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

המחברים מודים תמיכת מימון ממנהל התעופה הלאומית שטח (נאס&quot;א) של ורדי תוכניות APRA. GC גם מכיר האגודה לחקר החלל אוניברסיטאות לניהול מינויו בנאס&quot;א.

1. Microstrip קו מהוד ייצור 14 (איור 3) <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> נקה פרוסות סיליקון על מבודד (SOI), אשר יש שכבת מכשיר סיליקון 0.45 מיקרומטר עבה, עם H המעורב טרי 2 SO 4: H 2 O 2 (3: 1) במשך 10 דקות. לאחר מכן לשטוף את הפרוסות במי deionized במשך 10 דקות ויבשות עם אקדח חנקן. בסמוך למועד מאוחר יותר כדי עיבוד, טובלים את פרוסות ב H 2 O: HF (10: 1) במשך 10 שניות ולשטוף במים deionized במשך 5 דקות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לפברק מסכת המראה, אשר מורכבת של גרמניום (Ge) / photoresist החיובי כגון S-1811. 15 <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ספין-המעיל הרקיק עם bilayer photoresist החיובי הדליל (2 חלקים דקים-P: חלק 1 photoresist החיובי) ב 4000 סל&quot;ד למשך 30 שניות ולאחר מכן הפקדת אלומת אלקטרונים גה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> תבנית גה באמצעות-פוטוליתוגרפיה ידי החלת הראשון hexamethyldisilazane (HMDS) על פרוסות דקות 1 ולאחר מכן לסובב את העודף בסל&quot;ד 3000 למשך 30 שניות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> SPIn על דליל photoresist החיובי (2 חלקים דקים-P: חלק 1 photoresist החיובי) ב 2000 סל&quot;ד במשך 30 שניות ואופים אותו על פלטה חשמלית 1 דקות ב 110 מעלות צלזיוס. השתמש aligner מסכה לחשוף photoresist ולרסס לפתח להתנגד עם פתרון המבוסס אמוניום הידרוקסיד tetramethyl. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> יון-reactive לחרוט את גה עם פלזמה SF 6 / O 2 ב 70 W. אש שבבסיס photoresist עם פלזמה O 2 כדי להשיג שיפול של photoresist. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> DC-magnetron גמגום-הפקדת ניוביום (NB) מטוס לקרקע עם 3.7 MT של ארגון (Ar) ב 500 W ולהרים אותו על ידי נחת הפרוסה בתוך כוס מלאה-אצטון עבור 4 שעות. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ספין-מעיל bisbenzocyclobutene (BCB) ב 4000 סל&quot;ד למשך 30 שניות על פני השטח NB-מצופה של רקיק SOI וכדי משטח אחד אחר פרוסות סיליקון. איגרות חוב שני משטחי BCB מצופה יחד עם 3 בר של לחץ ב 200 מעלות צלזיוס. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ידני מחסנית רקיק להעיף במהופך כדי מתחילה לעבד את הישבן של רקיק SOI. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl">Etch רקיק ידית סיליקון ידי לחיכה מכאנית באמצעות אל 2 O 3 סלארי, ואחריו תחריט עמוק תגובתי יון באמצעות תהליך Bosch 16 Etch שכבת SiO 2 הקבורה עם H 2 O:. HF (10: 1) במשך 20 דקות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ניטריד מוליבדן פיקדון (מו 2 N) באמצעות DC magnetron המקרטעת תגובתי ב 700 ו W 3.3 MT (Ar: N 2 הלחץ החלקי = 7: 1). תהודת תבנית על ידי ספינינג ב 2000 סל&quot;ד למשך 30 שניות אפייה זה ב C 180 מעלות במשך 2 דקות ואחריו ספינינג דליל photoresist החיובי (2 חלקים דקים-P: חלק 1 photoresist החיובי) ב -2,000 סל&quot;ד למשך 30 שניות. פיתוח photoresist בתמיסת אמוניום tetramethyl מבוסס הידרוקסיד ואפר בתוך חרט יון תגובתי. Etch מו 2 N עם פתרון מבוסס חומצה זרחתית. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לפברק מסכת המראה המורכבת bilayer Ge / PMMA ידי ספינינג על polymethylmethacrylate (PMMA) ב 5000 סל&quot;ד למשך 30 שניות אפייה זה ב 180 מעלות צלזיוס למשך 2 דקות ואחריו dep אלומת אלקטרוניםosition של גה. גמגום-הפקדת Nb קווי תמסורת ולהרים אצטון (עיין בשלב 1.2 למעט כי photoresist החיובי מוחלף עם PMMA). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ב התגלמות כמה רדיו תדר (RF) גמגום-הפקדה SiO 2, דפוס זה על ידי ספינינג עם photoresist חיובי לחרוט בתמיסה המבוססת הידרופלואורית-חומצה. לאחר מכן, להרים את סרט Nb דק שהופקד גמגום באמצעות מסיכת שיגור photoresist גרמניום / חיובית כמפורט בשלב 1.2. </li></ol> נוהל 2. עבור התקנת צ&#39;יפ מהוד המיקרוגל בחבילת מבחן <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> עיצוב ומכונת חבילת מבחן מורכב הזהב (Au) חלל נחושת מצופה (עם בסיס ומכסה) אשר תואם ממדי שבב מהוד, קלט feedline ואת מיקומי פלט. הערה: גודל החלל של הדיור צריכה להיות מוגדר כדי לתמוך בפעולה במצב יחיד עם צימוד טפיל מינימאלי על הלהקה של עניין. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> עיצוב לפברק-ou אוהד מיקרוגל עכבה מבוקרt לוח 17 לניתוב אותות בין שבב וגרסה תת-מיניאטורות ומחברים (SMA). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכנס את מחברי SMA לתוך הקלט והפלט של חבילת הבדיקה כדי סיכת המוליך המרכזי מיושרת על משטח מגע לוח אוהד-אאוט המקביל. החל מסכת הלחמה כדי להגן מפני shorting, ולהחיל הלחמה באזור של סיכת המוליך המרכזי. מניחים את החבילה על צלחת חום חם 200 מעלות צלזיוס במשך ~ 5 דקות כדי להמיס את הלחמה. בוא מגניב ולאחר מכן להסיר את מסכת ההלחמה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הר שבב המהוד לתוך חלל Au מצופה חבילת נחושת כך רפידות התפוקה לתשומה על שבב feedline קרובות ו מיושר מוליך גל coplanar לוח אוהד-אאוט המקביל קווים (CPW). אבטח את השבב עם קליפים נחושת אשר ליצור קשר בקצות הפינות של השבב. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניח מוליכי אג&quot;ח תיל אל בין לוח אוהד החוצה על-שבב רפידות קשר. מניח מספר מרבי (~ 4 במקרה המוצג כאן - ראה <strאונג&gt; איור 4) של ~ 500-600 מיקרומטר ארוך, ~ 250 מיקרומטר-in-גובה אג&quot;ח תיל, כדי לספק התאמה עכבה בין קלט מחבר SMA ו התפוקות ואת feedline על שבב CPW. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאחר-מליט תיל, עם מודד לבדוק את התנגדות DC בין הפינים במרכז מחברי הקלט ופלט, ובין פין מרכז הקרקע, כדי לאשר יש חיבור חשמל ברחבי שתי סיכות המרכז וחיבור פתוח בין המרכז קו קרקע. </li></ol> נוהל 3. התקנת מהוד מיקרוגל בתוך testbed מיקרוגל קריוגני הליום -3 <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הרכב את testbed כפי בתצורה שמוצגת באיור 2, שבו שורה של כבלי SMA מנותבות מ RT לשלב הקר 0.3-K שבו המכשיר יהיה רכוב. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התקן נחושת (Cu) ו מוליכי ניוביום-טיטניום (NbTi) כבלים כפי שמוצג באיור 2 לספק אובדן מיקרוגל נמוך, בבמקרה של כבלי NbTi, מוליכות תרמית נמוכה. השתמשו בכבלי NbTi כשבר תרמית בין 2-K ושלבי 0.3-K. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הר טרנזיסטור ניידות קריוגני גבוהים אלקטרוני מגבר (HEMT) בשלב 2-K על שורת הפלט עבור הגברת רעש נמוך בלהקה של מכשיר המהוד ולהתקין סירקולטור. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכנס circulator קריוגני על שורת הפלט בכניסה אל המגבר הזה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הר המכשירים מהוד ארוז על סוגר ובריח לשלב קר 0.3-K. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חבר מחליש מיקרוגל בצד הקלט של החבילה לספק להפסקה מתאימה וחברו את כבלי SMA המתאימים לקלט מחליש זה ופלט חבילה. ודא כי הפסקות עכבה המבוקרות אלה הם מתאימים היטב והם קרוב ההתקן נבדק ככל האפשר - הם מגדירים את &quot;מטוס כיול מכשיר&quot; (ראה איור 2). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> סגור את cryostat. בצע הליך רגיל כדי לקרר את המכשירs ל 0.3 ק </li></ol> נוהל 4. מדידות מהוד מיקרוגל <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הגדר את VNA לסריקה רצועת תדרים רחב (10 מגה-הרץ - 8 גיגה-הרץ, עבור המכשיר נחשב כאן) בתדרים עיצוב המכשיר-תחת-מבחן. כוון את עוצמת הכח על VNA לרמות מתאימות המכשיר נבדק (~ -30 dBm, עבור המכשיר נחשב כאן). הערה: ודא שמפלס כוח קלט RF הוא נמוך מספיק כדי לא לחרוג נוכחי הקריטית של מהוד מיקרוגל מוליך feedline מוליכים. ודא שמפלס כוח הוא גבוה מספיק כדי לספק יחס אות לרעש מספיק. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כייל את כבלי RF גמישה בהתאם לנוהל השגרתי קצר פתוח טען-Thru (Solt), אם עוקבים אחרי ההוראות תוכנה VNA למצוא במדריך VNA. הכנס ב לקצר, פתוח, הסתיים thru סטנדרטים במוצא של כל אחת כבלי בעלי הגמישות, באיזו דרך מן מנתח רשת וקטור ואשר מאוחר יותר יחובר לכניסהשל cryostat למדידות. כיול זה מגדיר את &quot;מטוס מכשיר התייחסות&quot; (למשל, ראה איור 2). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בעקבות זאת כיול Solt, לאמת את הנאמנות של הכיול על ידי המאשר כי השידור, 21 S, עם הקו דרך אתר הקשור נמדד עם VNA, יש שגיאות שיורית נמוכות (כלומר, התגובה היא ב ~ 0 dB רמה ו- S 11 ו- S 22 הם נמוכים, למשל, ≤ -50 dB). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חבר את כבלי בעלי גמישות לקווי קלט ופלט של cryostat. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפעל למגבר המיקרוגל קריוגני על ידי יישום מתח הטיה DC נדרש כמפורט בתיעוד שסופק על-ידי החברה במשך למגבר המיקרוגל. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ראשית, להשלים סריקה wideband של VNA (10 מגה-הרץ - 8 גיגה-הרץ, עבור המכשיר נחשב כאן) כדי לבחון את מבנה הבסיס S 21 ו לחפש כל Q גבוהה חדה &lt;/ Em&gt; מבנים המעידים על תהודת מיקרוגל. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאחר מכן, לצמצם את טווח התדרים (כדי ~ 2 - 4 ג&#39;יגה-רץ, עבור המכשיר נחשב כאן) ולהתאים את מספר נקודות נתונים (~ 30,000 עבור המכשיר נחשב כאן) של VNA לסריקת להקת המהוד. השתמש תדרים רחבים מספיק כדי לספק אורך בסיס נאות בהתקף מאוחר יותר הבסיס הזה לבצע כיול in-situ (ראה דיון במבוא). הערה: בהתאם לרמת הרעש, להגדיל את מספר ממוצע, או לצמצם את רוחב הפס IF לשפר אות לרעש. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שמור סריקות נתוני VNA אלה של העברת נתונים המורכבים להגיש תביעה-מדידה פוסט כיול in-situ, וניתוח וסחיט גורמי איכות ותדרי תהודה. 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>

החוקרים מצהירים כי אין להם אינטרסים כלכליים מתחרים.

תהליך הייצור חד להעיף מספק אמצעי למימוש תהודה מוליכה משני צידי מצע Si 0.45 מיקרומטר יחיד גביש דק. אפשר להיות מוטיבציה להשתמש דיאלקטרי Si יחיד גביש כי יש לו יותר מאשר בסדר גודל ההפסד הנמוך מ דיאלקטריים שהופקדו (כגון Si 3 N 4) עם בסיפורי מעשיות הפסד בטווח 4.0-6.5 ג&#39;יג...

התקדמות מכשור אסטרופיסיקאליות לאחרונה הציגה תהודת מיקרוגל מוליכים לצורך זיהוי של אור אינפרא אדום 1 -. 4 מהוד מוליך יגיב לקרינה אינפרא אדום אנרגית E = HV&gt; 2Δ (כאשר h הוא, v הקבוע פלאנק הוא תדר קרינת Δ הוא אנרגית הפער המוליכה). כאשר המהוד הוא מקורר לטמפרטורה היטב מתחת לטמפרטורת המוליך הקריטית, קרינת האירוע הזה שובר זוגות קופר בהיקף המהוד ומייצרת את ריגושים קוואזי-חלקיק. הגידול בצפיפות של ריגושים קוואזי-חלקיק משנה את ההשראות הקינטית, וכך עכבת המשטח המורכבת של המוליך. בתגובה אופטית זה הוא ציין גם שינוי תדר התהודה לתדר נמוך וירידת גורם האיכות של המהוד. בתכנית לקריאה החוצה הקנונית עבור ומקןה מיקרוגלהשראות גלאי טיק (MKID), המהוד הוא מצמיד את feedline מיקרוגל אחד מפקח על השידור המורכב באמצעות feedline הזה צליל בתדר מיקרוגל יחיד על תהודה. כאן, התגובה האופטית הוא ציין כשינוי הוא האמפליטודה והפאזה של שידור 5 (איור 1). תוכניות ריבוב תדרים-תחום מסוגלים לקרוא את מערך של אלפי תהודה. 6-7 כדי לעצב בהצלחה וליישם-מהוד מוליך מבוססי מכשור, את המאפיינים של מבני התהודה האלה צריכים להיות מאופיינים בדייקנות וביעילות. לדוגמא, מדידות המדויקות של מאפייני הרעש, איכות גורמי Q, תדרי תהודה (כולל התלות בטמפרטורה שלהם) ואפיין תגובה אופטיים של תהודת מוליך הם רצויות בהקשר של פיזיקת תקן MKID, מחשוב קוונטים 8, 9 והקביעה נמוכה teחומרי mperature נכסים. 10 בכל המקרים הללו, מדידת פרמטרי פיזור שידור המורכב של המעגל היא רצויה. עבודה זו מתרכזת קביעת מקדם העברת הקומפלקס של המהוד, S 21, המשרעת והפאזה אשר ניתן למדוד עם מנתח רשת וקטור (VNA). באופן אידיאלי, מטוס התייחסות VNA (או יציאת בדיקה) יהיה מחובר ישירות למכשיר נבדק (DUT), אבל הגדרה קריוגני בדרך כלל מחייבת שימוש של מבני קו תמסורת נוספים לממש הפסקה תרמית בין RT (~ 300 K) ו בשלב קר (~ 0.3 K בעבודה זו, ראה איור יור 2). רכיבי מיקרוגל נוספים כגון מצמדים כיווניים, circulators, מבודד, מגברים, מנחתים, וכבלים מקשרים הקשורים עשויים להיות נחוצים כדי להכין כראוי, לרגש, הקריא והטיית המכשיר של עניין. המהירות הפאזה ומהירת ממדי רכיבים אלה משתנים כאשר קירור מחדר בקירור, ולכן הם משפיעים על התגובה שנצפתה מטוס כיול מכשיר. רכיבים להתערב אלה בין המכשיר לבין שפעת מטוס כיול מכשיר הרווח המורכב צריכים להיות היוו כראוי עבור בפרשנות של התגובה המדודה. 11 בתיאוריה, תוכנית נדרשת אשר מפרטת את המטוס התייחסות מדידה, זהה לזו המועסקים במהלך הכיול, על הנבדק. כדי להשיג יעד זה, אפשר למדוד את סטנדרטי הכיול מעל מגניבות ומורדות מרובות; עם זאת, זה מציב מגבלות על יציבות VNA ואת הדירות של המכשיר קריוגני, אשר קשה להשיג. כדי למתן את החששות האלה, אפשר למקם את הסטנדרטים הנדרשים בסביבת הבדיקה המקוררת ולעבור ביניהם. זהו, למשל, בדומה למה שנמצא בתחנות בדיקת מיקרוגל, שבו הסטנדרטים המדגמים וכיול הם מקוררים 4 K ידי זרימת הליום נוזלית רציפה או מערכת קירור סגור מחזור. 12 שיטה זו הודגמה בטמפרטורות תת-קלווין אבל דורשים מתג מיקרוגל צריכת חשמל נמוך, בעל ביצועים גבוהים ב מבחן להקה של עניין. 13 הליך כיול in-situ ולכן הוא רצוי המהווה את תגובת השידור אינסטרומנטלי בין מטוס התייחסות VNA ומטוס כיול מכשיר (איור יור 2) ו המתגבר על המגבלות של השיטות שתוארו לעיל. שיטת כיול קריוגני זה, הוצג ונדון בהרחבת Cataldo et al. 11, מאפשרת לאפיין תהודה מרובה על פני טווח תדרים רחב לעומת רוחב קו המהוד וריווח-מהוד היתר עם ​​דיוק של ~ 1%. מאמר זה יתמקד הפרטים של ייצור המדגם הכנהתהליכי aration, נהלי הגדרה ומדידת בדיקה ניסיוניים להשתמש בם כדי לאפיין תהודת מיקרוגל מוליכים בגיאומטריות קו מישוריים. 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

תהודת מיקרוגל מוליכים הן בעלי העניין עבור מגוון רחב של יישומים, כולל לשימושם גלאי השראות הקינטית מיקרוגל (MKIDs) לצורך זיהוי של חתימות אסטרופיסיקאליות קלושות, כמו גם עבור יישומי מחשוב קוונטים ואפיון חומרים. במאמר זה, נהלים מוצגים עבור הייצור והאפיון של תהודת מיקרוגל מוליך סרט דק. המתודולוגיה הייצור מאפשרת למימוש מוליכי תהודה-קו תמסורת עם תכונות משני הצדדים של דיאלקטרי סיליקון יחיד גביש חלקה אטומית. עבודה זו מתארת ​​את הליך ההתקנה של התקני מהוד לתוך testbed מיקרוגל קריוגני ועבור מגניבים למטה מתחת לטמפרטורת מעבר מוליך. הסט-אפ של testbed מיקרוגל קריוגני מאפשר לאדם לעשות מדידות זהירות של שידור המיקרוגל המורכב של מכשירי מהוד אלה, מה שמאפשר את המיצוי של properties של קווים מוליכי ואת מצע דיאלקטרי (למשל, גורמי איכות פנימיות, אובדן ושברי השראות קינטית), אשר חשובים בעיצוב ביצועי מכשיר.

התגובה של מהוד N חצי גל מו 2 (איור 5) מפוברק על דיאלקטרי סיליקון 0.45 מיקרומטר יחיד גביש היה תוקף עם מתודולוגיה זו. במקרה זה, צימוד מוליך גל coplanar Nb (CPW) feedline עבור לקריאה החוצה מושג באמצעות צימוד קיבולים באמצעות דיאלקטרי SiO 2 גמגום-שהופק?...

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

Fabrication and Characterization of Superconducting Resonators

תהודת מיקרוגל מוליכים הם עניין לגילוי ואפיון חומרי יישומי מחשוב אור, קוונטים. עבודה זו מציגה נוהל מפורט ייצור ואפיון פרמטרי פיזור מהוד מיקרוגל מוליכים.

ייצור ואפיון של מהודי מוליכים

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.  תהודת מיקרוגל מוליכים הם עניין לגילוי ואפיון חומרי יישומי מחשוב אור, קוונטים. עבודה זו מציגה נוהל מפורט ייצור ואפיון פרמטרי פיזור מהוד מיקרוגל מוליכים. 

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.

ייצור של אולטרה סיליקה Microresonators באיכות גבוהה פקטור

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).

ייצור ואפיון של מנחי גלים פוטוניים Crystal להאט את האור וחללים

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.

מיקרוגל Photonics מערכות המבוססות על מהודי לחישות-גלריה של מצב

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.

ייצור ובדיקה של מתנדים optomechanical Microfluidic

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).

המאולץ סטוקס Antistokes פיזור ראמאן ב Microspherical Whispering גלרית מצב מההודים

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.

המצאה של מהודי טבעת פיצול Nanopillar מבוסס על התזוזה נוכחית מתווכת רזוננסים ב Metamaterials Terahertz

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.

ייצור של פולימרים microspheres עבור מהוד אופטי ויישומי לייזר

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.

עיצוב, אפיון מתודולוגיה למסננים Tunable MEMS יעיל לטווח רחב

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.

מדידת תנודות קצב חזרה מהירה של גבישי סוליטון במיקרו-רזנטור

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;

הייצור של התקנים גל אקוסטי לפני השטח על ליתיום 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 ...