Gli autori ringraziano il dottor Matteo Galli, il dottor Simone L. Portalupi e Prof. Lucio C. Andreani presso l&#39;Università di Pavia per le discussioni utili relative alla tecnica RS e l&#39;esecuzione delle misure.

Disclaimer: Il protocollo che segue fornisce un flusso generale processo nei tecniche di fabbricazione e la caratterizzazione di guide d&#39;onda a cristallo fotonico e cavità. Il flusso di processo è ottimizzato per le apparecchiature specifiche disponibili nel nostro laboratorio, e dei parametri può essere diverso se altri reagenti o attrezzature viene utilizzato. 1. Preparazione del campione <ol><li> Spaccatrici campione - prendere il silicio su isolante (SOI) wafer e utilizzare uno scriba diamante graffiare una linea di circa 1-2 mm dal bordo della superficie di silicio, assicurando che il graffio si estende oltre il bordo del wafer. Allineare il graffio di un bordo diritto (ad esempio quello di un vetrino da microscopio) e applicare una pressione positiva di entrambi i lati del graffio: il wafer si atterranno lungo il piano di cristallo nella posizione zero. Ripetere questa procedura per definire l&#39;intero chip. </li><li> Esempio di pulizia - Trasferire il campione in acetone ATTENZIONE con una pinzetta unnd pulire in un bagno ad ultrasuoni per 1-2 min. Togliere il campione dal acetone, sciacquare qualsiasi acetone residuo dal campione utilizzando ATTENZIONE isopropanolo (30 sec) (sia acetone e isopropanolo sono infiammabili: usare una buona ventilazione ed evitare tutte le fonti di accensione). Asciugare l&#39;esempio utilizzando una pistola pulita azoto secco. </li><li> Spin resistere - posizionare il campione attraverso la spin-verniciatore. Pipettare sensibile elettrone resistere ATTENZIONE ZEP520A (ZEP520A è infiammabile, nocivo per inalazione e contatto con la pelle e gli occhi deve essere evitato) sul campione - uso abbastanza resistere per coprire completamente il campione senza il resist che scorre oltre il bordo. Centrifugare il campione in modo da dare un ca. 350 nm di spessore pellicola e cuocere su una piastra riscaldante a 180 ° C per 10 min. Abbiamo trovato questo spessore sia lo spessore ottimale che bilancia risoluzione e resistenza etch (vedi dopo). </li></ol> 2. Modello Definizione <ol><li> Design - utilizzando il software appropriato, simulare il modello richiesto cristallo fotonico. A insensibileer di pacchetti software utili sono disponibili, inclusi ma non limitati a: MIT Bande fotoniche (MPB), Fullwave (Rsoft), MIT Propagazione equazione elettromagnetica (MEEP). </li><li> Generazione di un modello - la creazione dei file di esposizione (formato GDS in generale) e l&#39;errore di prossimità corretto utilizzando il programma adatto 30. </li><li> Modelli d&#39;esposizione - caricare il campione nella camera del sistema di litografia a fascio di elettroni (LEO 1530 / Raith Elphy) di gas e liquidi. Una volta vuoto è stato raggiunto, accendere l&#39;alimentazione EHT e impostare a 30 kV. Lasciare il sistema in questo stato per 1 ora per permettere al campione, fase e camera a raggiungere una temperatura di equilibrio. Set-up l&#39;esposizione come indicato nel manuale utente del proprio specifico sistema di litografia a fascio elettronico. Esporre il campione utilizzando una dimensione appropriata passo base (ad esempio 2 nm) (essendo questa la dimensione del pixel minimo che il sistema può esporre), un tempo di assestamento di almeno 1 ms (questo è il tempo di attesa del sistema tra muovere la trave ed esponendola particolare porzione del pattern), e una dose superficie di 55 μAcm -2. </li><li> Sviluppo del campione - con Xilene ATTENZIONE (xilene è sia il lavoro infiammabile e altamente tossico in un luogo ben ventilato, lontano da fonti di calore ed evitare il contatto con la pelle e gli occhi) ad una temperatura di 23 ° C lo sviluppo del campione per 45 sec. Sciacquare in isopropanolo. </li></ol> 3. Patten Transfer <ol><li> RIE Pulizia Camera - Impostare le portate di argon e idrogeno a 200 sccm. Throttle giù la pompa, tramite una valvola a farfalla, per raggiungere la pressione della camera di 1 × 10 -1 mBar. Impostare la potenza RF di 100 W, accendere il plasma e correre per almeno 10 minuti - una polarizzazione CC di circa 700 V deve essere osservata. Dopo aver spento l&#39;Ar / H 2 plasma, permettono la camera di pompare per circa 1 min. Impostare la portata di ossigeno nella camera a 200 sccm e di nuovo gas la pressione della camera a 1 × 10 -1 mBar. Innescare un plasma secondodi ossigeno con una potenza di 100 W e correre per 5 min. Dopo queste procedure, la camera sarà privo di contaminanti, come residui di polimero, da qualsiasi precedente etch secca. Abbiamo eseguire questa procedura prima di ogni cambiamento di ricetta etch per garantire la massima ripetibilità. Questa procedura è ottimizzata per il nostro sistema che consiste di una piastra parallela, catodo caricato, RIE, con una camera principale 12 pollici di diametro di 14 pollici di altezza, tra cui una porta 12 pollici sia con valvola di regolazione e pompa turbomolecolare allegata. </li><li> Acquaforte cristallo fotonico - caricare il campione nella camera di RIE principale e pompare il sistema fino ad una pressione di sfondo &lt;3 × 10 -6 mbar per garantire la camera sia libera di vapore acqueo. Iniziare la etch dal pre-condizionamento la camera con i gas di etching (ossia CHF 3 e SF 6): impostare la portata di gas sia a 100 sccm (cioè impostare un rapporto di gas 1:1) e l&#39;utilizzo della farfalla portare la camera di pressione di 5 × 10 <sup&gt; -2 mBar; permettere ai gas di fluire per almeno 10 min. Dopo il pre-condizionamento, impostare la potenza RF di circa 20 W e accendere un plasma, etch il campione per circa 2 minuti (la velocità di incisione del silicio per questi parametri etch è di circa 150 nm / min), garantendo al contempo che una pressione della camera di 5 × 10 -2 mbar viene mantenuto. Un bias DC tra 200-220 V deve essere conseguito per tutto il periodo incisione. </li><li> Esempio di pulizia per eliminare gli elettroni sensibile resistere - dopo incisione a secco, pulire il campione da risciacquo in ATTENZIONE Remover 1165 (1165 è infiammabile e può causare irritazione agli occhi, naso e delle vie respiratorie) con agitazione ad ultrasuoni per 1-2 minuti, seguito da acetone e isopropanolo come descritto sopra (passo 1.2). </li><li> Isolamento membrana - spin-coat il campione con raggi UV foto sensibile resistere ATTENZIONE Microposit S1818 G2 (S1818 G2 è sia infiammabile e provoca irritazione agli occhi, naso e delle vie respiratorie) (vedi punto 1.3). Utilizzando un STANZIAMENe fotomaschera, definire finestre entro il resist sopra i modelli cristallo fotonico utilizzando l&#39;allineatore maschera UV. Esporre il campione per circa 30-45 secondi. Sviluppare il resistere in ATTENZIONE Microposit Developer MF-319 (MF-319 è un liquido alcalino e può causare irritazione agli occhi, naso e delle vie respiratorie) per 30-45 secondi, poi risciacquo in acqua deionizzata. Preparare un bicchiere di plastica con una miscela di acido fluoridrico ATTENZIONE 01:05 (1,1499 g / ml 48-51% HF) (HF è altamente corrosivo e distrugge facilmente il tessuto, durante la manipolazione utilizzare dispositivi di protezione individuale completo nominale per HF) a deionizzata acqua. Notare che per motivi di sicurezza solo bicchieri di plastica e pinzette deve essere usato con acido fluoridrico. Immergere il campione nella miscela di acido fluoridrico per 15 min. Dopo l&#39;attacco, lavare il campione accuratamente con acqua deionizzata. Rimuovere il restante fotoresist usando acetone e isopropanolo (vedi passo 1.2) - da questa fase in poi agitazione ultrasonica non può essere utilizzato. Per garantire il campioneè il più pulito possibile, seguire l&#39;acetone e lavare isopropanolo con un risciacquo in soluzione ATTENZIONE Piranha (Piranha soluzione è molto energica, esplosiva e attacca materiali organici, durante la manipolazione utilizzare dispositivi di protezione individuale completo) (3:1 acido solforico ATTENZIONE (solforico L&#39;acido è corrosivo e molto tossico, durante la manipolazione usare dispositivi di protezione ed evitare l&#39;inalazione di vapori o di nebbie) a ATTENZIONE acqua ossigenata (perossido di idrogeno è molto pericoloso in caso di contatto con la pelle e con gli occhi, durante la manipolazione utilizzare dispositivi di protezione individuale)) per 5 min , quindi risciacquare il campione in acqua deionizzata, acetone e isopropanolo. Notare che per motivi di sicurezza solo beaker di vetro e pinzette metalliche devono essere utilizzati con la soluzione Piranha. Come soluzione Piranha può esplodere in contatto con acetone o isopropanolo, esso deve essere maneggiato lontano da questi reagenti. </li><li> Spaccatrici Facet - se la preparazione di un cristallo fotonico lento-guida d&#39;onda della luce, il campione richiede attaccamento sfaccettatura. Cleave la sample seguendo la stessa procedura descritta al punto 1.1, tranne che un piccolo graffio possibile deve essere usato. Un chip SOI con ~ 700 micron di spessore del substrato può essere attendibilmente scisso fino a 4-5 mm di lunghezza campioni. </li></ol> 4. Cristallo fotonico Slow-guida d&#39;onda della luce Caratterizzazione <ol><li> Preparazione preliminare del setup - collegare l&#39;uscita di una banda larga ATTENZIONE emissione spontanea amplificata (ASE) sorgente di luce (invisibile radiazione infrarossa: evitare inutili potenze elevate, coprire percorso del raggio se possibile) per uno splitter in fibra di 3 dB e utilizzare ciascuna delle uscite per Coppia luce nelle due braccia di un free-space Mach-Zehnder interferometeter (MZI), come mostrato in Figura 9. Utilizzare lenti asferiche per collimare la luce emessa dalle fibre. In uno dei bracci dell&#39;interferometro, utilizzare due lenti asferiche aggiuntive per accoppiare il fascio di luce in e fuori del chip campione. Inserire un divisore di fascio di polarizzazione (PBS) nel braccio del campione di TE-polarizzare la light inserendo il campione. Utilizzare lenti asferiche per accoppiare i raggi in uscita collimati da entrambe le braccia indietro in un secondo divisore a fibre 3 dB, dove si ricombinano. Collegare una delle uscite di un rilevatore di infrarossi e utilizzare la lettura del rivelatore per massimizzare l&#39;accoppiamento della luce nel campione, collegare l&#39;altra uscita di un analizzatore di spettro ottico (OSA). I due bracci del MZI dovrebbero avere approssimativamente la stessa lunghezza ottico quando in presenza del campione: assicurarsi che le fibre nei due bracci del MZI hanno la stessa lunghezza nominale e comprendono una fase sintonizzabile ritardo nel braccio di riferimento per consentire per la regolazione fine della sua lunghezza. Nel braccio di esempio, montare le lenti asferiche sulla precisione xyz fasi per ottenere il migliore accoppiamento nel campione. </li><li> Regolare la lunghezza del braccio di riferimento - coppia il fascio di luce in un vuoto (cioè senza cristallo fotonico) guida d&#39;onda cresta (dello stesso tipo come guide d&#39;onda di accesso che la luce di alimentazione all&#39;interno dei cristalli fotonici) wiassottigliare stesso chip nel braccio del campione. Eseguire una scansione continua sulla OSA e osservare gli spettri di misura lunghezza d&#39;onda. Se i due bracci della MZI hanno approssimativamente la stessa lunghezza ottica, le frange spettri presentano a causa di interferenza costruttiva e distruttiva; queste frange non apparirà se le braccia del MZI hanno lunghezze ottiche molto diverse (&gt; ~ cm). La spaziatura frangia è inversamente proporzionale alla differenza di lunghezza del percorso ottico tra i due bracci. Spostare la fase di ritardo per fare riferimento al braccio più corto e osservare le frange del OSA: se diventano più densa (rade), il braccio di riferimento è minore (più) rispetto al braccio del campione. Impostare la fase di ritardo per assicurarsi che il braccio di riferimento è minore del braccio del campione e risultati in una spaziatura frangia di circa 5 a 10 frange in un intervallo di lunghezze d&#39;onda 10 nm (Figura 10a). Infine, eseguire questa ottimizzazione sul dispositivo che fornisce il ritardo massimo e quindi mantenere il ritardo fissato per tutta la misurazionedell&#39;intero campione. </li><li> Eseguire la calibrazione - mentre ancora allineata sulla guida d&#39;onda vuota, eseguire tre scansioni sul OSA: una scansione per lo spettro interferenza e una scansione per ciascuno dei due bracci separatamente (ottenuto bloccando l&#39;altro braccio). Utilizzare una risoluzione di 0,05-0,1 nm. Registrare ogni spettro misurato. </li><li> Lenta acquisizione della luce dei dati - eseguire e registrare tre spettri, come al punto 4.3 per ogni guida d&#39;onda a cristallo fotonico sul chip. </li><li> Analisi di Fourier dei dati - lo spettro di interferenza (interferogramma) I (ω) è matematicamente espresso da: I (ω) = S (ω) + R (ω) + sqrt [S (ω) R (ω)] {exp [iΦ (ω) - iωτ]} + cc, dove S (ω) e R (ω) sono le densità spettrali misurate separatamente dal campione e bracci di riferimento, rispettivamente. Il ritardo τ è impostato dalla posizione dello stadio di ritardo nel braccio di riferimento. Le informazioni sulla dispersione della guida d&#39;onda a cristallo fotonico è contenuto nella fasetermine, che si deve estrarre dai dati misurati. Sottrarre la non-interferenza sfondo S (ω) + R (ω) dal interferogramma per isolare solo il termine interferente. Calcolare la trasformata di Fourier del termine interferenti: il termine sqrt (SR) exp [i (Φ-ωτ)] e il suo complesso coniugato corrispondono ai picchi centrati in t = τ e t =-τ, rispettivamente. Filtrare numericamente uno dei due termini e trasformare nuovamente al dominio di frequenza. Differenziare la fase Φ (ω) - ωτ dei dati risultanti rispetto a ω ottenere Δτ g, la differenza di ritardo di gruppo tra i due bracci. Il gruppo indice n g = c / v g, con v g la velocità di gruppo, è data da: n = g (Δτ g PhC - Δτ g cal) c / L + n cal, dove Δτ g cal è ottenuto dai dati di taratura adottate from la guida d&#39;onda vuota, L è la lunghezza della guida d&#39;onda a cristallo fotonico e cal n = 2,7 è l&#39;indice effettivo della guida d&#39;onda cresta di riferimento. Il contributo al ritardo da vari elementi ottici della configurazione viene presa in considerazione la corsa di taratura, ed è quindi sottratto in questa fase. </li></ol><ol start="6"><li> Curva di trasmissione - calcolare la curva di trasmissione normalizzando il spettro del campione di una guida d&#39;onda a cristallo fotonico a quella della guida d&#39;onda vuota. </li></ol> 5. Cristallo fotonico Caratterizzazione cavità <ol><li> Setup - preparazione della configurazione (Figura 14) per RS comprende: commutazione dell&#39;elemento sostituibile per il divisore di fascio polarizzante, inserendo un polarizzatore nel braccio di ingresso e un analizzatore del braccio di uscita; capovolgere uno specchio nel braccio tastatore per consentire l&#39;uso di una sorgente di infrarosso vicino, permettono l&#39;illuminazione del campione. Montare il campione verticalmente con un orientamento di 45 ° rispetto all&#39;assedel polarizzatore (Figura 18) su un differenziale guidato xyz micro-blocco e regolare il micro-blocco in modo che il campione è a fuoco e una cavità può essere visto con la telecamera, come in Figura 15 (a sinistra). Utilizzando una emissione spontanea amplificata (ASE) fonte, allineare il fascio al centro della cavità Figura 15 (a destra). Capovolgere via la specchietto per l&#39;illuminazione e mettere il braccio di uscita per accedere al spettrometro (monocromatore con rivelatore a serie di allegato). Avviare una scansione con un ampio bassa a moderata risoluzione per identificare i picchi cavità. Ottenere la lunghezza d&#39;onda grossolana della risonanza nella scansione ASE (Figura 16a) con una precisione di 1 nm. È anche possibile acquisire la scansione ampia con una sorgente laser sintonizzabile ATTENZIONE (TLS) (Figura 16b) (invisibile radiazione IR: evitare inutili potenze elevate, coprire percorso ottico se possibile). Si deve fare attenzione che la risoluzione è impostata sul valore più alto, al fine diassaggiare le line-larghezza di ogni picco. </li><li> Eseguire scansioni ad alta risoluzione sui picchi identificati - collegare i TLS al braccio di ingresso e attenuare il fascio ad un livello mW. Preparati per la scansione ad alta risoluzione, consentendo il braccio di uscita da raccogliere dal fotorivelatore e l&#39;istituzione di una scansione continua scansione con una risoluzione di 1 pm per un campo 2 nm centrata alla lunghezza d&#39;onda di risonanza precedentemente trovato. L&#39;importanza di questa fase è quello di migliorare il rapporto segnale-rumore (SNR), con l&#39;obiettivo di ottenere una linea Lorentziana forma di risonanza: modificare la posizione xyz del micro-blocco ed eseguire la scansione fino a che il SNR è massimizzato e la linea-forma è simile a quella di un Lorentzian, come mostrato nella sezione risultato rappresentativo. </li></ol>

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Express. 17 (25), 22505-22513 (2009).</li><li>Nozaki, K., Tanabe, T., 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=Sub-femtojoule+all-optical+switching+using+a+photonic-crystal+nanocavity.">Sub-femtojoule all-optical switching using a photonic-crystal nanocavity.</a> Nature Photon. 4, 477-483 (2010).</li><li>Notomi, M., Yamada, K., Shinya, A., Takahashi, J., Takahashi, C., Yokohama, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Extremely+large+group-velocity+dispersion+of+line-defect+waveguides+in+photonic+crystal+slabs.">Extremely large group-velocity dispersion of line-defect waveguides in photonic crystal slabs.</a> Phys. Rev. Lett. 87 (25), 253902 (2001).</li><li>Labilloy, D., Benisty, H., Weisbuch, C., Smith, C. J. M., Krauss, T. 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>

Nessun conflitto di interessi dichiarati.

Esempio di fabbricazione La scelta del fascio elettronico resist (cioè ZEP 520A) è dovuta alla sua risoluzione simultaneamente e resistenza etch. Crediamo che ZEP 520A può essere influenzata dalla luce UV emessa da fonti di luce di laboratorio generali, in quanto tale, si consiglia di posizionare spin-rivestite campioni in contenitori opachi UV mentre li spostano da un laboratorio ad un altro. Passando definizione del modello cristallo fotonico, prima di...

<table><tbody><tr><td>Acetone</td><td>Fisher Scientific</td><td>A/0520/17</td><td>&lt;strong&gt;CAUTION: flammable, use good ventilation and avoid all ignition sources.&lt;/strong&gt;</td></tr><tr><td>Isopropanol</td><td>Fisher Scientific</td><td>P/7500/15</td><td>&lt;strong&gt;CAUTION: flammable, use good ventilation and avoid all ignition sources.&lt;/strong&gt;</td></tr><tr><td>Electron Beam resist</td><td>Marubeni Europe plc.</td><td>ZEP520A</td><td>&lt;strong&gt;CAUTION: flammable, harmful by inhalation, avoid contact with skin and eyes.&lt;/strong&gt;</td></tr><tr><td>Xylene</td><td>Fisher Scientific</td><td>X/0100/17</td><td>&lt;strong&gt;CAUTION: flammable and highly toxic, use good ventilation, avoid all ignition sources, avoid contact with skin and eyes.&lt;/strong&gt;</td></tr><tr><td>Microposit S1818 G2</td><td>Chestech Ltd.</td><td>10277866</td><td>&lt;strong&gt;CAUTION: flammable and causes irritation to eyes, nose and respiratory tract.&lt;/strong&gt;</td></tr><tr><td>Microposit Developer MF-319</td><td>Chestech Ltd.</td><td>10058721</td><td>&lt;strong&gt;CAUTION: alkaline liquid and can cause irritation to eyes, nose and respiratory tract.&lt;/strong&gt;</td></tr><tr><td>Hydrofluoric Acid</td><td>Fisher Scientific</td><td>22333-5000</td><td>&lt;strong&gt;CAUTION: extremely corrosive, readily destroys tissue; handle with full personal protective equipment rated for HF.&lt;/strong&gt;</td></tr><tr><td>Microposit 1165 Remover</td><td>Chestech Ltd.</td><td>10058734</td><td>&lt;strong&gt;CAUTION: flammable and causes irritation to eyes, nose and respiratory tract.&lt;/strong&gt;</td></tr><tr><td>Sulphuric Acid</td><td>Fisher Scientific</td><td>S/9120/PB17</td><td>&lt;strong&gt;CAUTION: corrosive and very toxic; handle with personal protective equipment and avoid inhalation of vapours or mists.&lt;/strong&gt;</td></tr><tr><td>Hydrogen Peroxide</td><td>Fisher Scientific</td><td>BPE2633-500</td><td>&lt;strong&gt;CAUTION: very hazardous in case of skin and eye contact; handle with personal protective equipment.&lt;/strong&gt;</td></tr><tr><td colspan="4">&lt;strong&gt;Equipment&lt;/strong&gt;</td></tr><tr><td>Silicon-on-Insulator wafer</td><td>Soitec</td><td>G8P-110-01</td><td></td></tr><tr><td>Diamond Scribe</td><td>J M Diamond Tool Inc.</td><td>HS-415</td><td></td></tr><tr><td>Microscope slides</td><td>Fisher Scientific</td><td>FB58622</td><td></td></tr><tr><td>Beakers</td><td>Fisher Scientific</td><td>FB33109</td><td></td></tr><tr><td>Tweezers</td><td>SPI Supplies</td><td>PT006-AB</td><td></td></tr><tr><td>Ultrasonic Bath</td><td>Camlab</td><td>1161436</td><td></td></tr><tr><td>Spin-Coater</td><td>Electronic Micro Systems Ltd.</td><td>EMS 4000</td><td></td></tr><tr><td>Pipette</td><td>Fisher Scientific</td><td>FB55343</td><td></td></tr><tr><td>E-beam Lithography System</td><td>Raith Gmbh</td><td>Raith 150</td><td></td></tr><tr><td>Reactive Ion Etching System</td><td>Proprietary In-house Designed</td><td>--</td><td></td></tr><tr><td>UV Mask Aligner</td><td>Karl Suss</td><td>MJB-3</td><td></td></tr><tr><td>ASE source</td><td>Amonics</td><td>ALS-CL-15-B-FA</td><td>&lt;strong&gt;CAUTION: invisible IR radiation.&lt;/strong&gt;</td></tr><tr><td>Single mode fibers</td><td>Thorlabs</td><td>P1-SMF28E-FC-2</td><td></td></tr><tr><td>3 dB fiber splitters</td><td>Thorlabs</td><td>C-WD-AL-50-H-2210-35-FC/FC</td><td></td></tr><tr><td>Aspheric lenses</td><td>New Focus</td><td>5720-C</td><td></td></tr><tr><td>XYZ stages</td><td>Melles Griot</td><td>17AMB003/MD</td><td></td></tr><tr><td>Polarizing beamsplitter cube</td><td>Thorlabs</td><td>PBS104</td><td></td></tr><tr><td>IR detector</td><td>New Focus</td><td>2033</td><td></td></tr><tr><td>100&amp;#215; Objective</td><td>Nikon</td><td>BD Plan 100x</td><td></td></tr><tr><td>Oscilloscope</td><td>Tektronix</td><td>TDS1001B</td><td></td></tr><tr><td>Optical Spectrum Analyzer</td><td>Advantest</td><td>Q8384</td><td></td></tr><tr><td>IR sensor card</td><td>Newport</td><td>F-IRC2</td><td></td></tr><tr><td>TLS source</td><td>Agilent</td><td>81940A</td><td>&lt;strong&gt;CAUTION: invisible IR radiation.&lt;/strong&gt;</td></tr><tr><td>IR Camera</td><td>Electrophysics</td><td>7290A</td><td></td></tr><tr><td>IR Detector</td><td>New Focus</td><td>2153</td><td></td></tr><tr><td>Digital Multimeter</td><td>Agilent</td><td>34401A</td><td></td></tr><tr><td>Illumination</td><td>Stocker Yale</td><td>Lite Mite</td><td></td></tr><tr><td>Monochromator</td><td>Spectral Products</td><td>DK480</td><td></td></tr><tr><td>Array Detector</td><td>Andor</td><td>DU490A-1.7</td><td></td></tr><tr><td>GIF Fiber</td><td>Thorlabs</td><td>31L02</td><td></td></tr></tbody></table>

fabrication and characterization of photonic crystal slow light waveguides and cavities

Luce lenta è stato uno dei temi caldi della comunità fotonica negli ultimi dieci anni, generando un grande interesse sia da un punto di vista fondamentale e per il suo notevole potenziale per le applicazioni pratiche. Lenti guide d&#39;onda a cristallo fotonico di luce, in particolare, hanno svolto un ruolo importante e sono stati impiegati con successo per ritardare segnali ottici 1-4 e la valorizzazione di entrambi i dispositivi lineari e non lineari 5-7. 8-11 Cavità a cristallo fotonico ottenere effetti simili a quello di guide d&#39;onda luce lenta, ma su una ridotta larghezza di banda. Queste cavità offrono elevato rapporto Q-factor/volume, per la realizzazione di otticamente 12 e 13 elettricamente pompato ultra-bassa soglia laser e la valorizzazione di effetti non lineari. 14-16 Inoltre, filtri passivi 17 e modulatori 18-19 sono stati dimostrati, esibendo ultra-sottile linea di larghezza, alta free-spettrale rvalori ange e registrazione di basso consumo energetico. Per raggiungere questi risultati entusiasmanti, un protocollo robusto fabbricazione ripetibile deve essere sviluppata. In questo lavoro si prende un approfondito sguardo al nostro protocollo di produzione che impiega litografia a fascio elettronico per la definizione di modelli di cristalli fotonici e utilizza tecniche di incisione umido e secco. I nostri risultati ottimizzati fabbricazione ricetta in cristalli fotonici che non soffrono di asimmetria verticale e presentano ottime bordo muro rugosità. Discutiamo i risultati variando i parametri calcografici e gli effetti negativi che possono avere su un dispositivo, portando ad un percorso diagnostico che può essere preso per identificare ed eliminare problemi simili. La chiave per valutare guide d&#39;onda luce lenta è la caratterizzazione passiva di trasmissione e indice spettri gruppo. Vari metodi sono stati segnalati, in particolare risolvendo i Fabry-Perot frange dello spettro di trasmissione di 20-21tecniche interferometriche d. 22-25 Qui, descriviamo una diretta, tecnica di misurazione a banda larga che combina interferometria spettrale con l&#39;analisi della trasformata di Fourier. 26 Il nostro metodo si distingue per la sua semplicità e potenza, come si può caratterizzare un cristallo fotonico nuda con guide d&#39;onda di accesso, senza bisogno di on-chip per componenti di interferenza, e la configurazione consiste solo di un interferometro di Mach-Zehnder, senza necessità di parti in movimento e scansioni di ritardo. Quando caratterizzanti cavità a cristallo fotonico, tecniche concernenti sorgenti interne 21 o guide d&#39;onda esterne direttamente accoppiati alla cavità 27 impatto sulle prestazioni della cavità stessa, distorcendo così la misura. Qui, si descrive una tecnica innovativa e non invasiva che fa uso di una doppia polarizzazione fascio sonda ed è noto come diffusione risonante (RS), dove la sonda è accoppiata fuori piano nella cavità attraverso un obiettivo. La tecnica è stata la prima dimostrazioneta da McCutcheon et al. 28 e ulteriormente sviluppato da 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

L&#39;uso di guide d&#39;onda fotoniche di cristallo di luce lenta e cavità è stato ampiamente adottato dalla comunità fotonica in molte applicazioni differenti. Pertanto fabbricazione e caratterizzazione di questi dispositivi sono di grande interesse. Il presente documento delinea la nostra tecnica di fabbricazione e di due metodi di caratterizzazione ottica, vale a dire: diffusione interferometrica (guide d&#39;onda) e risonante (cavità).

Fabbricazione e caratterizzazione di guide d&#39;onda fotoniche di cristallo di luce lenta e cavità

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 ...

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Research

JoVE Journal

Engineering

18.8K Views.  University of St Andrews. L'uso di guide d'onda fotoniche di cristallo di luce lenta e cavità è stato ampiamente adottato dalla comunità fotonica in molte applicazioni differenti. Pertanto fabbricazione e caratterizzazione di questi dispositivi sono di grande interesse. Il presente documento delinea la nostra tecnica di fabbricazione e di due metodi di caratterizzazione ottica, vale a dire: diffusione interferometrica (guide d'onda) e risonante (cavità).

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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.

Fabbricazione di Microrisonatori silice Ultra High Quality Factor

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

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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.

Microonde Photonics sistemi basati su risonatori-galleria-mode Whispering

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

Quasi-light Storage for Optical Data Packets

Today's telecommunication is based on optical packets which transmit the information in optical fiber networks around the world. Currently, the processing of the signals is done in the electrical domain. Direct storage in the optical domain would avoid the transfer of the packets to the electrical and back to the optical domain in every network node and, therefore, increase the speed and possibly reduce the energy consumption of telecommunications. However, light consists of photons which propagate with the speed of light in vacuum. Thus, the storage of light is a big challenge. There exist some methods to slow down the speed of the light, or to store it in excitations of a medium. However, these methods cannot be used for the storage of optical data packets used in telecommunications networks. Here we show how the time-frequency-coherence, which holds for every signal and therefore for optical packets as well, can be exploited to build an optical memory. We will review the background and show in detail and through examples, how a frequency comb can be used for the copying of an optical packet which enters the memory. One of these time domain copies is then extracted from the memory by a time domain switch. We will show this method for intensity as well as for phase modulated signals.

The article describes a procedure to store optical data packets with an arbitrary modulation, wavelength, and data rate. These packets are the basis of modern telecommunications.

Stoccaggio Quasi-luce per ottiche pacchetti di dati

Today's telecommunication is based on optical packets which transmit the information in optical fiber networks around the world. Currently, the processing ...

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.

Fabbricazione e caratterizzazione di polimeri disordinati fibre ottiche per la Trasversale localizzazione di Anderson di Luce

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

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.

Fabbricazione e la sperimentazione di microfluidici optomechanical Oscillatori

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

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.

Utilizzo di microonde e campioni macroscopici di dielettrici solidi per studiare le proprietà fotoniche di Disordine Photonic Materials Bandgap

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

Fabrication of 1-D Photonic Crystal Cavity on a Nanofiber Using Femtosecond Laser-induced Ablation

We present a protocol for fabricating 1-D Photonic Crystal (PhC) cavities on subwavelength-diameter tapered optical fibers, optical nanofibers, using femtosecond laser-induced ablation. We show that thousands of periodic nano-craters are fabricated on an optical nanofiber by irradiating with just a single femtosecond laser pulse. For a typical sample, periodic nano-craters with a period of 350 nm and with diameter gradually varying from 50 - 250 nm over a length of 1 mm are fabricated on a nanofiber with diameter around 450 - 550 nm. A key aspect of such a nanofabrication is that the nanofiber itself acts as a cylindrical lens and focuses the femtosecond laser beam on its shadow surface. Moreover, the single-shot fabrication makes it immune to mechanical instabilities and other fabrication imperfections. Such periodic nano-craters on nanofiber, act as a 1-D PhC and enable strong and broadband reflection while maintaining the high transmission out of the stopband. We also present a method to control the profile of the nano-crater array to fabricate apodized and defect-induced PhC cavities on the nanofiber. The strong confinement of the field, both transverse and longitudinal, in the nanofiber-based PhC cavities and the efficient integration to the fiber networks, may open new possibilities for nanophotonic applications and quantum information science.

We present a protocol for fabricating 1-D photonic crystal cavities on subwavelength diameter silica fibers (optical nanofibers) using femtosecond laser-induced ablation.

Fabbricazione di 1-D Photonic cristallo cavità su una nanofibre Utilizzando ablazione laser a femtosecondi-indotta

We present a protocol for fabricating 1-D Photonic Crystal (PhC) cavities on subwavelength-diameter tapered optical fibers, optical nanofibers, using ...

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.

Fabbricazione di microsfere di polimeri per risonatore ottico e applicazioni laser

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

Spectral and Angle-Resolved Magneto-Optical Characterization of Photonic Nanostructures

Photonic crystals are periodic nanostructures that can support a variety of confined electromagnetic modes. Such confined modes are usually accompanied by local enhancement of electric field intensity that strengthens light-matter interactions, enabling applications such as surface-enhanced Raman scattering (SERS) and surface plasmon enhanced sensing. In the presence of magneto-optically active materials, the local field enhancement gives rise to anomalous magneto-optical activity. Typically, the confined modes of a given photonic crystal depend strongly on the wavelength and incidence angle of the incident electromagnetic radiation. Thus, spectral and angular-resolved measurements are needed to fully identify them as well as to establish their relationship with the magneto-optical activity of the crystal. In this article, we describe how to use a Fourier-plane (back focal plane) microscope to characterize magneto-optically active samples. As a model system, here we use a plasmonic grating built out of magneto-optically active Au/Co/Au multilayer. In the experiments, we apply a magnetic field on the grating in situ and measure its reciprocal space response, obtaining the magneto-optical response of the grating over a range of wavelengths and incident angles. This information enables us to build a complete map of the plasmonic band structure of the grating and the angle and wavelength dependent magneto-optical activity. These two images allow us to pinpoint the effect that the plasmon resonances have on the magneto-optical response of the grating. The relatively small magnitude of magneto-optical effects requires a careful treatment of the acquired optical signals. To this end, an image processing protocol for obtaining magneto-optical response from the acquired raw data is laid out.

Photonic band structure enables understanding how confined electromagnetic modes propagate within a photonic crystal. In photonic crystals that incorporate magnetic elements, such confined and resonant optical modes are accompanied by enhanced and modified magneto-optical activity. We describe a measurement procedure to extract the magneto-optical band structure by Fourier space microscopy.

Caratterizzazione magneto-ottica spectrale e sistemata con angolo di nanostrutture fotoniche

Photonic crystals are periodic nanostructures that can support a variety of confined electromagnetic modes. Such confined modes are usually accompanied by ...

Fabrication and Characterization of Optical Tissue Phantoms Containing Macrostructure

The rapid development of new optical imaging techniques is dependent on the availability of low-cost, customizable, and easily reproducible standards. By replicating the imaging environment, costly animal experiments to validate a technique may be circumvented. Predicting and optimizing the performance of in vivo and ex vivo imaging techniques requires testing on samples that are optically similar to tissues of interest. Tissue-mimicking optical phantoms provide a standard for evaluation, characterization, or calibration of an optical system. Homogenous polymer optical tissue phantoms are widely used to mimic the optical properties of a specific tissue type within a narrow spectral range. Layered tissues, such as the epidermis and dermis, can be mimicked by simply stacking these homogenous slab phantoms. However, many in vivo imaging techniques are applied to more spatially complex tissue where three dimensional structures, such as blood vessels, airways, or tissue defects, can affect the performance of the imaging system. 
This protocol describes the fabrication of a tissue-mimicking phantom that incorporates three-dimensional structural complexity using material with optical properties of tissue. Look-up tables provide India ink and titanium dioxide recipes for optical absorption and scattering targets. Methods to characterize and tune the material optical properties are described. The phantom fabrication detailed in this article has an internal branching mock airway void; however, the technique can be broadly applied to other tissue or organ structures.

Optical tissue phantoms are essential tools for calibration and characterization of optical imaging systems and validation of theoretical models. This article details a method for phantom fabrication that includes replication of tissue optical properties and three-dimensional tissue structure.

Fabbricazione e caratterizzazione dei fantasmi di tessuto ottico contenente macrostruttura

The rapid development of new optical imaging techniques is dependent on the availability of low-cost, customizable, and easily reproducible standards. By ...

Fabbricazione e caratterizzazione di guide d'onda fotoniche di cristallo di luce lenta e cavità

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