Die Autoren danken Dr. Matteo Galli, Dr. Simone L. Portalupi und Prof. Lucio C. Andreani von der Universität von Pavia für hilfreiche Diskussionen im Zusammenhang mit der RS ​​Technik und die Durchführung von Messungen.

Disclaimer: Das folgende Protokoll gibt einen allgemeinen Prozessablauf Abdecken der Herstellung und Charakterisierung Techniken zur photonischen Kristall-Wellenleiter und Hohlräume. Der Prozessablauf ist für die spezifische Ausrüstung in unserem Labor optimiert und Parameter können abweichen, wenn andere Reagenzien oder Geräten verwendet wird. Ein. Probenvorbereitung <ol><li> Probe Spalten, - auf die Silizium-auf-Isolator (SOI)-Wafer und Verwendung eines Diamant Schreiber um eine Linie etwa 1-2 mm lang von der Kante der Siliziumoberfläche kratzen, so dass der Kratzer über die Kante des Wafers erstreckt. Richten Sie die Kratzer auf einer geraden Kante (zB die eines Mikroskop-Objektträger) und gelten auch positive Druck auf beide Seiten des Kratzers: der Wafer spalten wird entlang der Kristallebene am Ritz Lage. Wiederholen Sie diesen Vorgang, um den gesamten Chip zu definieren. </li><li> Beispiel Reinigung - Legen Sie die Probe in die ACHTUNG Aceton mit einer Pinzette einnd in ein Ultraschallbad für 1-2 min reinigen. Entfernen Sie die Probe aus dem Aceton, spülen alle verbleibenden Aceton aus der Probe mit VORSICHT Isopropanol (30 sec) (beide Aceton und Isopropanol sind leicht entzündlich: Verwenden Sie eine gute Belüftung und vermeiden Sie alle Zündquellen). Trocknen Sie die Probe mit einem sauberen trockenem Stickstoff Pistole. </li><li> Spin widerstehen - legen Sie die Probe auf die Spin-Coater. Pipette Elektronen Resistmaterial ACHTUNG ZEP520A (ZEP520A ist entzündlich, gesundheitsschädlich beim Einatmen und Berührung mit der Haut und den Augen sollte vermieden werden) auf die Probe - nutzen Sie genug zu widerstehen, vollständig bedecken die Probe ohne Widerstand fließt über den Rand. Spin die Probe so als ca.. 350 nm dicken Films und Backen auf einer Heizplatte bei 180 ° C für 10 min. Wir fanden diese Dicke die optimale Dicke, die Auflösung und Ätzresistenz gleicht (siehe unten) sein. </li></ol> 2. Pattern Definition <ol><li> Design - mit der entsprechenden Software, simulieren die erforderliche photonischen Kristall Muster. A number nützliche Software-Pakete zur Verfügung stehen, einschließlich, aber nicht beschränkt auf: MIT Photonic Bands (MPB), Vollwellen (RSoft), MIT Elektromagnetische Equation Propagation (MEEP). </li><li> Pattern Generation - schaffen die Exposition Dateien (gds-Format im Allgemeinen) und die Nähe Fehlerkorrektur mittels geeigneter Software 30. </li><li> Pattern Exposure - laden Sie die Probe in der Kammer der Elektronenstrahl-Lithographie-System (LEO 1530 / Raith Elphy) und abpumpen. Sobald Vakuum erreicht worden ist, auf der EHT-Speisung einschalten und auf 30 kV. Verlassen das System in diesem Zustand für 1 Stunde, damit die Probe, Bühne und Kammer auf einen Gleichgewichts-Temperatur erreichen. Set-up die Exposition in der Benutzer-Handbuch Ihres speziellen Elektronenstrahl-Lithographie-System angezeigt. Setzen der Probe mit einem geeigneten basischen Schrittgröße (zB 2 nm) (wobei dies die minimale Pixelgröße dass das System freizulegen), eine Einschwingzeit von mindestens 1 ms (wobei dies die Zeit wartet das System zwischen Bewegen des Strahls und Freilegender jeweilige Abschnitt des Musters), und eine Fläche von 55 Dosis μAcm -2. </li><li> Probe Entwicklung - mit VORSICHT Xylol (Xylol ist sowohl brennbare und hochtoxische Arbeit in einem gut belüfteten Ort abseits von Zündquellen und vermeiden Sie den Kontakt mit Haut und Augen) bei einer Temperatur von 23 ° C entwickeln die Probe für 45 Sekunden. Spülen in Isopropanol. </li></ol> 3. Patten Übertragung <ol><li> RIE Chamber Reinigung - Stellen Sie die Flussraten von Argon und Wasserstoff auf 200 sccm. Drosseln die Pumpe über eine Drosselklappe, um Kammerdruck von 1 × 10 -1 mBar erreicht. Stellen Sie die HF-Leistung bis 100 W, entzünden das Plasma und führen für mindestens 10 min - eine DC-Vorspannung von etwa 700 V zu beachten. Nach dem Ausschalten der Ar / H 2-Plasma, ermöglichen die Kammer für etwa 1 min zu pumpen. Die Durchflussrate von Sauerstoff in die Kammer bis 200 sccm und erneut gedrosselt den Kammerdruck auf 1 × 10 -1 mBar. Ignite ein zweites Plasmavon Sauerstoff mit einer Leistung von 100 W und führen für 5 min. Nach diesen Verfahren wird die Kammer frei von Verunreinigungen, wie Polymerresten, von einer früheren Trockenätzung. Wir führen dieses Verfahren vor jeder Änderung Ätzrezept maximale Wiederholgenauigkeit. Diese Prozedur wird für unser System, das aus einem Parallelplatten-, Kathoden-beladenen, RIE besteht optimiert; mit einer Hauptkammer 12 Zoll im Durchmesser von 14 cm in der Höhe, einschließlich eines 12-Zoll-Anschluss sowohl mit Drosselventil und Turbomolekularpumpe befestigt. </li><li> Photonic Crystal Etching - laden Sie die Probe in die RIE Hauptkammer und pumpt das System auf einem Hintergrund Druck von &lt;3 × 10 -6 mbar, um sicherzustellen, ist die Kammer frei von Wasserdampf. Beginnen Sie mit dem etch durch Vorkonditionierung der Kammer mit dem Ätzen Gase (nämlich CHF 3 und SF 6): Stellen Sie den Durchfluss der beiden Gase bis 100 sccm (dh gesetzt ein Gas-Verhältnis von 1:1) und mit der Drosselklappe zu bringen die Kammer Druck auf 5 × 10 <sup&gt; -2 mbar; damit die Gase um mindestens 10 min fließen. Nach Vorkonditionierung, die RF-Leistung auf etwa 20 W und Zünden eines Plasmas; Ätzen der Probe für etwa 2 min (die Ätzrate von Silicium für diesen Ätzparameter beträgt ca. 150 nm / min), während sichergestellt wird, dass ein Kammerdruck von 5 × 10 -2 mbar gehalten wird. Ein DC-Bias zwischen 200-220 V sollte während der Ätzung Zeitraum erreicht werden. </li><li> Beispiel Reinigung zu entfernen verbleibenden Elektronen Resist - nach dem Trockenätzen, reinigen Sie die Probe durch Spülen in VORSICHT 1165 Remover (1165 ist brennbar und kann zu Reizungen von Augen, Nase und Atemwege) mit Ultraschallbewegung für 1-2 min, gefolgt von Aceton und Isopropanol wie oben dargelegt (Schritt 1.2). </li><li> Membrane Isolation - Spin-Beschichtung der Probe mit UV-empfindlichen Fotolack ACHTUNG Microposit S1818 G2 (S1818 G2 ist sowohl leicht entzündlich und verursacht Reizungen von Augen, Nase und Atemwege) (siehe Schritt 1,3). Verwendung eines MITTELANSAe Photomaske definieren Fenster innerhalb des über den photonischen Kristall-Muster mit dem UV Mask Aligner zu widerstehen. Setzen Sie die Probe für etwa 30-45 sek. Entwickeln des Resists in VORSICHT Microposit Entwickler MF-319 (MF-319 ist eine alkalische Flüssigkeit und kann zu Reizungen von Augen, Nase und Atemwege verursachen) für 30-45 sec, Spülen danach in entionisiertem Wasser. Bereiten Sie einen Kunststoffbecher mit einer Mischung aus Vorsicht 01.05 Flusssäure (1,1499 g / ml 48-51% HF) (HF ist stark ätzend und leicht zerstört Gewebe, beim Umgang mit voller persönlicher Schutzausrüstung für HF bewertet verwenden), um de-ionisiertem Wasser. Beachten Sie, dass aus Sicherheitsgründen nur Plastikbecher und Pinzette mit Flusssäure verwendet werden soll. Tauchen Sie die Probe in der Flusssäure Mischung für 15 min. Nach dem Ätzen, spülen Sie die Probe gründlich in entionisiertem Wasser. Entfernen der restliche Photolack unter Verwendung von Aceton und Isopropanol (siehe Schritt 1.2) - aus dieser Stufe und weiter Ultraschallbewegung nicht verwendet werden kann. Um die Probe zu gewährleistenist so sauber wie möglich, folgen Sie dem Aceton und Isopropanol waschen mit einem in VORSICHT Piranha-Lösung (Piranha-Lösung ist sehr energisch, explosionsfähige und greift organische Stoffe, beim Umgang mit vollen persönlichen Schutzausrüstung) (3:1 VORSICHT Schwefelsäure (Schwefelsäure spülen Säure ist ätzend und sehr giftig, beim Umgang mit persönlichen Schutzausrüstung und das Einatmen von Dämpfen oder Nebeln) zu Wasserstoffperoxid VORSICHT (Wasserstoffperoxid ist sehr gefährlich im Falle von Haut-und Augenkontakt, beim Umgang mit persönlichen Schutzausrüstung)) für 5 min , dann spülen Sie die Probe in entionisiertem Wasser, Aceton und Isopropanol. Beachten Sie, dass aus Sicherheitsgründen nur Bechergläser und Metall-Pinzette mit dem Piranha-Lösung verwendet werden. Als Piranha Lösung in Kontakt mit Aceton oder Isopropanol explodieren kann, sollte es sich von diesen Reagenzien behandelt werden. </li><li> Facet Spalten, - wenn die Vorbereitung eines photonischen Kristalls langsam Lichtwellenleiter erfordert die Probe Facette Spaltung. Cleave das sample durch Befolgen der gleichen Prozedur wie in Schritt 1.1 dargestellt, wobei jedoch so klein wie möglich zu einem Kratzer verwendet werden sollte. Ein SOI-Chip mit ~ 700 um dicken Substrat zuverlässig gespalten werden bis zu 4-5 mm lange Proben. </li></ol> 4. Photonic Crystal Slow-Lichtwellenleiter Charakterisierung <ol><li> Vorläufige Vorbereitung des Setup - Verbinden Sie den Ausgang eines VORSICHT Breitband verstärkten spontanen Emission (ASE) Lichtquelle (unsichtbare IR-Strahlung: unnötige hohe Leistungen decken Strahlengang wenn möglich) zu einem 3 dB Faser-Splitter und nutzen jede der Ausgänge Koppeln von Licht in die beiden Arme eines Freiraum-Mach-Zehnder interferometeter (MZI), wie in 9 gezeigt. Asphärische Linsen zu verwenden, um die Lichtabgabe von den Fasern zu kollimieren. In einer der Arme des Interferometers, verwenden zwei zusätzliche asphärische Linsen zur Kopplung des Lichtstrahls in die und aus der Probe-Chip. Legen Sie ein Polarisationsstrahlteiler (PBS) in der Probe Arm TE-polarisieren die light Eingabe der Probe. Verwenden asphärische Linsen zur Kopplung der kollimierten Strahlen von beiden Arme nach hinten in einen zweiten 3 dB Faser-Splitter, wo sie rekombinieren. Verbinden einer der Ausgänge auf einen Infrarot-Detektor und mit der Ablesung des Detektors um die Lichtkopplung in der Probe zu maximieren; das andere Ausgang an einen optischen Spektrumanalysator (OSA). Die beiden Arme des MZI sollte in etwa die gleiche optische Länge aufweist, wenn in Gegenwart von der Probe: sicherstellen, dass die Fasern in den beiden Armen des MZI die gleiche nominale Länge haben und umfassen einen abstimmbaren Verzögerungsstufe im Referenzarm zu erlauben zur Feineinstellung seiner Länge. In der Probe Arm, montieren Sie die asphärischen Linsen auf xyz Präzisionstische die beste Kupplung in der Probe zu erhalten. </li><li> Passen Referenzarmlänge - Kopplung des Lichtstrahls auf einen Rohling (dh ohne photonischen Kristall) Stegwellenleiter (von der gleichen Art wie der Zugangspunkt, dass Futter Wellenleiter Licht in den photonischen Kristallen) wiverdünnen den gleichen Chip in der Probe Arm. Führen Sie einen kontinuierlichen Scan auf der OSA und beobachten die gemessene Wellenlänge Spektren. Wenn die beiden Arme des MZI etwa die gleiche optische Länge, die Spektren zeigen Fransen aufgrund konstruktiver und destruktiver Interferenz, wobei diese Streifen wird nicht angezeigt, wenn die Arme des MZI sehr unterschiedlichen optischen Längen (&gt; ~ cm) haben. Die Streifenabstand ist umgekehrt proportional zu der Differenz der optischen Weglänge zwischen den beiden Teilen. Bewegen Sie den Verzögerungsstufe um die Referenzarm kürzer und beobachten die Fransen in der OSA: wenn sie dichter (spärlicher) zu werden, ist der Verweis Arm kürzer (länger) als die Probe Arm. Stellen Sie die Verzögerungsstufe um sicherzustellen, dass der Referenzarm kürzer als der Probenarm und Ergebnisse in einem Streifenabstand von etwa 5 bis 10 Fransen in einer 10 nm Wellenlängenbereich (siehe Abbildung 10a). Schließlich führen diese Optimierung auf dem Gerät, die die maximale Verzögerung sorgt und dann halten die Verzögerung während der Messung festder gesamten Probe. </li><li> Eichlauf - noch auf dem leeren Wellenleiter ausgerichtet sind, laufen drei Abtastungen des OSA: eine für die Interferenz-Spektrum und eine Abtastung für jedes der zwei Arme getrennt (erhalten durch Blockierung der andere Arm). Verwenden Sie eine Auflösung von 0,05-0,1 nm. Notieren Sie jedes gemessene Spektrum. </li><li> Langsames Licht Datenerfassung - ausführen und aufnehmen drei Spektren wie in Schritt 4.3 für jeden photonischen Kristall-Wellenleiter auf dem Chip. </li><li> Fourier Datenanalyse - das Störspektrum (Interferogramm) I (ω) wird mathematisch ausgedrückt durch: I (ω) = S (ω) + R (ω) + sqrt [S (ω) R (ω)] {exp [iΦ (ω) - iωτ] + cc} wobei S (ω) und R (ω) die Spektraldichte getrennt von der Proben-und Referenzarme gemessen. Die Verzögerung τ wird durch die Position der Verzögerungsstufe im Referenzarm eingestellt. Die auf der Dispersion des photonischen Kristall-Wellenleiters ist in der Phase enthaltenenBegriff, den wir aus den gemessenen Daten zu extrahieren müssen. Subtrahieren die nicht störenden Hintergrund S (ω) + R (ω) aus dem Interferogramm, nur den störenden Begriff isolieren. Berechnen der Fouriertransformierten des störenden Begriff: Der Begriff sqrt (SR) exp [i (Φ-ωτ)] und seine komplexe Konjugat an Peaks bei t = τ entsprechen zentriert und t =-τ sind. Filtern numerisch einem der beiden Begriffe und verwandeln zurück in den Frequenzbereich. Differenzieren der Phase Φ (ω) - ωτ der resultierenden Daten mit Bezug auf ω um Δτ g, der Unterschied in der Gruppenlaufzeit zwischen den beiden Teilen zu erzielen. Die Gruppe g Index n = c / v g, mit v g die Gruppengeschwindigkeit, ist gegeben durch: n g = (Δτ g PhC - Δτ g cal) c / L + n cal, wo Δτ g cal wird aus den Kalibrierdaten übernommen fr erhaltenom der Rohling Wellenleiter, L die Photonenkristall Wellenleiterlänge und n cal = 2.7 ist der effektive Index des Referenz Rippenwellenleiters. Der Beitrag zu der Verzögerung aus den einzelnen optischen Elementen der Einrichtung berücksichtigt wird in der Kalibrierlauf genommen, und wird daher in diesem Schritt subtrahiert. </li></ol><ol start="6"><li> Transmissionskurve - Berechnung der Transmissionskurve durch Normieren des Probenspektrums eines photonischen Kristall-Wellenleiter zu der des Rohlings Wellenleiters. </li></ol> 5. Photonic Crystal Cavity Charakterisierung <ol><li> Setup - die Vorbereitung des Setups (Abb. 14) für RS umfasst: Schalten der austauschbare Element der polarisierenden Strahlteiler; Einfügen eines Polarisators in das Eingabefeld Arm sowie ein Analysator in der Ausgabe Arm; drehen einen Spiegel in die Sonde arm um die Verwendung eines Nah-Infrarot-Quelle zu ermöglichen; erlauben die Beleuchtung der Probe. Montieren Sie die Probe vertikal mit einem 45 °-Orientierung zur Achseder Polarisator (Abbildung 18) auf ein Differential angetriebenen xyz Mikroorganismen blockieren und Einstellen der Mikro-Block, so daß die Probe im Fokus ist und einen Hohlraum kann mit der Kamera gesehen werden, wie in 15 (links). Verwendung einer verstärkten spontanen Emission (ASE)-Quelle, Ausrichten des Strahls mit der Mitte des Hohlraums 15 (rechts). Flip entfernt die Beleuchtung Spiegel und damit die Ausgabe Arm des Spektrometers (Monochromator mit angeschlossenem Array-Detektor) eingeben. Starten Sie eine breite Scan mit einem niedrigen bis mäßigen Auflösung, um die Kavität Gipfel zu identifizieren. Erhalten der groben Wellenlänge der Resonanz in der ASE-Scan (Abbildung 16a) mit einer Genauigkeit von 1 nm aufweist. Es ist auch möglich, das breite Scan mit VORSICHT abstimmbare Laserquelle (TLS) (Abbildung 16b) (unsichtbare IR-Strahlung: unnötige hohe Leistungen decken Strahlengang wenn möglich) zu erwerben. Man muss darauf achten, dass die Auflösung auf den höchsten Wert eingestellt ist, umprobieren Sie die Linienbreiten von jedem Gipfel. </li><li> Führen Sie hochauflösende Scans auf den identifizierten Peaks - verbinden Sie die TLS an den Eingang Arm und dämpfen den Strahl auf einen mW Ebene. Vorbereitung der Auflösungsscan indem der Ausgang Arm durch den Photodetektor erfasst werden und zur Schaffung eines kontinuierlichen Sweep-Scan mit einer Auflösung von 1 pm für ein 2 nm-Bereich bei der vorher gefundenen Resonanzwellenlänge zentriert. Die Bedeutung dieses Schrittes ist, um das Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) zu verbessern mit dem Ziel, eine Lorentz-Linie-shape resonance erhalten: Ändern der xyz-Position des Mikro-Block und erneut ausführen, bis die Abtastung der SNR wird maximiert und die Linie-Form ist nahe dem von einer Lorentz, wie in der repräsentativen Folge Schnitt dargestellt. </li></ol>

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F., Houdr&#233;, R., Oesterle, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Finely+resolved+transmission+spectra+and+band+structure+of+two-dimensional+photonic+crystals+using+emission+from+InAs+quantum+dots.">Finely resolved transmission spectra and band structure of two-dimensional photonic crystals using emission from InAs quantum dots.</a> Phys. Rev. B. 59 (3), 1649-1652 (1999).</li><li>Inan&#231; Tarhan, I., Zinkin, M. P., Watson, G. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Interferometric+technique+for+the+measurement+of+photonic+band+structure+in+colloidal+crystals.">Interferometric technique for the measurement of photonic band structure in colloidal crystals.</a> Opt. Lett. 20 (14), 1571-1573 (1995).</li><li>Galli, M., Marabelli, F., Guizzetti, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Direct+measurement+of+refractive-index+dispersion+of+transparent+media+by+white-light+interferometry.">Direct measurement of refractive-index dispersion of transparent media by white-light interferometry.</a> Appl. Opt. 42 (19), 3910-3914 (1364).</li><li>Galli, M., Bajoni, D., Marabelli, F., Andreani, L. C., Pavesi, L., Pucker, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Photonic+bands+and+group-velocity+dispersion+in+Si/SiO2+photonic+crystals+from+white-light+interferometry.">Photonic bands and group-velocity dispersion in Si/SiO2 photonic crystals from white-light interferometry.</a> Phys. Rev. B. 69 (11), 115107 (2004).</li><li>Vlasov, Y. A., O'Boyle, M., Hamann, H. F., McNab, S. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Active+control+of+slow+light+on+a+chip+with+photonic+crystal+waveguides.">Active control of slow light on a chip with photonic crystal waveguides.</a> Nature. 438, 65-69 (2005).</li><li>Gomez-Iglesias, A., O'Brien, D., O'Faolain, L., Miller, A., Krauss, T. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Direct+measurement+of+the+group+index+of+photonic+crystal+waveguide+via+Fourier+transform+spectral+interferometry.">Direct measurement of the group index of photonic crystal waveguide via Fourier transform spectral interferometry.</a> Appl. Phys. Lett. 90 (26), 261107 (2007).</li><li>Akahane, Y., Asano, T., Song, B. -. S., Noda, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-Q+photonic+nanocavity+in+a+two-dimensional+photonic+crystal.">High-Q photonic nanocavity in a two-dimensional photonic crystal.</a> Nature. 425, 944-947 (2003).</li><li>McCutcheon, M. W., Rieger, G. W., 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=Resonant+scattering+and+second-harmonic+spectroscopy+of+planar+photonic+crystal+microcavities.">Resonant scattering and second-harmonic spectroscopy of planar photonic crystal microcavities.</a> Appl. Phys. Lett. 87 (22), 221110 (2005).</li><li>Galli, M., Portalupi, S. L., Belotti, M., Andreani, L. C., O'Faolain, L., Krauss, T. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Light+scattering+and+Fano+resonances+in+high-Q+photonic+crystal+nanocavities.">Light scattering and Fano resonances in high-Q photonic crystal nanocavities.</a> Appl. Phys. Lett. 94 (7), 71101 (2009).</li><li>W&#195;est, R., Strasser, P., Jungo, M., Robin, F., Erni, D., J&#252;ckel, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+efficient+proximity-effect+correction+method+for+electron-beam+patterning+of+photonic-crystal+devices.">An efficient proximity-effect correction method for electron-beam patterning of photonic-crystal devices.</a> Microelectron Eng. 67-68, 182-188 (2003).</li><li>Tanaka, Y., Asano, T., Akahane, Y., Song, B. -. S., Noda, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Theoretical+investigation+of+a+two-dimensional+photonic+crystal+slab+with+truncated+cone+air+holes.">Theoretical investigation of a two-dimensional photonic crystal slab with truncated cone air holes.</a> Appl. Phys. Lett. 82 (11), 1661 (2003).</li><li>Asano, T., Song, B. -. S., Noda, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Analysis+of+the+experimental+Q+factors+(~+1+million)+of+photonic+crystal+nanocavities.">Analysis of the experimental Q factors (~ 1 million) of photonic crystal nanocavities.</a> Opt. Express. 14 (5), 1996-2002 (2006).</li><li>O'Faolain, L., Schulz, S. 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=Loss+engineered+slow+light+waveguides.">Loss engineered slow light waveguides.</a> Opt. Express. 18 (26), 27627-27638 (2010).</li><li>Joannopoulos, J. D., Johnson, S. G., Winn, J. N., Meade, R. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Photonic crystals, molding the flow of light. , (2008).</li><li>Li, J., White, T. P., O'Faolain, L., Gomez-Iglesias, A., Krauss, T. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Systematic+design+of+flat+band+slow+light+in+photonic+crystal+waveguides.">Systematic design of flat band slow light in photonic crystal waveguides.</a> Opt. Express. 16 (9), 6227-6232 (2008).</li><li>Takeda, M., Ina, H., Kobayashi, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fourier-transform+method+of+fringe-pattern+analysis+for+computer-based+topography+and+interferometry.">Fourier-transform method of fringe-pattern analysis for computer-based topography and interferometry.</a> J. Opt. Soc. Am. 72 (1), 156-160 (1982).</li></ol>

Keine Interessenskonflikte erklärt.

Beispiel Herstellung Unsere Wahl der Elektronenstrahl-Resist (dh ZEP 520A) ist aufgrund seiner gleichzeitig hoher Auflösung und Ätzresistenz. Wir glauben, dass ZEP 520A durch die UV-Licht von oben Labor Lichter emittiert beeinträchtigt sein kann; als solches empfehlen wir Platzierung Spin-beschichteten Proben in UV undurchsichtigen Behältern beim Verschieben von einem Labor zum anderen. Bewegen auf Definieren des photonischen Kristalls Muster, vor Ausse...

<table border="1">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Name </td>
			<td>Company </td>
			<td>Catalogue number </td>
			<td>Comments (optional) </td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Acetone</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>A/0520/17</td>
			<td>CAUTION: flammable, use good ventilation and avoid all ignition sources.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Isopropanol</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>P/7500/15</td>
			<td>CAUTION: flammable, use good ventilation and avoid all ignition sources.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Electron Beam resist</td>
			<td>Marubeni Europe plc.</td>
			<td>ZEP520A</td>
			<td>CAUTION: flammable, harmful by inhalation, avoid contact with skin and eyes.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Xylene</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>X/0100/17</td>
			<td>CAUTION: flammable and highly toxic, use good ventilation, avoid all ignition sources, avoid contact with skin and eyes.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microposit S1818 G2</td>
			<td>Chestech Ltd.</td>
			<td>10277866</td>
			<td>CAUTION: flammable and causes irritation to eyes, nose and respiratory tract.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microposit Developer MF-319</td>
			<td>Chestech Ltd.</td>
			<td>10058721</td>
			<td>CAUTION: alkaline liquid and can cause irritation to eyes, nose and respiratory tract.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hydrofluoric Acid</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>22333-5000</td>
			<td>CAUTION: extremely corrosive, readily destroys tissue; handle with full personal protective equipment rated for HF.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microposit 1165 Remover</td>
			<td>Chestech Ltd.</td>
			<td>10058734</td>
			<td>CAUTION: flammable and causes irritation to eyes, nose and respiratory tract.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sulphuric Acid</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>S/9120/PB17</td>
			<td>CAUTION: corrosive and very toxic; handle with personal protective equipment and avoid inhalation of vapours or mists.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hydrogen Peroxide</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>BPE2633-500</td>
			<td>CAUTION: very hazardous in case of skin and eye contact; handle with personal protective equipment.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>Equipment</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Silicon-on-Insulator wafer</td>
			<td>Soitec</td>
			<td>G8P-110-01</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Diamond Scribe</td>
			<td>J &amp; M Diamond Tool Inc.</td>
			<td>HS-415</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microscope slides</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>FB58622</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Beakers</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>FB33109</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tweezers</td>
			<td>SPI Supplies</td>
			<td>PT006-AB</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ultrasonic Bath</td>
			<td>Camlab</td>
			<td>1161436</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Spin-Coater</td>
			<td>Electronic Micro Systems Ltd.</td>
			<td>EMS 4000</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pipette</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>FB55343</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>E-beam Lithography System</td>
			<td>Raith Gmbh</td>
			<td>Raith 150</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Reactive Ion Etching System</td>
			<td>Proprietary In-house Designed</td>
			<td>--</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>UV Mask Aligner</td>
			<td>Karl Suss</td>
			<td>MJB-3</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ASE source</td>
			<td>Amonics</td>
			<td>ALS-CL-15-B-FA</td>
			<td>CAUTION: invisible IR radiation.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Single mode fibers</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>P1-SMF28E-FC-2</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>3 dB fiber splitters</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>C-WD-AL-50-H-2210-35-FC/FC</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Aspheric lenses</td>
			<td>New Focus</td>
			<td>5720-C</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>XYZ stages</td>
			<td>Melles Griot</td>
			<td>17AMB003/MD</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polarizing beamsplitter cube</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>PBS104</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>IR detector</td>
			<td>New Focus</td>
			<td>2033</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>100&times; Objective</td>
			<td>Nikon</td>
			<td>BD Plan 100x</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Oscilloscope</td>
			<td>Tektronix</td>
			<td>TDS1001B</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Optical Spectrum Analyzer</td>
			<td>Advantest</td>
			<td>Q8384</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>IR sensor card</td>
			<td>Newport</td>
			<td>F-IRC2</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>TLS source</td>
			<td>Agilent</td>
			<td>81940A</td>
			<td>CAUTION: invisible IR radiation.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>IR Camera</td>
			<td>Electrophysics</td>
			<td>7290A</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>IR Detector</td>
			<td>New Focus</td>
			<td>2153</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Digital Multimeter</td>
			<td>Agilent</td>
			<td>34401A</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Illumination</td>
			<td>Stocker Yale</td>
			<td>Lite Mite</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Monochromator</td>
			<td>Spectral Products</td>
			<td>DK480</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Array Detector</td>
			<td>Andor</td>
			<td>DU490A-1.7</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>GIF Fiber</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>31L02</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

fabrication and characterization of photonic crystal slow light waveguides and cavities

Langsames Licht ist eines der heißen Themen in der Photonik-Gemeinde in den vergangenen zehn Jahren erzeugt großes Interesse sowohl aus fundamentaler Sicht und für sein hohes Potenzial für praktische Anwendungen. Langsames Licht photonischen Kristall-Wellenleiter, insbesondere, haben eine große Rolle gespielt und wurden erfolgreich für die Verzögerung optische Signale 1-4 beschäftigt und die Verbesserung der beiden linearen 5-7 und nichtlineare Geräte. 8-11 Photonischen Kristall Hohlräume zu erreichen ähnliche Effekte, dass von langsamen Lichtwellenleiter, sondern über einen reduzierten Bandbreite. Diese Hohlräume bieten hohe Q-factor/volume Verhältnis zur Realisierung optisch und elektrisch 12 13 gepumpt ultraniedrigem Schwellenwert Laser und die Verbesserung der nichtlineare Effekte. 14-16 Weiteren passive Filter 17 und Modulatoren 18 bis 19 Es wurde gezeigt, ausstellenden ultra-schmale Linienbreite, hohe freie spektrale rOrange und Rekordwerte des geringen Energieverbrauch. Um diese spannende Ergebnisse zu erreichen, muss ein robustes wiederholbare Herstellung Protokoll entwickelt werden. In diesem Papier nehmen wir eine gründliche Blick auf unsere Fertigung Protokoll, das Elektronenstrahl-Lithographie verwendet für die Definition von photonischen Kristall Muster und nutzt nassen und trockenen Ätzverfahren. Unsere optimierte Fertigung Rezept Ergebnisse in photonischen Kristallen, die nicht von der Vertikalen leiden Asymmetrie und weisen eine sehr gute Kanten-Wandrauhigkeit. Wir diskutieren die Ergebnisse der Variation der Ätzparameter und die schädlichen Wirkungen, die sie auf einer Vorrichtung haben kann, was zu einem diagnostischen Route, die ergriffen werden, um zu identifizieren und zu eliminieren ähnliche Probleme werden kann. Der Schlüssel zur Auswertung langsam Lichtwellenleiter ist die passive Charakterisierung der Übertragung und Warengruppenverzeichnisses Spektren. Verschiedene Verfahren sind berichtet worden, vor allem die Lösung der Fabry-Perot-Fransen des Transmissionsspektrums eine 20-21d interferometrischen Techniken. 22-25 Hier beschreiben wir einen direkten, Breitband-Messtechnik kombiniert spektrale Interferometrie mit Fourier-Transform-Analyse. 26 Unsere Methode zeichnet sich durch seine Einfachheit und Leistungsfähigkeit, wie wir einen nackten photonischen Kristalls mit Zugang Wellenleiter zu charakterisieren, ohne Notwendigkeit für On-Chip Interferenzkomponenten und des Setup nur aus einem Mach-Zehnder-Interferometer, ohne dass bewegliche Teile und Verzögerung Scans. Wenn kennzeichnenden Photonenkristall Hohlräumen, Verfahren, bei denen 21 oder internen Quellen externen Wellenleiter direkt an den Hohlraum 27 Einfluss auf die Leistungsfähigkeit des Hohlraums selbst gekoppelt ist, wodurch die Messung verfälschen. Hier beschreiben wir eine neue und nicht-intrusive Technik, die Verwendung einer kreuzpolarisierten Sondenstrahls macht und als Resonanzstreuung (RS), wobei die Sonde aus der Ebene heraus in den Hohlraum durch ein Objektiv gekoppelt ist bekannt. Die Technik wurde erstmals Demonstrationted durch McCutcheon et al. 28 und weiter durch Galli et al. 29

Fabricated samples
Figure 1 shows a scanning electron microscope (SEM) image of an exposed and developed pattern in electron beam resist - it is evident from the "clean" edge between the resist and the silicon substrate that complete exposure/development has been accomplished. Exposure of dose test patterns, consisting of simple repeated shapes (in our case 50 &times; 50 &mu;m squares), each with a differing base dose, are used to determine the correct dose factor and developmen...

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Fabrication And Characterization Of Photonic Crystal Slow Light Waveguides And Cavities

Verwendung von photonischen Kristall langsam Lichtwellenleiter und Hohlräume wurde weithin von der Photonik-Community in vielen unterschiedlichen Anwendungen eingesetzt. Deshalb Herstellung und Charakterisierung dieser Geräte sind von großem Interesse. Dieses Papier umreißt unsere Herstellungstechnik und zwei optische Charakterisierungsmethoden, nämlich: interferometrischen (Wellenleiter) und Resonanzstreuung (Hohlräume).

Herstellung und Charakterisierung von Photonic Crystal Langsam Lichtwellenleitern und Hohlräume

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 ...

fabrication-characterization-photonic-crystal-slow-light-waveguides

Research

JoVE Journal

Engineering

18.8K Aufrufe.  University of St Andrews. Verwendung von photonischen Kristall langsam Lichtwellenleiter und Hohlräume wurde weithin von der Photonik-Community in vielen unterschiedlichen Anwendungen eingesetzt. Deshalb Herstellung und Charakterisierung dieser Geräte sind von großem Interesse. Dieses Papier umreißt unsere Herstellungstechnik und zwei optische Charakterisierungsmethoden, nämlich: interferometrischen (Wellenleiter) und Resonanzstreuung (Hohlräume).

Serie: Fabrication And Characterization Of Photonic Crystal Slow Light Waveguides And Cavities

Simulation, Fabrication and Characterization of THz Metamaterial Absorbers

Metamaterials (MM), artificial materials engineered to have properties that may not be found in nature, have been widely explored since the first theoretical1 and experimental demonstration2 of their unique properties. MMs can provide a highly controllable electromagnetic response, and to date have been demonstrated in every technologically relevant spectral range including the optical3, near IR4, mid IR5 , THz6 , mm-wave7 , microwave8 and radio9 bands. Applications include perfect lenses10, sensors11, telecommunications12, invisibility cloaks13 and filters14,15. We have recently developed single band16, dual band17 and broadband18 THz metamaterial absorber devices capable of greater than 80% absorption at the resonance peak. The concept of a MM absorber is especially important at THz frequencies where it is difficult to find strong frequency selective THz absorbers19. In our MM absorber the THz radiation is absorbed in a thickness of ~ &lambda;/20, overcoming the thickness limitation of traditional quarter wavelength absorbers. MM absorbers naturally lend themselves to THz detection applications, such as thermal sensors, and if integrated with suitable THz sources (e.g. QCLs), could lead to compact, highly sensitive, low cost, real time THz imaging systems.

This protocol outlines the simulation, fabrication and characterization of THz metamaterial absorbers. Such absorbers, when coupled with an appropriate sensor, have applications in THz imaging and spectroscopy.

Simulation, Herstellung und Charakterisierung von THz Metamaterial Absorber

Metamaterials (MM),  artificial materials engineered to have properties that may not be found in  nature, have been widely explored since the first ...

Forschung

Ingenieurwesen

Design, Fabrication, and Experimental Characterization of Plasmonic Photoconductive Terahertz Emitters

In this video article we present a detailed demonstration of a highly efficient method for generating terahertz waves. Our technique is based on photoconduction, which has been one of the most commonly used techniques for terahertz generation 1-8. Terahertz generation in a photoconductive emitter is achieved by pumping an ultrafast photoconductor with a pulsed or heterodyned laser illumination. The induced photocurrent, which follows the envelope of the pump laser, is routed to a terahertz radiating antenna connected to the photoconductor contact electrodes to generate terahertz radiation. Although the quantum efficiency of a photoconductive emitter can theoretically reach 100%, the relatively long transport path lengths of photo-generated carriers to the contact electrodes of conventional photoconductors have severely limited their quantum efficiency. Additionally, the carrier screening effect and thermal breakdown strictly limit the maximum output power of conventional photoconductive terahertz sources. To address the quantum efficiency limitations of conventional photoconductive terahertz emitters, we have developed a new photoconductive emitter concept which incorporates a plasmonic contact electrode configuration to offer high quantum-efficiency and ultrafast operation simultaneously. By using nano-scale plasmonic contact electrodes, we significantly reduce the average photo-generated carrier transport path to photoconductor contact electrodes compared to conventional photoconductors 9. Our method also allows increasing photoconductor active area without a considerable increase in the capacitive loading to the antenna, boosting the maximum terahertz radiation power by preventing the carrier screening effect and thermal breakdown at high optical pump powers. By incorporating plasmonic contact electrodes, we demonstrate enhancing the optical-to-terahertz power conversion efficiency of a conventional photoconductive terahertz emitter by a factor of 50 10.

We describe methods for the design, fabrication, and experimental characterization of plasmonic photoconductive emitters, which offer two orders of magnitude higher terahertz power levels compared to conventional photoconductive emitters.

Konstruktion, Fertigung und experimentelle Charakterisierung Plasmonic Photoconductive Terahertz-Emitter

In this video article we present a detailed demonstration of a highly efficient method for generating terahertz waves. Our technique is based on ...

Fabrication and Characterization of Disordered Polymer Optical Fibers for Transverse Anderson Localization of Light

We develop and characterize a disordered polymer optical fiber that uses transverse Anderson localization as a novel waveguiding mechanism. The developed polymer optical fiber is composed of 80,000 strands of poly (methyl methacrylate) (PMMA) and polystyrene (PS) that are randomly mixed and drawn into a square cross section optical fiber with a side width of 250 &mu;m. Initially, each strand is 200 &mu;m in diameter and 8-inches long. During the mixing process of the original fiber strands, the fibers cross over each other; however, a large draw ratio guarantees that the refractive index profile is invariant along the length of the fiber for several tens of centimeters. The large refractive index difference of 0.1 between the disordered sites results in a small localized beam radius that is comparable to the beam radius of conventional optical fibers. The input light is launched from a standard single mode optical fiber using the butt-coupling method and the near-field output beam from the disordered fiber is imaged using a 40X objective and a CCD camera. The output beam diameter agrees well with the expected results from the numerical simulations. The disordered optical fiber presented in this work is the first device-level implementation of 2D Anderson localization, and can potentially be used for image transport and short-haul optical communication systems.

We develop and characterize a disordered polymer optical fiber that uses transverse Anderson localization as a novel waveguiding mechanism. This microstructured fiber can transport a small localized beam with a radius that is comparable to the beam radius of conventional optical fibers.

Herstellung und Charakterisierung von Disordered Optische Polymerfasern für Quer Anderson Localization of Light

We develop and characterize a disordered polymer optical fiber that uses transverse Anderson localization as a novel waveguiding mechanism. The developed ...

Fabrication of Uniform Nanoscale Cavities via Silicon Direct Wafer Bonding

Measurements of the heat capacity and superfluid fraction of confined 4He have been performed near the lambda transition using lithographically patterned and bonded silicon wafers. Unlike confinements in porous materials often used for these types of experiments3, bonded wafers provide predesigned uniform spaces for confinement. The geometry of each cell is well known, which removes a large source of ambiguity in the interpretation of data.
Exceptionally flat, 5 cm diameter, 375 &#181;m thick Si wafers with about 1 &#181;m variation over the entire wafer can be obtained commercially (from Semiconductor Processing Company, for example). Thermal oxide is grown on the wafers to define the confinement dimension in the z-direction. A pattern is then etched in the oxide using lithographic techniques so as to create a desired enclosure upon bonding. A hole is drilled in one of the wafers (the top) to allow for the introduction of the liquid to be measured. The wafers are cleaned2 in RCA solutions and then put in a microclean chamber where they are rinsed with deionized water4. The wafers are bonded at RT and then annealed at ~1,100 &#176;C. This forms a strong and permanent bond. This process can be used to make uniform enclosures for measuring thermal and hydrodynamic properties of confined liquids from the nanometer to the micrometer scale.

A method for permanently bonding two silicon wafers so as to realize a uniform enclosure is described. This includes wafer preparation, cleaning, RT bonding, and annealing processes. The resulting bonded wafers (cells) have uniformity of enclosure ~1%1,2. The resulting geometry allows for measurements of confined liquids and gasses.

Herstellung von uniformen Nanoschuppen-Cavities über Silicon Direct Wafer Bonding

Measurements of the heat capacity and superfluid fraction of confined 4He have been performed near the lambda transition using lithographically patterned ...

Using Microwave and Macroscopic Samples of Dielectric Solids to Study the Photonic Properties of Disordered Photonic Bandgap Materials

Recently, disordered photonic materials have been suggested as an alternative to periodic crystals for the formation of a complete photonic bandgap (PBG). In this article we will describe the methods for constructing and characterizing macroscopic disordered photonic structures using microwaves. The microwave regime offers the most convenient experimental sample size to build and test PBG media. Easily manipulated dielectric lattice components extend flexibility in building various 2D structures on top of pre-printed plastic templates. Once built, the structures could be quickly modified with point and line defects to make freeform waveguides and filters. Testing is done using a widely available Vector Network Analyzer and pairs of microwave horn antennas. Due to the scale invariance property of electromagnetic fields, the results we obtained in the microwave region can be directly applied to infrared and optical regions. Our approach is simple but delivers exciting new insight into the nature of light and disordered matter interaction.

Our representative results include the first experimental demonstration of the existence of a complete and isotropic PBG in a two-dimensional (2D) hyperuniform disordered dielectric structure. Additionally we demonstrate experimentally the ability of this novel photonic structure to guide electromagnetic waves (EM) through freeform waveguides of arbitrary shape.

Disordered structures offer new mechanisms for forming photonic bandgaps and unprecedented freedom in functional-defect designs. To circumvent the computational challenges of disordered systems, we construct modular macroscopic samples of the new class of PBG materials and use microwaves to characterize their scale-invariant photonic properties, in an easy and inexpensive manner.

Mit Mikrowelle und makroskopischen Proben der Dielektrische Festkörper, um die photonischen Eigenschaften ungeordneter photonische Bandlückenmaterialien Studieren

Recently, disordered photonic materials have been suggested as an alternative to periodic crystals for the formation of a complete photonic bandgap (PBG). ...

Patterning via Optical Saturable Transitions - Fabrication and Characterization

This protocol describes the fabrication and characterization of nanostructures using a novel nanolithographic technique called Patterning via Optical Saturable Transitions (POST). In this technique the chemical properties of organic photochromic molecules that undergo single-photon reactions are exploited, enabling rapid top-down nanopatterning over large areas at low light intensities, thereby, allowing for the circumvention of the far-field diffraction barrier.4 Simple, cost-effective, high throughput and resolution alternatives to nanopatterning are being explored, such as, two-photon polymerization5,6, beam pen lithography (BPL)7, scanning electron beam lithography (SEBL), and focused ion beam (FIB) patterning. However, multi-photon approaches require high light intensities, which limit their potential for high throughput and offer low image contrast. Although, electron and ion beam lithographic processes offer increased resolution, the serial nature of the process is limited to slow writing speeds, which also prevents patterning of features over large areas. Beam-pen lithography is an approach towards parallel near-field optical lithography. However, the gap between the source of the beam and the surface of the photoresist needs to be controlled extremely precisely for good pattern uniformity and this is very challenging to accomplish for large arrays of beams. Patterning via Optical Saturable Transitions (POST) is an alternative optical nanopatterning technique for patterning sub-wavelength features1-3. Since this technique uses single photons instead of electrons, it is extremely fast and does not require high light intensities1-3, opening the door to massive parallelization.

We report that the diffraction limit of conventional optical lithography can be overcome by exploiting the transitions of organic photochromic derivatives induced by their photoisomerization at low light intensities.1-3 This paper outlines our fabrication technique and two locking mechanisms, namely: dissolution of one photoisomer and electrochemical oxidation.

Strukturierung via Optical Saturable Transitions - Herstellung und Charakterisierung

This protocol describes the fabrication and characterization of nanostructures using a novel nanolithographic technique called Patterning via Optical ...

Printing Fabrication of Bulk Heterojunction Solar Cells and In Situ Morphology Characterization

Polymer-based materials hold promise as low-cost, flexible efficient photovoltaic devices. Most laboratory efforts to achieve high performance devices have used devices prepared by spin coating, a process that is not amenable to large-scale fabrication. This mismatch in device fabrication makes it difficult to translate quantitative results obtained in the laboratory to the commercial level, making optimization difficult. Using a mini-slot die coater, this mismatch can be resolved by translating the commercial process to the laboratory and characterizing the structure formation in the active layer of the device in real time and in situ as films are coated onto a substrate. The evolution of the morphology was characterized under different conditions, allowing us to propose a mechanism by which the structures form and grow. This mini-slot die coater offers a simple, convenient, material efficient route by which the morphology in the active layer can be optimized under industrially relevant conditions. The goal of this protocol is to show experimental details of how a solar cell device is fabricated using a mini-slot die coater and technical details of running in situ structure characterization using the mini-slot die coater.

Printing Fabrication of Bulk Heterojunction Solar Cells and In Situ Morphology Characterization

Here, we present a protocol to fabricate organic thin film solar cells using a mini-slot die coater and related in-line structure characterizations using synchrotron scattering techniques.

Printing Herstellung von Bulk-Heterosolarzellen und<em&gt; In Situ</em&gt; Morphologie Charakterisierung

Polymer-based materials hold promise as low-cost, flexible efficient photovoltaic devices. Most laboratory efforts to achieve high performance devices ...

Free-form Light Actuators &#8212; Fabrication and Control of Actuation in Microscopic Scale

Liquid crystalline elastomers (LCEs) are smart materials capable of reversible shape-change in response to external stimuli, and have attracted researchers&#39; attention in many fields. Most of the studies focused on macroscopic LCE structures (films, fibers) and their miniaturization is still in its infancy. Recently developed lithography techniques, e.g., mask exposure and replica molding, only allow for creating 2D structures on LCE thin films. Direct laser writing (DLW) opens access to truly 3D fabrication in the microscopic scale. However, controlling the actuation topology and dynamics at the same length scale remains a challenge.
In this paper we report on a method to control the liquid crystal (LC) molecular alignment in the LCE microstructures of arbitrary three-dimensional shape. This was made possible by a combination of direct laser writing for both the LCE structures as well as for micrograting patterns inducing local LC alignment. Several types of grating patterns were used to introduce different LC alignments, which can be subsequently patterned into the LCE structures. This protocol allows one to obtain LCE microstructures with engineered alignments able to perform multiple opto-mechanical actuation, thus being capable of multiple functionalities. Applications can be foreseen in the fields of tunable photonics, micro-robotics, lab-on-chip technology and others.

Free-form Light Actuators &amp;#8212; Fabrication and Control of Actuation in Microscopic Scale

Here, we fabricate 3D polymeric micro/nano structures in which both the shape and the molecular alignment can be engineered with nanometer scale accuracy by the use of direct laser writing. Light induced deformation of several types of liquid crystalline elastomer microstructures can be controlled in the microscopic scale.

Freiform-Lichtaktoren - Herstellung und Steuerung der Betätigung in mikroskopischer Skala

Liquid crystalline elastomers (LCEs) are smart materials capable of reversible shape-change in response to external stimuli, and have attracted ...

Fabrication and Characterization of Superconducting Resonators

Superconducting microwave resonators are of interest for a wide range of applications, including for their use as microwave kinetic inductance detectors (MKIDs) for the detection of faint astrophysical signatures, as well as for quantum computing applications and materials characterization. In this paper, procedures are presented for the fabrication and characterization of thin-film superconducting microwave resonators. The fabrication methodology allows for the realization of superconducting transmission-line resonators with features on both sides of an atomically smooth single-crystal silicon dielectric. This work describes the procedure for the installation of resonator devices into a cryogenic microwave testbed and for cool-down below the superconducting transition temperature. The set-up of the cryogenic microwave testbed allows one to do careful measurements of the complex microwave transmission of these resonator devices, enabling the extraction of the properties of the superconducting lines and dielectric substrate (e.g., internal quality factors, loss and kinetic inductance fractions), which are important for device design and performance.

Superconducting microwave resonators are of interest for detection of light, quantum computing applications and materials characterization. This work presents a detailed procedure for fabrication and characterization of superconducting microwave resonator scattering parameters.

Herstellung und Charakterisierung von Superconducting Resonators

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

Fabrication of White Light-emitting Electrochemical Cells with Stable Emission from Exciplexes

The authors present an approach for fabricating stable white light emission from polymer light-emitting electrochemical cells (PLECs) having an active layer which consists of blue-fluorescent poly(9,9-di-n-dodecylfluorenyl-2,7-diyl) (PFD) and &#960;-conjugated triphenylamine molecules. This white light emission originates from exciplexes formed between PFD and amines in electronically excited states. A device containing PFD, 4,4&#39;,4&#39;&#39;-tris[2-naphthyl(phenyl)amino]triphenylamine (2-TNATA), Poly(ethylene oxide) and K2CF3SO3 showed white light emission with Commission internationale de l&#39;&#233;clairage (CIE) coordinates of (0.33, 0.43) and a Color Rendering Index (CRI) of Ra = 73 at an applied voltage of 3.5 V. Constant voltage measurements showed that the CIE coordinates of (0.27, 0.37), Ra of 67, and the emission color observed immediately after application of a voltage of 5 V were nearly unchanged and stable after 300 sec.

The authors present a method for fabricating stable white-light-emitting electrochemical cells utilizing emission from exciplexes formed between a blue-emitting fluorene polymer and aromatic amines.

Die Herstellung von Weißlichtemittierenden elektrochemischen Zellen, die mit stabile Emission von Exciplexe

The authors present an approach for fabricating stable white light emission from polymer light-emitting electrochemical cells (PLECs) having an active ...