية. استخدام اليجنر قناع لفضح مقاومة للضوء ورذاذ تتطور مقاومة مع حل يستند إلى هيدروكسيد الأمونيوم ميثيل. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> رد الفعل ايون احفر قه مع SF 6 / O 2 البلازما في 70 دبليو الرماد الكامنة وراء مقاومة للضوء مع O 2 البلازما لتحقيق تقوض من مقاومة للضوء. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> DC-المغناطيسية طائرة النيوبيوم تفل الودائع (ملحوظة) الأرض مع 3.7 مليون طن من الأرجون (ع) في 500 واط ورفع تشغيله عن طريق وضع رقاقة داخل دورق مملوء الأسيتون لمدة 4 ساعة. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> bisbenzocyclobutene تدور معطف (BCB) في 4000 دورة في الدقيقة لمدة 30 ثانية على السطح المطلي ملحوظة للرقاقة أبناء العراق وسطح واحد من رقاقة السيليكون آخر. السندات اثنين من الأسطح المطلية BCB جنبا إلى جنب مع 3 بار من الضغط على حرارة 200 درجة مئوية. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> يدويا الآخر كومة رقاقة رأسا على عقب لبدء تجهيز مساعدات من رقاقة أبناء العراق. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl">حفر الرقاقة مقبض السيليكون عن طريق اللف الميكانيكية باستخدام آل 2 يا 3 الطين، تليها الحفر أيون رد الفعل العميق باستخدام عملية بوش 16 حفر ودفن شافي 2 طبقة مع H 2 O: HF (10: 1) لمدة 20 دقيقة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إيداع الموليبدينوم نيتريد (مو 2 N) باستخدام العاصمة المغنطرون الاخرق رد الفعل في 700 W و 3.3 طن متري (هارون: N 2 الضغط الجزئي = 7: 1). المرنانات النمط من الغزل في 2000 دورة في الدقيقة لمدة 30 ثانية، والخبز هو على حرارة 180 درجة مئوية لمدة 2 دقيقة تليها الغزل ضعفت مقاومة للضوء إيجابي (2 أجزاء أرق ف: 1 جزء مقاومة للضوء إيجابي) في 2000 دورة في الدقيقة لمدة 30 ثانية. تطوير مقاومة للضوء في حل يستند إلى هيدروكسيد الأمونيوم ميثيل والرماد في مطبوع أيون رد الفعل. حفر مو 2 N مع حل يستند حمض الفوسفوريك. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> صنع قناع شد قبالة تتألف من طبقة ثنائية قه / PMMA من خلال الدوران على البولى (PMMA) في 5000 دورة في الدقيقة لمدة 30 ثانية، والخبز هو على حرارة 180 درجة مئوية لمدة 2 دقيقة تليها الإلكترون الحزم إقلاعosition قه. تفل الودائع ملحوظة خطوط النقل ويقلع في الأسيتون (راجع الخطوة 1.2 مع الاستثناء الذي مقاومة للضوء إيجابي يتم استبدال مع PMMA). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> في بعض تجسيدات، الترددات الراديوية (RF) تفل الودائع شافي 2، نمط من قبل الغزل مع مقاوم الضوء الإيجابي وحفر في حل الهيدروفلوريك حمض أساس. ثم، رفع قبالة ملحوظة رقيقة المودعة تفل باستخدام الجرمانيوم / إيجابي قناع مقاومة للضوء الاقلاع كما هو موضح في الخطوة 1.2. </li></ol> 2. إجراءات تركيب ميكروويف الرنان رقاقة في اختبار حزمة <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تصميم وآلة حزمة اختبار يتكون من الذهب (الاتحاد الافريقي) المغلفة تجويف النحاس (مع وجود قاعدة وغطاء) والذي يطابق أبعاد رقاقة مرنان، ومدخلات feedline ومواقع الانتاج. ملاحظة: حجم تجويف السكن ينبغي أن تحدد لدعم عملية وضع واحد مع اقتران الطفيلية الحد الأدنى على عصابة من الفائدة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تصميم وتصنيع للرقابة مقاومة الميكروويف مروحة أوور متن 17 إلى مسار الإشارات بين شريحة وشبه مصغرة نسخة وموصلات (SMA). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إدراج وصلات SMA في المدخلات والمخرجات من حزمة اختبار بحيث يتم محاذاة مركز دبوس موصل فوق لوحة لوحة الاتصال المقابلة مروحة بها. تطبيق قناع لحام للحماية من البيع على المكشوف، وتطبيق لحام في منطقة مركز دبوس موصل. وضع حزمة على طبق ساخن والحرارة إلى 200 درجة مئوية لمدة 5 دقائق ~ لإذابة جندى. السماح لتبرد ثم قم بإزالة قناع لحام. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تركيب رقاقة مرنان في المغلفة الاتحاد الافريقي حزمة النحاس بحيث منصات الانتاج feedline على رقاقة والمدخلات وثيقة والانحياز إلى مروحة خارج المجلس متحد المستوى الدليل الموجي المقابل (CPW) خطوط تجويف. تأمين رقاقة مع لقطات النحاس التي تجعل الاتصال على حواف زوايا رقاقة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> وضع فائقة التوصيل السندات سلك آل بين المجلس مروحة التدريجي وعلى رقاقة منصات الاتصال. وضع أكبر عدد ممكن (~ 4 في الحالة المعروضة هنا - راجع <strأونج&gt; الشكل 4) من ~ 500-600 ميكرون طويلة، ~ السندات سلك 250 ميكرون في الطول، لتوفير تتناسب مع مقاومة بين المدخلات موصل SMA والمخرجات وCPW feedline على رقاقة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> بعد أسلاك الربط، مع المتعدد تحقق المقاومة العاصمة بين دبابيس وسط المدخلات والمخرجات وصلات، وبين مركز دبوس والأرض، لتأكيد وجود الربط الكهربائي عبر دبابيس مركز اثنين وجود اتصال مفتوح بين المركز خط والأرض. </li></ol> 3. إجراءات تركيب ميكروويف الرنان في الميكروويف اختبارات المبردة الهليوم 3 <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تجميع اختبارات كما في التكوين هو مبين في الشكل 2، حيث يتم توجيه سلسلة من الكابلات SMA من RT إلى المرحلة الباردة 0.3-K حيث يقام الجهاز. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تثبيت النحاس (النحاس) والكابلات (NbTi) فائقة التوصيل النيوبيوم والتيتانيوم كما هو مبين في الشكل 2 لتوفير فقدان الميكروويف منخفضة، وفيحالة من الكابلات NbTi، وهو تصرف حرارية منخفضة. استخدام الكابلات NbTi كفاصل الحراري بين 2-K و 0.3-K مراحل. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> جبل مكبر للصوت المبردة عالية الإلكترون التنقل الترانزستور (HEMT) في المرحلة 2-K على خط الانتاج لتضخيم منخفضة الضوضاء في الفرقة من جهاز مرنان وتثبيت شكل دائري. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إدراج شكل دائري المبردة على خط الانتاج في الإسهام في هذا مكبر للصوت. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تركيب أجهزة مرنان وتعبئتها على شريحة واندفع إلى مرحلة الباردة 0.3-K. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> توصيل المخفف الميكروويف على الجانب المدخلات من حزمة لتوفير لإنهاء المتطابقة وتوصيل الكابلات SMA المناسبة لهذه المدخلات والمخرجات المخفف الحزمة. التأكد من أن هذه الإلغاءات مقاومة تسيطر يقابل جيدا وهي أقرب إلى الجهاز تحت الاختبار ممكن - أنها تحدد &quot;طائرة معايرة جهاز&quot; (انظر الشكل 2). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> قرب ناظم البرد. اتبع الإجراءات القياسية لتبريد الجهازالصورة إلى 0.3 ك. </li></ol> 4. إجراءات قياسات الميكرويف الرنان <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تعيين VNA لمسح على نطاق الترددات واسعة (10 ميغاهيرتز - 8 غيغاهرتز، للجهاز يعتبر هنا) على ترددات تصميم الجهاز قيد الاختبار. ضبط مستويات الطاقة على VNA إلى مستويات مناسبة للجهاز تحت الاختبار (~ -30 ديسيبل، للجهاز يعتبر هنا). ملاحظة: تأكد من أن المدخلات RF مستوى طاقة منخفض بما فيه الكفاية بحيث لا تتجاوز تيار نقدي للمرنان فائقة التوصيل الميكروويف وfeedline فائقة التوصيل. تأكد من أن مستوى طاقة عالية بما فيه الكفاية لتوفير نسبة كافية الإشارة إلى الضوضاء. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> معايرة الكابلات المرنة RF التالية القياسية إجراء قصير مفتوح تحميل الظهور (SOLT)، بعد VNA الاتجاهات البرامج الموجودة في دليل VNA. إدراج في قلل ومفتوحة وإنهاء ومن خلال المعايير على إخراج كل من الكابلات المرنة، أي طريق من محلل شبكة النواقل والتي سيتم لاحقا متصلا المدخلاتمن ناظم البرد لقياس. وتعرف هذه المعايرة &quot;الطائرة إشارة أداة&quot; (على سبيل المثال، انظر الشكل 2). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> وبعد هذه المعايرة SOLT، تحقق من الإخلاص للمعايرة من قبل مؤكدا أن انتقال، S 21، مع من خلال خط إتصال قياس مع VNA، تحتوي على أخطاء المتبقية منخفضة (أي الاستجابة في ~ 0 مستوى ديسيبل وS 11 و S 22 منخفضة، على سبيل المثال، ≤ -50 ديسيبل). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> توصيل الكابلات المرنة للمدخلات والمخرجات خطوط ناظم البرد. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تشغيل مكبر للصوت الميكروويف المبردة من خلال تطبيق المطلوب العاصمة التحيز الجهد كما هو محدد في وثائق المقدمة شركة لمكبر للصوت الميكروويف. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> أولا، استكمال مسح النطاق العريض من VNA (10 ميغاهيرتز - 8 غيغاهرتز، للجهاز يعتبر هنا) لمراقبة بنية أساسية S 21 وللبحث عن أي حاد عالية Q &lt;/ م&gt; الهياكل الإرشادية للالمرنانات الميكروويف. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ثم، تضييق نطاق التردد (إلى ~ 2-4 غيغاهرتز، للجهاز يعتبر هنا) وضبط عدد من نقاط البيانات (~ 30،000 للجهاز يعتبر هنا) من VNA لمسح على الفرقة مرنان. استخدام النطاق الترددي واسعة بما يكفي لتوفير فترة خط الأساس الملائم لنوبات لاحقة لهذا الأساس لإجراء المعايرة في الموقع (انظر المناقشة في المقدمة). ملاحظة: تبعا لمستوى الضجيج، وزيادة عدد المعدلات، أو الحد من عرض النطاق الترددي IF لتحسين إشارة إلى الضوضاء. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> حفظ هذه بمسح البيانات VNA لنقل البيانات المعقدة لملف لمرحلة ما بعد قياس المعايرة في الموقع، والتحليل واستخلاص عوامل الجودة وترددات الرنين. 11 </li></ol>

<ol>
	<li>Monfardini, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+N&#233;el+IRAM+KID+Arrays+(NIKA).">The N&#233;el IRAM KID Arrays (NIKA).</a> J. Low Temp. Phys. 167 (5-6), 834-839 (2012).</li><li>Schlaerth, J. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Status+of+Music:+A+Multicolor+Sub/millimeter+MKID+Instrument.">The Status of Music: A Multicolor Sub/millimeter MKID Instrument.</a> J. Low Temp. Phys. 167 (3-4), 347-353 (2012).</li><li>Swenson, L. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=MAKO:+a+pathfinder+instrument+for+on-sky+demonstration+of+low-cost+350+micron+imaging+arrays.">MAKO: a pathfinder instrument for on-sky demonstration of low-cost 350 micron imaging arrays.</a> Proc. SPIE. 8452, 84520P (2012).</li><li>Mazin, B. A., Bumble, B., Meeker, S. R., O'Brien, K., McHugh, S., Langman, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+superconducting+focal+plane+array+for+ultraviolet,+optical,+and+near-infrared+astrophysics.">A superconducting focal plane array for ultraviolet, optical, and near-infrared astrophysics.</a> Opt. Express. 20 (2), 1503-1511 (2012).</li><li>Mazin, B. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Microwave Kinetic Inductance Detectors. , (2005).</li><li>McHugh, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+readout+for+large+arrays+of+Microwave+Kinetic+Inductance+Detectors.">A readout for large arrays of Microwave Kinetic Inductance Detectors.</a> Rev. Sci. Instrum. 83 (4), 044702 (2012).</li><li>Mazin, B. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=ARCONS:+A+2024+Pixel+Optical+through+Near-IR+Cryogenic+Imaging+Spectrophotometer.">ARCONS: A 2024 Pixel Optical through Near-IR Cryogenic Imaging Spectrophotometer.</a> Publ. Astron. Soc. Pac. 123 (933), 1348-1361 (2013).</li><li>Zmuidzinas, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Superconducting+Microresonators:+Physics+and+Applications.">Superconducting Microresonators: Physics and Applications.</a> Annu. Rev. Condens. Matter Phys. 3, 169-214 (2012).</li><li>Vijay, R., Slichter, D. H., Siddiqi, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Observation+of+Quantum+Jumps+in+a+Superconducting.">Observation of Quantum Jumps in a Superconducting.</a> Artificial Atom. Phys. Rev. Lett. 106 (11), 110502 (2011).</li><li>Krupka, J., Derzakowski, K., Tobar, M., Hartnett, J., Geyer, R. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Complex+permittivity+of+some+ultralow+loss+dielectric+crystals+at+cryogenic+temperatures.">Complex permittivity of some ultralow loss dielectric crystals at cryogenic temperatures.</a> Meas. Sci. Technology. 10 (5), 387-392 (1999).</li><li>Cataldo, G., Wollack, E. J., Barrentine, E. M., Brown, A. D., Moseley, S. H., U-Yen, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Analysis+and+calibration+techniques+for+superconducting+resonators.">Analysis and calibration techniques for superconducting resonators.</a> Rev. Sci. Instrum. 86 (1), 013103 (2015).</li><li>Russell, D., Cleary, K., Reeves, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cryogenic+probe+station+for+on-wafer+characterization+of+electrical+devices.">Cryogenic probe station for on-wafer characterization of electrical devices.</a> Rev. Sci. Instrum. 83 (4), 044703 (2012).</li><li>Ranzani, L., Spietz, L., Popovic, Z., Aumentado, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Two-port+microwave+calibration+at+millikelvin+temperatures.">Two-port microwave calibration at millikelvin temperatures.</a> Rev. Sci. Instrum. 84 (3), 034704 (2013).</li><li>Patel, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fabrication+of+MKIDS+for+the+MicroSpec+Spectrometer.">Fabrication of MKIDS for the MicroSpec Spectrometer.</a> IEEE Trans. Appl. Supercond. 23 (3), 2400404 (2013).</li><li>Brown, A., Patel, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-Precision+Thin+Film+Metal+Liftoff+Technique.">High-Precision Thin Film Metal Liftoff Technique.</a> , (2015).</li><li>Laermer, F., Schlip, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Method+of+anisotropically+etching+silicon.">Method of anisotropically etching silicon.</a> , (1996).</li><li>Chen, D., Wang, Q., Shen, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+broadband+microstrip-to-CPW+transition.">A broadband microstrip-to-CPW transition.</a> APMC 2005. Asian-Pac. Conf. Proc. 2 (4), (2005).</li><li>Fano, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sullo+spettro+di+assorbimento+dei+gas+nobili+presso+il+limite+dello+spettro+d'arco.">Sullo spettro di assorbimento dei gas nobili presso il limite dello spettro d'arco.</a> Il Nuovo Cimento. 12 (3), 154-161 (1935).</li><li>Fano, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+Configuration+Interaction+on+Intensities+and+Phase+Shifts.">Effects of Configuration Interaction on Intensities and Phase Shifts.</a> Phys. Rev. 124 (6), 1866-1878 (1961).</li><li>Marquezini, M. V., Kner, P., Bar-Ad, S., Tignon, J., Chemla, D. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Density+dependence+of+the+spectral+dielectric+function+across+a+Fano+resonance.">Density dependence of the spectral dielectric function across a Fano resonance.</a> Phys. Rev. B. 57 (7), 3745-3748 (1998).</li><li>Singh, R., Al-Naib, I., Cao, W., Rockstuhl, C., Koch, M., Zhang, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Fano+Resonance+in+Symmetry+Broken+Terahertz+Metamaterials.">The Fano Resonance in Symmetry Broken Terahertz Metamaterials.</a> IEEE Trans. Terahertz Sci. Technol. 3 (6), 820-826 (2013).</li><li>Giannini, V., Francescano, Y., Amrania, H., Phillips, C. C., Maier, S. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fano+Resonances+in+Nanoscale+Plasmonic+Systems:+A+Parameter-Free+Modeling+Approach.">Fano Resonances in Nanoscale Plasmonic Systems: A Parameter-Free Modeling Approach.</a> Nano Lett. 11 (7), 2835-2840 (2011).</li><li>O'Connell, A. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microwave+Dielectric+Loss+at+Single+Photon+Energies+and+Millikelvin+Temperatures.">Microwave Dielectric Loss at Single Photon Energies and Millikelvin Temperatures.</a> Appl. Phys. Lett. 92 (11), 112903 (2008).</li><li>Weber, S. J., Murch, K. W., Slichter, D. H., Vijay, R., Siddiqi, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Single+Crystal+Silicon+Capacitor+with+Low+Microwave+Loss+in+the+Single+Photon+Regime.">Single Crystal Silicon Capacitor with Low Microwave Loss in the Single Photon Regime.</a> Appl. Phys. Lett. 98 (17), 172510 (2011).</li><li>Cataldo, G., Hsieh, W. T., Huang, W. C., Moseley, S. H., Stevenson, T. R., Wollack, E. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Micro-Spec:+an+ultracompact,+high-sensitivity+spectrometer+for+far-infrared+and+submillimeter+astronomy.">Micro-Spec: an ultracompact, high-sensitivity spectrometer for far-infrared and submillimeter astronomy.</a> Appl. Opt. 53 (6), 1094-1102 (2014).</li></ol>

الكتاب تعلن أنه ليس لديهم مصالح مالية المتنافسة.

توفر عملية تلفيق الوجه واحد وسيلة لتحقيق المرنانات فائقة التوصيل على جانبي رقيقة 0.45 ميكرون واحدة من الكريستال سي الركيزة. قد يكون الدافع واحد لاستخدام واحدة من الكريستال سي عازل لأنه يحتوي على أكثر من أمر من حجم الخسارة أقل من العوازل المودعة (مثل سي 3 ن 4) ...

التقدم في أجهزة الفيزياء الفلكية أدخلت مؤخرا المرنانات الميكروويف فائقة التوصيل للكشف عن الأشعة تحت الحمراء 1 - 4 ووفائقة التوصيل مرنان يستجيب للأشعة تحت الحمراء الطاقة E = HV&gt; 2Δ (حيث h هو ثابت، والخامس بلانك هو تردد الإشعاع وΔ هو وفائقة التوصيل فجوة الطاقة). عندما يتم تبريد مرنان إلى درجة حرارة أقل بكثير من موصل جيد للكهرباء درجة الحرارة الحرجة، وهذا الإشعاع الحادث يكسر أزواج كوبر في حجم مرنان ويولد الإثارات quasiparticle. الزيادة في الكثافة من الإثارات quasiparticle تغير الحث الحركية، وبالتالي مقاومة سطح المعقدة للموصل جيد للكهرباء. لوحظ هذا الرد البصرية تحولا في تردد صدى لأدنى تردد، وانخفاض في معامل نوعية مرنان. في الكنسي مخطط للقراءة خارج لبقرات الميكروويفعرة للكشف عن الحث (MKID)، يقترن مرنان لfeedline الميكروويف واحد يراقب انتقال معقدة من خلال هذا feedline في لهجة تردد الموجات الدقيقة واحدة على صدى. هنا، لوحظ استجابة البصرية وتغيير في كل من السعة ومرحلة انتقال 5 (الشكل 1). خطط مضاعفة تردد المجال قادرة على القراءة من صفوف الآلاف من المرنانات 6-7 لتصميم وتنفيذ بنجاح الأجهزة أساس فائقة التوصيل-مرنان، تحتاج إلى وصفها بدقة وكفاءة خصائص هذه الهياكل الرنانة. على سبيل المثال، قياسات دقيقة للخصائص الضوضاء، ونوعية عوامل س، ترددات الرنين (بما في ذلك اعتماد درجة حرارتها) وخصائص استجابة البصرية من المرنانات فائقة التوصيل والمطلوب في سياق الفيزياء جهاز MKID، 8 الحوسبة الكمومية و 9 و تحديد المنخفضة الشركة المصرية للاتصالاتالمواد mperature خصائص. 10 في كل هذه الحالات، هو المطلوب قياس معلمات الإرسال نثر معقدة الحلبة. ويركز هذا العمل على تحديد معامل انتقال معقدة مرنان، وق 21، التي السعة ومرحلة يمكن قياسه مع محلل شبكة ناقلات (VNA). من الناحية المثالية، الطائرة إشارة VNA (أو ميناء اختبار) من شأنه أن يكون متصلا مباشرة إلى الجهاز تحت الاختبار (DUT)، ولكن إعداد المبردة وعادة ما يتطلب استخدام الهياكل خط نقل إضافية لتحقيق كسر الحرارية بين RT (~ 300 K) و المرحلة الباردة (~ 0.3 K في هذا العمل، وانظر الشكل لدى عودتهم 2). قد تكون هناك حاجة مكونات الميكروويف إضافية مثل المقرنات الاتجاه، المروجون، العوازل، ومكبرات الصوت، المخففات، وكابلات الربط المرتبطة إعداد مناسب، تثير، تلا والتحيز الجهاز من الفائدة. التختلف سرعات المرحلة وأبعاد هذه المكونات عند التبريد من غرفة الى درجات الحرارة المبردة، وبالتالي فإنها تؤثر على الاستجابة لوحظ في الطائرة معايرة الجهاز. هذه المكونات التدخل بين الصك وتأثير جهاز طائرة معايرة الربح معقدة وتحتاج إلى أن تكون تفسيرا سليما في تفسير استجابة مدروسة. 11 من الناحية النظرية، هناك حاجة إلى مخطط يحدد الطائرة إشارة القياس، مماثلة لتلك المستخدمة أثناء المعايرة، في DUT. للوصول إلى هذا الهدف، يمكن للمرء أن قياس معايير المعايرة على عدة هبوطا باردة. ومع ذلك، فإن هذا يشكل قيودا على استقرار VNA والتكرار الصك المبردة، التي يصعب تحقيقها. للتخفيف من حدة هذه المخاوف، يمكن للمرء أن وضع المعايير اللازمة في بيئة اختبار تبريد والتبديل بينهما. وهذا هو، على سبيل المثال، على غرار ما هو موجود في محطات التحقيق الميكروويف، حيث يتم تبريد المعايير عينة والمعايرة إلى 4 K من تدفق الهليوم السائل المستمر أو نظام دورة مغلقة التبريد. وقد تجلى 12 هذه الطريقة في درجات حرارة دون كلفن ولكن يتطلب منخفضة الطاقة وعالية الأداء التبديل ميكروويف في اختبار عصابة من الفائدة. 13 ولذلك فإن المطلوب إجراء المعايرة في الموقع الذي يمثل استجابة انتقال فعال بين الطائرة إشارة VNA والطائرة معايرة الجهاز (الشكل لدى عودتهم 2) والذي يتغلب على القيود المفروضة على الأساليب المذكورة أعلاه. هذه الطريقة معايرة المبردة، تم عرضها ومناقشتها بالتفصيل في كاتالدو وآخرون. 11، يسمح احد لتميز المرنانات متعددة على نطاق الترددات واسعة بالمقارنة مع خط العرض مرنان والتباعد بين مرنان مع دقة ~ 1٪. وسوف تركز هذه الورقة على تفاصيل تلفيق عينة والإعداديةعمليات aration، واختبار مجموعة المتابعة وقياس الإجراءات التجريبية التي تستخدم لوصف المرنانات فائقة التوصيل الميكروويف مع هندستها خط مستو. 11

<table><tbody><tr><td colspan="4">&lt;strong&gt;Protocol Section 1&lt;/strong&gt;</td></tr><tr><td>Microposit S-1811 Photoresist</td><td>Shipley</td><td></td><td></td></tr><tr><td>BCB</td><td>Dow</td><td></td><td>3022-35</td></tr><tr><td>SOI wafers</td><td>SOITec</td><td></td><td>Fabricated with SmartCut&lt;sup&gt;TM&lt;/sup&gt; process</td></tr><tr><td>Mo</td><td>Kamis</td><td></td><td>99.99%</td></tr><tr><td>Nb</td><td>Kamis</td><td></td><td>99.95% (excludes Ta)</td></tr><tr><td>E-6 metal etch w/AES</td><td>Fujifilm</td><td></td><td>CPG Grade</td></tr><tr><td>Acetone</td><td>JT Baker</td><td>9005-05</td><td>CMOS Grade</td></tr><tr><td>HF dip (1:10)</td><td>JT Baker</td><td>5397-03</td><td></td></tr><tr><td>PMMA</td><td>Microchem</td><td></td><td>950 PMMA A2</td></tr><tr><td colspan="4">&lt;strong&gt;Protocol Section 2&lt;/strong&gt;</td></tr><tr><td>GE 7031</td><td>General Electric</td><td></td><td>Low-temperature adhesive</td></tr><tr><td colspan="4">&lt;strong&gt;Protocol Sections 3-4&lt;/strong&gt;</td></tr><tr><td>Cryogenic Microwave Amplifier</td><td>MITEQ</td><td>AF S3-02000400-08-CR-4</td><td>2-4 GHz, gain ~30&amp;nbsp;dB</td></tr><tr><td>NbTi Semi-rigid SMA cables</td><td>Coax. Co.</td><td>SC-086/50-NbTi-NbTi</td><td></td></tr><tr><td>Circulator</td><td>PamTech</td><td>CTD1229K</td><td>return loss &gt; -20 dB from 2-4 GHz</td></tr><tr><td>RF attenuator</td><td>Weinschel</td><td>Model-4M</td><td>7 dB attenuation</td></tr><tr><td>Flexible SMA cables</td><td>Teledyne-Storm</td><td>R94-240</td><td>ACCU-TEST</td></tr><tr><td>Vector Network Analyzer</td><td>Agilent</td><td>N5242A PNA-X</td><td></td></tr><tr><td>Liquid He-4 cryogen</td><td>Praxair</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Liquid N&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt; cryogen</td><td>Praxair</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

fabrication and characterization of superconducting resonators

المرنانات الميكروويف فائقة التوصيل هي من مصلحة لمجموعة واسعة من التطبيقات، بما في ذلك استخدامهم للكشف عن الموجات الدقيقة الحركية الحث (MKIDs) للكشف عن التوقيعات الفيزياء الفلكية خافت، وكذلك لتطبيقات الحوسبة الكمومية والمواد التوصيف. في هذه الورقة، وتعرض إجراءات لتصنيع وتوصيف الأغشية الرقيقة المرنانات فائقة التوصيل الميكروويف. منهجية تلفيق تسمح لتحقيق فائقة التوصيل المرنانات نقل الخط مع الميزات على كلا الجانبين من واحدة من الكريستال السليكون عازل السلس بالذرة. يصف هذا العمل الإجراء لتركيب أجهزة مرنان في المرحلة التجريبية الميكروويف المبردة وباردة إلى أسفل تحت درجة حرارة فائقة التوصيل الانتقالية. مجموعة المتابعة للاختبارات الموجات الدقيقة المبردة يسمح احد للقيام قياسات دقيقة للانتقال الموجات الدقيقة معقدة من هذه الأجهزة مرنان، مما يتيح استخراج العلاقات العامةoperties للخطوط فائقة التوصيل والركيزة عازلة (على سبيل المثال، عوامل الجودة الداخلية، وفقدان وكسور الحث الحركية)، التي تعتبر هامة لتصميم الجهاز والأداء.

تم التحقق من صحة الاستجابة من نصف موجة مو 2 N مرنان (الشكل 5) ملفقة على 0.45 ميكرومتر واحدة من الكريستال السليكون عازل مع هذه المنهجية. في هذه الحالة، اقتران الدليل الموجي ملحوظة متحد المستوى يتحقق (CPW) feedline للقراءة من خلال اقتران بالسعة من...

Watch this Scientific Journal Video about Fabrication and Characterization of Superconducting Resonators at JoVE.com

Fabrication and Characterization of Superconducting Resonators

المرنانات الميكروويف فائقة التوصيل هي من مصلحة للكشف عن الضوء، وتطبيقات الحوسبة الكمومية والمواد التوصيف. يعرض هذا العمل إجراءات مفصلة لتصنيع وتوصيف المعلمات مرنان نثر فائقة التوصيل الميكروويف.

تصنيع وتوصيف الموصلية الرنين

Superconducting microwave resonators are of interest for a wide range of applications, including for their use as microwave kinetic inductance detectors ...

fabrication-and-characterization-of-superconducting-resonators

Research

Education

JoVE Journal

JoVE Core

Electrical Engineering

Physics

Engineering

Unit 1

Transmission Line Parameters

Inductance

SCIENTISTS IN ACTION

10.6K Views.  NASA Goddard Space Flight Center.  المرنانات الميكروويف فائقة التوصيل هي من مصلحة للكشف عن الضوء، وتطبيقات الحوسبة الكمومية والمواد التوصيف. يعرض هذا العمل إجراءات مفصلة لتصنيع وتوصيف المعلمات مرنان نثر فائقة التوصيل الميكروويف. 

Video: Fabrication and Characterization of Superconducting Resonators

Fabrication of Silica Ultra High Quality Factor Microresonators

Whispering gallery resonant cavities confine light in circular orbits at their periphery.1-2 The photon storage lifetime in the cavity, quantified by the quality factor (Q) of the cavity, can be in excess of 500ns for cavities with Q factors above 100 million. As a result of their low material losses, silica microcavities have demonstrated some of the longest photon lifetimes to date1-2. Since a portion of the circulating light extends outside the resonator, these devices can also be used to probe the surroundings. This interaction has enabled numerous experiments in biology, such as single molecule biodetection and antibody-antigen kinetics, as well as discoveries in other fields, such as development of ultra-low-threshold microlasers, characterization of thin films, and cavity quantum electrodynamics studies.3-7
The two primary silica resonant cavity geometries are the microsphere and the microtoroid. Both devices rely on a carbon dioxide laser reflow step to achieve their ultra-high-Q factors (Q&gt;100 million).1-2,8-9 However, there are several notable differences between the two structures. Silica microspheres are free-standing, supported by a single optical fiber, whereas silica microtoroids can be fabricated on a silicon wafer in large arrays using a combination of lithography and etching steps. These differences influence which device is optimal for a given experiment.
Here, we present detailed fabrication protocols for both types of resonant cavities. While the fabrication of microsphere resonant cavities is fairly straightforward, the fabrication of microtoroid resonant cavities requires additional specialized equipment and facilities (cleanroom). Therefore, this additional requirement may also influence which device is selected for a given experiment.
Introduction
An optical resonator efficiently confines light at specific wavelengths, known as the resonant wavelengths of the device. 1-2 The common figure of merit for these optical resonators is the quality factor or Q. This term describes the photon lifetime (&tau;o) within the resonator, which is directly related to the resonator's optical losses. Therefore, an optical resonator with a high Q factor has low optical losses, long photon lifetimes, and very low photon decay rates (1/&tau;o). As a result of the long photon lifetimes, it is possible to build-up extremely large circulating optical field intensities in these devices. This very unique property has allowed these devices to be used as laser sources and integrated biosensors.10
A unique sub-class of resonators is the whispering gallery mode optical microcavity. In these devices, the light is confined in circular orbits at the periphery. Therefore, the field is not completely confined within the device, but evanesces into the environment. Whispering gallery mode optical cavities have demonstrated some of the highest quality factors of any optical resonant cavity to date.9,11 Therefore, these devices are used throughout science and engineering, including in fundamental physics studies and in telecommunications as well as in biodetection experiments. 3-7,12
Optical microcavities can be fabricated from a wide range of materials and in a wide variety of geometries. A few examples include silica and silicon microtoroids, silicon, silicon nitride, and silica microdisks, micropillars, and silica and polymer microrings.13-17 The range in quality factor (Q) varies as dramatically as the geometry. Although both geometry and high Q are important considerations in any field, in many applications, there is far greater leverage in boosting device performance through Q enhancement. Among the numerous options detailed previously, the silica microsphere and the silica microtoroid resonator have achieved some of the highest Q factors to date.1,9 Additionally, as a result of the extremely low optical loss of silica from the visible through the near-IR, both microspheres and microtoroids are able to maintain their Q factors over a wide range of testing wavelengths.18 Finally, because silica is inherently biocompatible, it is routinely used in biodetection experiments.
In addition to high material absorption, there are several other potential loss mechanisms, including surface roughness, radiation loss, and contamination loss.2 Through an optimization of the device size, it is possible to eliminate radiation losses, which arise from poor optical field confinement within the device. Similarly, by storing a device in an appropriately clean environment, contamination of the surface can be minimized. Therefore, in addition to material loss, surface scattering is the primary loss mechanism of concern.2,8
In silica devices, surface scattering is minimized by using a laser reflow technique, which melts the silica through surface tension induced reflow. While spherical optical resonators have been studied for many years, it is only with recent advances in fabrication technologies that researchers been able to fabricate high quality silica optical toroidal microresonators (Q&gt;100 million) on a silicon substrate, thus paving the way for integration with microfluidics.1
The present series of protocols details how to fabricate both silica microsphere and microtoroid resonant cavities. While silica microsphere resonant cavities are well-established, microtoroid resonant cavities were only recently invented.1 As many of the fundamental methods used to fabricate the microsphere are also used in the more complex microtoroid fabrication procedure, by including both in a single protocol it will enable researchers to more easily trouble-shoot their experiments.

We describe the use of a carbon dioxide laser reflow technique to fabricate silica resonant cavities, including free-standing microspheres and on-chip microtoroids. The reflow method removes surface imperfections, allowing long photon lifetimes within both devices. The resulting devices have ultra high quality factors, enabling applications ranging from telecommunications to biodetection.

تلفيق من السيليكا عالية جدا Microresonators عامل الجودة

Whispering gallery resonant cavities confine light in circular orbits at their periphery.1-2 The photon storage lifetime in the cavity, quantified by the ...

Fabrication And Characterization Of Photonic Crystal Slow Light Waveguides And Cavities

Slow light has been one of the hot topics in the photonics community in the past decade, generating great interest both from a fundamental point of view and for its considerable potential for practical applications. Slow light photonic crystal waveguides, in particular, have played a major part and have been successfully employed for delaying optical signals1-4 and the enhancement of both linear5-7 and nonlinear devices.8-11
Photonic crystal cavities achieve similar effects to that of slow light waveguides, but over a reduced band-width. These cavities offer high Q-factor/volume ratio, for the realization of optically12 and electrically13 pumped ultra-low threshold lasers and the enhancement of nonlinear effects.14-16 Furthermore, passive filters17 and modulators18-19 have been demonstrated, exhibiting ultra-narrow line-width, high free-spectral range and record values of low energy consumption.
To attain these exciting results, a robust repeatable fabrication protocol must be developed. In this paper we take an in-depth look at our fabrication protocol which employs electron-beam lithography for the definition of photonic crystal patterns and uses wet and dry etching techniques. Our optimised fabrication recipe results in photonic crystals that do not suffer from vertical asymmetry and exhibit very good edge-wall roughness. We discuss the results of varying the etching parameters and the detrimental effects that they can have on a device, leading to a diagnostic route that can be taken to identify and eliminate similar issues.
The key to evaluating slow light waveguides is the passive characterization of transmission and group index spectra. Various methods have been reported, most notably resolving the Fabry-Perot fringes of the transmission spectrum20-21 and interferometric techniques.22-25 Here, we describe a direct, broadband measurement technique combining spectral interferometry with Fourier transform analysis.26 Our method stands out for its simplicity and power, as we can characterise a bare photonic crystal with access waveguides, without need for on-chip interference components, and the setup only consists of a Mach-Zehnder interferometer, with no need for moving parts and delay scans.
When characterising photonic crystal cavities, techniques involving internal sources21 or external waveguides directly coupled to the cavity27 impact on the performance of the cavity itself, thereby distorting the measurement. Here, we describe a novel and non-intrusive technique that makes use of a cross-polarised probe beam and is known as resonant scattering (RS), where the probe is coupled out-of plane into the cavity through an objective. The technique was first demonstrated by McCutcheon et al.28 and further developed by Galli et al.29

Use of photonic crystal slow light waveguides and cavities has been widely adopted by the photonics community in many differing applications. Therefore fabrication and characterization of these devices are of great interest. This paper outlines our fabrication technique and two optical characterization methods, namely: interferometric (waveguides) and resonant scattering (cavities).

تصنيع وتوصيف الدليل الموجي الكريستال الضوئية الخفيفة بطيئة وتجاويف

Slow light has been one of the hot topics in the photonics community in the past decade, generating great interest both from a fundamental point of view ...

Microwave Photonics Systems Based on Whispering-gallery-mode Resonators

Microwave photonics systems rely fundamentally on the interaction between microwave and optical signals. These systems are extremely promising for various areas of technology and applied science, such as aerospace and communication engineering, sensing, metrology, nonlinear photonics, and quantum optics. In this article, we present the principal techniques used in our lab to build microwave photonics systems based on ultra-high Q whispering gallery mode resonators. First detailed in this article is the protocol for resonator polishing, which is based on a grind-and-polish technique close to the ones used to polish optical components such as lenses or telescope mirrors. Then, a white light interferometric profilometer measures surface roughness, which is a key parameter to characterize the quality of the polishing. In order to launch light in the resonator, a tapered silica fiber with diameter in the micrometer range is used. To reach such small diameters, we adopt the "flame-brushing" technique, using simultaneously computer-controlled motors to pull the fiber apart, and a blowtorch to heat the fiber area to be tapered. The resonator and the tapered fiber are later approached to one another to visualize the resonance signal of the whispering gallery modes using a wavelength-scanning laser. By increasing the optical power in the resonator, nonlinear phenomena are triggered until the formation of a Kerr optical frequency comb is observed with a spectrum made of equidistant spectral lines. These Kerr comb spectra have exceptional characteristics that are suitable for several applications in science and technology. We consider the application related to ultra-stable microwave frequency synthesis and demonstrate the generation of a Kerr comb with GHz intermodal frequency.

The customized techniques developed in our lab to build microwave photonics systems based on ultra-high Q whispering gallery mode resonators are presented. The protocols to obtain and characterize these resonators are detailed, and an explanation of some of their applications in microwave photonics is given.

ميكروويف أنظمة الضوئيات بناء على الرنانون توشوش-معرض واسطة

Microwave photonics systems rely fundamentally on the interaction between microwave and optical signals. These systems are extremely promising for various ...

Fabrication and Testing of Microfluidic Optomechanical Oscillators

Cavity optomechanics experiments that parametrically couple the phonon modes and photon modes have been investigated in various optical systems including microresonators. However, because of the increased acoustic radiative losses during direct liquid immersion of optomechanical devices, almost all published optomechanical experiments have been performed in solid phase. This paper discusses a recently introduced hollow microfluidic optomechanical resonator. Detailed methodology is provided to fabricate these ultra-high-Q microfluidic resonators, perform optomechanical testing, and measure radiation pressure-driven breathing mode and SBS-driven whispering gallery mode parametric vibrations. By confining liquids inside the capillary resonator, high mechanical- and optical- quality factors are simultaneously maintained.

Parametric optomechanical excitations have recently been experimentally demonstrated in microfluidic optomechanical resonators by means of optical radiation pressure and stimulated Brillouin scattering. This paper describes the fabrication of these microfluidic resonators along with methodologies for generating and verifying optomechanical oscillations.

تصنيع واختبار ميكروفلويديك الميكانيكية المذبذبات

Cavity optomechanics experiments that parametrically couple the phonon modes and photon modes have been investigated in various optical systems including ...

Stimulated Stokes and Antistokes Raman Scattering in Microspherical Whispering Gallery Mode Resonators

Dielectric microspheres can confine light and sound for a length of time through high quality factor whispering gallery modes (WGM). Glass microspheres can be thought as a store of energy with a huge variety of applications: compact laser sources, highly sensitive biochemical sensors and nonlinear phenomena. A protocol for the fabrication of both the microspheres and coupling system is given. The couplers described here are tapered fibers. Efficient generation of nonlinear phenomena related to third order optical non-linear susceptibility &#935;(3) interactions in triply resonant silica microspheres is presented in this paper. The interactions here reported are: Stimulated Raman Scattering (SRS), and four wave mixing processes comprising Stimulated Anti-stokes Raman Scattering (SARS). A proof of the cavity-enhanced phenomenon is given by the lack of correlation among the pump, signal and idler: a resonant mode has to exist in order to obtain the pair of signal and idler. In the case of hyperparametric oscillations (four wave mixing and stimulated anti-stokes Raman scattering), the modes must fulfill the energy and momentum conservation and, last but not least, have a good spatial overlap.

Efficient generation of nonlinear phenomena related to third order optical non-linear susceptibility &#935;(3) interactions in triply resonant silica microspheres is presented in this paper. The interactions here reported are: Stimulated Raman Scattering (SRS), and four wave mixing processes comprising Stimulated Anti-stokes Raman Scattering (SARS).

حفز ستوكس وAntistokes رامان التشتت في Microspherical يهمس معرض الوضع الرنين

Dielectric microspheres can confine light and sound for a length of time through high quality factor whispering gallery modes (WGM). Glass microspheres ...

Fabrication of Nanopillar-Based Split Ring Resonators for Displacement Current Mediated Resonances in Terahertz Metamaterials

Terahertz (THz) split ring resonator (SRR) metamaterials (MMs) has been studied for gas, chemical, and biomolecular sensing applications because the SRR is not affected by environmental characteristics such as the temperature and pressure surrounding the resonator. Electromagnetic radiation in THz frequencies is biocompatible, which is a critical condition especially for the application of the biomolecular sensing. However, the quality factor (Q-factor) and frequency responses of traditional thin-film based split ring resonator (SRR) MMs are very low, which limits their sensitivities and selectivity as sensors. In this work, novel nanopillar-based SRR MMs, utilizing displacement current, are designed to enhance the Q-factor up to 450, which is around 45 times higher than that of traditional thin-film-based MMs. In addition to the enhanced Q-factor, the nanopillar-based MMs induce a larger frequency shifts (17 times compared to the shift obtained by the traditional thin-film based MMs). Because of the significantly enhanced Q-factors and frequency shifts as well as the property of biocompatible radiation, the THz nanopillar-based SRR are ideal MMs for the development of biomolecular sensors with high sensitivity and selectivity without inducing damage or distortion to biomaterials. A novel fabrication process has been demonstrated to build the nanopillar-based SRRs for displacement current mediated THz MMs. A two-step gold (Au) electroplating process and an atomic layer deposition (ALD) process are used to create sub-10 nm scale gaps between Au nanopillars. Since the ALD process is a conformal coating process, a uniform aluminum oxide (Al2O3) layer with nanometer-scale thickness can be achieved. By sequentially electroplating another Au thin film to fill the spaces between Al2O3 and Au, a close-packed Au-Al2O3-Au structure with nano-scale Al2O3 gaps can be fabricated. The size of the nano-gaps can be well defined by precisely controlling the deposition cycles of the ALD process, which has an accuracy of 0.1 nm.

A protocol for the design and fabrication of a novel nanopillar-based split ring resonator (SRR) is presented.

تصنيع حزام تقسيم دوائر الرنين عمود نانوي القائم على النزوح الحالي الرنين وساطة في تيراهيرتز يتعلق بما وارء

Terahertz (THz) split ring resonator (SRR) metamaterials (MMs) has been studied for gas, chemical, and biomolecular sensing applications because the SRR ...

Fabrication of Polymer Microspheres for Optical Resonator and Laser Applications

This paper describes three methods of preparing fluorescent microspheres comprising &#960;-conjugated or non-conjugated polymers: vapor diffusion, interface precipitation, and mini-emulsion. In all methods, well-defined, micrometer-sized spheres are obtained from a self-assembling process in solution. The vapor diffusion method can result in spheres with the highest sphericity and surface smoothness, yet the types of the polymers able to form these spheres are limited. On the other hand, in the mini-emulsion method, microspheres can be made from various types of polymers, even from highly crystalline polymers with coplanar, &#960;-conjugated backbones. The photoluminescent (PL) properties from single isolated microspheres are unusual: the PL is confined inside the spheres, propagates at the circumference of the spheres via the total internal reflection at the polymer/air interface, and self-interferes to show sharp and periodic resonant PL lines. These resonating modes are so-called "whispering gallery modes" (WGMs). This work demonstrates how to measure WGM PL from single isolated spheres using the micro-photoluminescence (&#181;-PL) technique. In this technique, a focused laser beam irradiates a single microsphere, and the luminescence is detected by a spectrometer. A micromanipulation technique is then used to connect the microspheres one by one and to demonstrate the intersphere PL propagation and color conversion from coupled microspheres upon excitation at the perimeter of one sphere and detection of PL from the other microsphere. These techniques, &#181;-PL and micromanipulation, are useful for experiments on micro-optic application using polymer materials.

Protocols for the synthesis of microspheres from polymers, the manipulation of microspheres, and micro-photoluminescence measurements are presented.

تصنيع المجهرية البوليمر لمرنان البصرية وتطبيقات الليزر

This paper describes three methods of preparing fluorescent microspheres comprising &#960;-conjugated or non-conjugated polymers: vapor diffusion, ...

Design and Characterization Methodology for Efficient Wide Range Tunable MEMS Filters

Here, we demonstrate the advantages of the laser Doppler vibrometer (LDV) over conventional techniques (the network analyzer), as well as the techniques to create an application-based microelectromechanical systems (MEMS) filter and how to use it efficiently (i.e., tuning the tuning-capability and avoiding both failure and stiction). LDV enables crucial measurements that are impossible with the network analyzer, such as higher mode detection (highly sensitive biosensor application) and resonance measurement for very small devices (fast prototyping). Accordingly, LDV was used to characterize the frequency tuning range and resonance frequency at different modes of the MEMS filters built for this study. This wide range frequency tuning mechanism is based simply on Joule heating from the embedded heaters and relatively high thermal stress with respect to the temperature of a fixed-fixed beam. However, we demonstrate that another limitation of this method is the resulting high thermal stress, which can burn the devices. Further improvement was achieved and shown for the first time in this study, such that the tuning capability was increased by 32% through an increase in the applied DC bias voltage (25 V to 35 V) between the two adjacent beams. This important finding eliminates the need for the extra Joule heating at the wider frequency tuning range. Another possible failure is through stiction and requirement of structure optimization: We propose a simple and easy technique of low frequency square wave signal application that can successfully separate the beams and eliminates the need for the more sophisticated and complicated methods given in the literature. The above findings necessitate a design methodology, and so we also provide an application-based design.

A protocol for a fixed-fixed beam design using a laser Doppler vibrometer (LDV), including the measurement of frequency tuning, modification of tuning capability, and avoidance of device failure and stiction, is presented. The superiority of the LDV method over the network analyzer is demonstrated due to its higher mode capability.

تصميم وتوصيف المنهجية لمرشحات ممس الانضباطي كفاءة واسعة النطاق

Here, we demonstrate the advantages of the laser Doppler vibrometer (LDV) over conventional techniques (the network analyzer), as well as the techniques ...

Rapid Repetition Rate Fluctuation Measurement of Soliton Crystals in a Microresonator

Temporal solitons have attracted great interest in the past decades for their behavior in a steady state, where the dispersion is balanced by the nonlinearity in a propagation Kerr medium. The development of dissipative Kerr solitons (DKSs) in high-Q microcavities drives a novel, compact, chip-scale soliton source. When DKSs serve as femtosecond pulses, the repetition rate fluctuation can be applied to ultrahigh precision metrology, high-speed optical sampling, and optical clocks, etc. In this paper, the rapid repetition rate fluctuation of soliton crystals (SCs), a special state of DKSs where particle-like solitons are tightly packed and fully occupy a resonator, is measured based on the well-known delayed self-heterodyne method. The SCs are generated using a thermal-controlled method. The pump is a frequency fixed laser with a linewidth of 100 Hz. The integral time in frequency fluctuation measurements is controlled by the length of the delay fiber. For a SC with a single vacancy, the repetition rate fluctuations are ~53.24 Hz within 10 &#181;s and ~509.32 Hz within 125 &#181;s, respectively.

Here, we present a protocol to generate soliton crystals in a butterfly-packaged micro-ring resonator using a thermal tuned method. Further, the repetition rate fluctuations of a soliton crystal with a single vacancy are measured using a delayed self-heterodyne method.

قياس تقلبات معدل التكرار السريع لبلورات سوليتون في ميكرورسوناتور

Temporal solitons have attracted great interest in the past decades for their behavior in a steady state, where the dispersion is balanced by the ...

Fabrication of Surface Acoustic Wave Devices on Lithium Niobate

Manipulation of fluids and particles by acoustic actuation at small scale is aiding the rapid growth of lab-on-a-chip applications. Megahertz-order surface acoustic wave (SAW) devices generate enormous accelerations on their surface, up to 108 m/s2, in turn responsible for many of the observed effects that have come to define acoustofluidics: acoustic streaming and acoustic radiation forces. These effects have been used for particle, cell, and fluid handling at the microscale&#8212;and even at the nanoscale. In this paper we explicitly demonstrate two major fabrication methods of SAW devices on lithium niobate: the details of lift-off and wet etching techniques are described step-by-step. Representative results for the electrode pattern deposited on the substrate as well as the performance of SAW generated on the surface are displayed in detail. Fabrication tricks and troubleshooting are covered as well. This procedure offers a practical protocol for high frequency SAW device fabrication and integration for future microfluidics applications.

Two fabrication techniques, lift-off and wet etching, are described in producing interdigital electrode transducers upon a piezoelectric substrate, lithium niobate, widely used to generate surface acoustic waves now finding broad utility in micro to nanoscale fluidics. The as-produced electrodes are shown to efficiently induce megahertz order Rayleigh surface acoustic waves.&#160;

تصنيع أجهزة الموجة الصوتية السطحية على Niobate الليثيوم

Manipulation of fluids and particles by acoustic actuation at small scale is aiding the rapid growth of lab-on-a-chip applications. Megahertz-order ...