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

저자는 미국 항공 우주국 (NASA)의 장미와 APRA 프로그램의 자금 지원을 인정합니다. GC는 NASA에서 자신의 약속을 관리하기위한 대학 우주 연구 협회을 인정합니다.

1. 마이크로 스트립 라인 공진기 제작 (14) (그림 3) <ol><li> H 2 O 2 (3 : 1) 10 분 동안 혼합 갓 H 2 SO 4, 0.45 μm의 두께의 실리콘 소자 층을 갖는 실리콘 - 온 - 인슐레이터 (SOI) 웨이퍼, 청소. 그런 다음 질소 총 10 분 건조를위한 탈 이온수에서 웨이퍼를 씻어. HF (10 : 1) 이후에 처리하기 직전, H 2 O의 웨이퍼를 찍어 10 초, 5 분 동안 탈 이온수에 헹군다. </li><li> 게르마늄 (창) 등 S-1811 등 / 긍정적 인 포토 레지스트로 구성되어 리프트 오프 마스크를 제작. (15) <ol><li> 스핀 코트 박형화 포지티브 포토 레지스트 이중층 (2 부 신나-P : 1 부 포지티브 포토 레지스트)와 웨이퍼 (30) 초 후 전자빔 입금 게르마늄 4,000 rpm에서. </li><li> 제 1 분간 웨이퍼 상에 헥사 메틸 디 실라 잔을 (HMDS)을인가 한 후 30 초 동안 3000 rpm에서 과잉 스핀 오프하여 포토 리소그래피를 이용하여 패턴 창. </li><li> SPI30 초 동안 2,000 rpm에서 110 ℃에서 1 분 동안 핫 플레이트에 구워 : N에 긍정적 인 포토 레지스트 (1 부 긍정적 인 포토 레지스트 2 부 얇은-P)를 얇게. 포토 레지스트를 노광하고, 테트라 메틸 암모늄 히드 록 시드 계 용액으로 레지스트 개발할 스프레이 마스크 얼 라이너를 사용한다. </li><li> 반응성 이온은 포토 레지스트의 언더컷 달성하기 위해 O 2 플라즈마와 포토 레지스트를 기본 70 W. 애쉬에서 SF 6 / O 2 플라즈마로 게르마늄을 에칭. </li><li> 500 W, 4 시간 동안 아세톤 가득한 비커 내부의 웨이퍼를 배치하여 들어 올립니다에서 아르곤 3.7 만 T (AR)와 DC 마그네트론 스퍼터 - 예금 니오븀 (Nb를) 접지면. </li></ol></li><li> 스핀 코트 bisbenzocyclobutene (BCB)이 SOI 웨이퍼의 NB-코팅 표면에 30 초간 4000 rpm에서 다른 실리콘 웨이퍼의 한쪽면에 관한 것이다. 200 ℃에서 3 바의 압력과 함께 두 BCB 코팅 표면 접합. </li><li> 수동으로 거꾸로 플립 웨이퍼 스택은 SOI 웨이퍼의 뒷면을 처리하기 시작합니다. </li><li>보쉬 공정을 사용하여 딥 반응성 이온 에칭에 이어 알 2 O 3 슬러리를 사용하여 기계적 래핑에 의해 실리콘 핸들 웨이퍼 식각 16 엣지 H 2 O로 매립의 SiO2 층 :. HF (10 : 1)을 20 분 동안. </li><li> 입금 몰리브덴 질화물 W 3.3 mT 내지 700에서 DC 마그네트론 반응성 스퍼터링을 이용한 MO (2 N) (AR : N 2 분압 = 7 : 1). 30 초 동안 2,000 rpm에서 30 초 동안 2,000 rpm으로 회전하고 회전 한 다음 2 분 동안 180 ℃로 소성하여 패턴 공진기는 긍정적 인 포토 레지스트 (1 부 긍정적 인 포토 레지스트 2 부 얇은-P)를 얇게. 반응성 이온 에칭에 테트라 메틸 암모늄 히드 록 시드 계 용액 재에 포토 레지스트를 개발한다. 인산 계 용액을 몰리브덴이 N 에칭. </li><li> 2 분 전자빔 증착 한 다음, 30 초 동안 5000 rpm에서 폴리 메틸 메타 크릴 레이트 (PMMA)에 회전 및 180 ℃로 소성함으로써 게르마늄 / PMMA 이중층으로 구성된 리프트 - 오프 마스크를 제조게르마늄의 osition. Nb를 전송선 입금 스퍼터 아세톤으로 리프트 오프 (포지티브 포토 레지스트 PMMA로 치환 된 것을 제외하고는 단계 1.2 참조). </li><li> 일부 실시 예, 무선 주파수 (RF)에서 긍정적 인 포토 레지스트로 회전시켜 SiO2로, 패턴을 예금 스퍼터과 불화 산 기반 솔루션에 에칭. 단계 120에 설명 된대로 그리고, 게르마늄 / 포지티브 포토 레지스트 리프트 오프 용 마스크를 사용하여 스퍼터 증착 된 박막 Nb를 리프트 오프. </li></ol> 테스트 패키지 마이크로 웨이브 공진기 칩의 설치 2. 절차 <ol><li> 시스템 설계 및 금으로 이루어진 테스트 패키지 (호주) 코팅 된 구리 공동 공진기 칩 치수 급전선 입출력 위치와 일치 (베이스 및 뚜껑). 주 : 상기 하우징의 공극 크기는 관심있는 대역에 걸친 최소 기생 커플 링 단일 모드 동작을 지원하도록 지정한다. </li><li> 설계 및 제어 임피던스 전자 팬 OU를 제작이 항공사는 t 기판 (17) 칩과 서브 미니어처 버전 A (SMA) 커넥터 사이의 신호. </li><li> 중심 도체 핀 대응하는 팬 아웃 보드 접촉 패드 위에 정렬되도록 테스트 패키지의 입력 및 출력에 SMA 커넥터를 삽입한다. 단락을 방지하고, 중심 도체 핀의 영역에 땜납을 적용하는 솔더 마스크를 적용한다. 땜납을 용융 ~ 5 분 동안 200 ° C에 핫 플레이트 열에서 패키지를 놓습니다. 식지 후 솔더 마스크를 제거합니다. </li><li> 아프리카 연합 코팅 된 구리 패키지 공동 같은 온 - 칩 급전선 출력 및 입력 패드는 해당 팬 아웃 보드 동일 평면 도파관에 가까운 정렬되었는지 (CPW) 라인으로 공진기 칩을 탑재합니다. 칩의 모서리의 가장자리에 접촉 구리 클립 칩을 고정합니다. </li><li> 접촉 패드 팬 아웃 보드 사이에 칩 알루미늄 와이어 본드 초전도 놓습니다. 여기서 제시하는 경우의 최대 수 (~ 4 플레이스 - 참조 <str옹&gt; ~ 500-600 μm의 긴 ~ 250 μm의에서 높이 와이어 본드, 그림 4)는 SMA 커넥터 입력과 출력 및 온 - 칩 CPW의 급전선 사이의 임피던스 일치를 제공합니다. </li><li> 와이어 본딩 후, 멀티 미터로 입력 및 출력 커넥터의 중앙 핀 사이의 DC 저항을 확인하고, 중심 핀과 그라운드 사이에, 확인을 위해 두 개의 센터 핀 사이의 전기적 접속과 중심 사이의 개방 연결이 라인 및 접지. </li></ol> 극저온 헬륨 3 마이크로 웨이브 테스트 베드에서 마이크로 웨이브 공진기의 설치를위한 3. 지원 절차 <ol><li> SMA 케이블의 시리즈는 장치가 장착되는 0.3 K 콜드 스테이지 RT에서 전달되는도 2에 도시 된 구성에서와 같이 테스트 베드를 조립한다. </li><li> 에, 낮은 전자 레인지 손실을 제공하기 위해 그림 2와 같이 구리 (Cu) 및 초전도 니오븀 - 티타늄 (NBTI) 케이블을 설치하고NBTI 케이블, 낮은 열 전도성의 경우. 2-K 및 0.3-K 단계 사이의 열 차단으로 NBTI 케이블을 사용합니다. </li><li> 공진기 장치의 대역 저잡음 증폭 용 출력 선에 K 2 단계에서 저온 고 전자 이동도 트랜지스터 (HEMT) 앰프를 탑재하고, 서큘 레이터를 설치한다. </li><li> 이 앰프의 입력에서 출력 라인에 저온 순환 장치를 삽입합니다. </li><li> 0.3-K 감기 단계에 볼트로 고정 브라켓에 포장 된 공진기 장치를 탑재합니다. </li><li> 정합 종단을 제공하고이 감쇠기 입력 및 출력 패키지에 적절한 SMA 케이블을 연결하기 위해 패키지의 입력측에 마이크로파 감쇠기를 연결한다. 이러한 제어 임피던스 종단이 잘 일치하고 가능한 테스트 대상 장치에 가까이 있는지 확인 - 그들은 &quot;장치 교정 평면을&quot;정의 (그림 2 참조). </li><li> 그라 이오 스탯을 닫습니다. 장치를 냉각하는 표준 절차를 따르십시오0.3 K.에의 </li></ol> 마이크로 웨이브 공진기 측정 4. 절차 <ol><li> 장치 피 시험 설계 주파수 - (여기서 고려 장치, 8 GHz의 10 메가 헤르츠) 넓은 주파수 대역에 걸쳐 스캔 할 VNA를 설정한다. 시험 장치에 적합한 수준으로 VNA의 전력 레벨을 조정 (~ -30 dBm으로, 여기에서 고려되는 디바이스). 주 : 초전도 마이크로파 공진기 초전도 급전선의 임계 전류를 초과하지 않도록 상기 입력 RF 전력 레벨이 충분히 낮은 것을 확인. 전력 레벨이 충분한 신호 대 노이즈 비를 제공하기에 충분히 높다는 것을 보장한다. </li><li> VNA 설명서에있는 VNA 소프트웨어 지침에 따라, 표준 짧은 오픈로드 - 스루 (SOLT) 절차에 따라 유연한 RF 케이블을 보정합니다. 이후 상기 입력에 연결되는 벡터 네트워크 분석기에서 경로 및 플렉시블 케이블의 각각의 출력에서​​ 종료, 단락 및 개방 표준을 통해 삽입측정을위한 저온 유지 장치의. 이 교정은 &quot;악기 기준면&quot;를 정의 (예를 들어,도 2 참조). </li><li> 이 SOLT 보정 후, 스루 선 투과, S (21)은 VNA로 측정하여 연결된 확인하여 보정의 정확도를 확인 낮은 잔류 에러를 갖는다 (즉, 응답 ~ 0dB 레벨 S 11, S에있을 22) ≤ -50 dB, 예를 들어, 낮습니다. </li><li> 그라 이오 스탯의 입력 및 출력 라인에 유연한 케이블을 연결합니다. </li><li> 마이크로파 증폭기 회사가 제공하는 문서에 지정된 필요한 DC 바이어스 전압을인가함으로써, 극저온 전자 증폭기를 켜고. </li><li> 첫째, VNA의 광대역 스캔 (10 메가 헤르츠 - 8 GHz의, 여기서 고려 장치에 대한) 완료 S (21) 기본 구조를 관찰하고 날카로운 높은 Q 검색을 &lt;/ EM&gt; 마이크로파 공진기를 나타내는 구조. </li><li> 그리고, 주파수 범위 (~ 2 - 4 GHz의 여기를 고려 장치) 좁히 공진 주파수 대역에 걸쳐 스캐닝하도록 VNA의 (여기에서 고려되는 디바이스 ~ 30000) 데이터 포인트의 수를 조정한다. 원위치 보정을 수행하는 기준이 나중에 끼워 위해 적절한 기준 범위를 제공하기 위하여 충분히 넓은 주파수 대역을 사용 (개요에 대한 설명을 참조). 주 : 잡음 레벨에 따라서 평균의 수를 증가 또는 신호 - 대 - 잡음을 개선하기 위해 IF 대역폭을 감소시킨다. </li><li> 후 측정 현장 교정 및 분석 및 품질 요인과 공진 주파수의 추출 파일로 복잡한 전송 데이터의 이러한 VNA 데이터 스캔을 저장합니다. (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>

저자는 더 경쟁 재정적 이해 관계가 없음을 선언합니다.

단일 플립 제조 공정은 0.45 μm의 박막 단결정 Si 기판의 양면에 초전도 공진기를 실현하기위한 수단을 제공한다. 하나는 1 × 10 4.0-6.5 GHz의 범위 &lt;손실 탄젠트와 (예시 3 N 4)을 증착 유전체보다 크기 낮은 손실의 순서 이상을 가지고 있기 때문에 단결정 실리콘 유전체를 사용하도록 동기를 부여 할 수있다 - 이 기판은 하나의 빛과 낮은 공진에 공진 크로스 토크를 이탈하는 ...

천체 물리학 기기의 발전은 최근 적외선의 검출을 위해 초전도 마이크로파 공진기를 도입 한 -. 4 초전도 공진기는 에너지 E의 적외선에 반응 = HV&gt; 2Δ은 (Δ이며, h는 플랑크 상수, V는 방사 주파수이고 곳 초전도 갭 에너지). 공진기는 또한 초전도 임계 온도 이하로 냉각 될 때,이 입사 방사선 공진 체적 쿠퍼 쌍 끊어 준 입자 음원 정보를 생성한다. 기진 준 입자의 밀도 증가는 따라서 초전도체의 복잡한 표면 임피던스 운동 인덕턴스를 변경하며. 이 광 반응은 더 낮은 주파수의 공진 주파수의 변화와 공진기의 품질 인자의 감소로서 관찰된다. 전자 kine를위한 표준 판독 방식에서TIC 인덕턴스 검출기 (MKID) 공진기는 마이크로파 급전선에 연결되고 다른 하나는 단일 공진 마이크로파 주파수 톤에이 급전선을 통해 복잡한 송신을 모니터링한다. 여기서, 광학 응답의 진폭 및 변속기 (5) (도 1)의 두 위상의 변화로서 관찰된다. 주파수 영역 다중화 방식은 공진기의 수천의 어레이를 판독 할 수있다. 6-7 성공적으로 설계 및 초전도 공진 기반 장비를 구현하기 위해, 이러한 공진 구조의 특성을 정확하고 효율적으로 특징 지어 질 필요가있다. 예를 들어, 잡음 특성의 정밀 측정, 품질 MKID 장치 물리학 8 양자 컴퓨팅, (9)의 컨텍스트와 저 결정에 요구되는 Q (그 온도 의존성 포함)의 공진 주파수와 초전도 공진기의 광학 응답 특성 요인 테mperature 재료 특성. (10) 이러한 모든 경우에서, 송신 회로의 복잡한 산란 파라미터의 측정이 요구된다. 이 작업은, 공진기의 복잡한 전달 계수의 결정에 집중 진폭 및 위상 벡터 네트워크 애널라이저 (VNA)로 측정 할 수있다 (21), 에스. 이상적으로, VNA 기준면 (또는 테스트 포트)이 직접 테스트 대상 장치 (DUT)에 접​​속 될 수 있지만, 극저온 설정이 정상적으로 RT 사이의 열 차단 (~ 300 K)를 실현하기위한 추가 전송 라인 구조의 사용을 필요로하며 추운 단계 (이 작품에서 ~ 0.3 K는 도면의 URE 2 참조). 이러한 방향성 결합기, 서큘 레이터, 아이솔레이터, 증폭기, 감쇠기 및 연관된 상호 접속 케이블과 같은 추가의 전자 부품은 적절히 준비 자극, 주목 장치를 판독하는데 필요한 바이어스 될 수있다. 그만큼극저온 실온에서 냉각시의 위상 속도 및 이들 구성 요소의 크기는 다르며, 따라서 그들은 장치 교정면에서 관찰 된 반응에 영향을 미친다. 장비 및 장치 교정 평면 영향 복소 이득 및 이들 사이에 개재 구성 요소를 적절하게 측정 된 응답의 해석에 설명 될 필요가있다. (11) 이론에서, 방식은 DUT의 교정시 이용 하나, 동일한 측정 기준 평면을 설정하는 것을 필요로한다. 이 목표에 도달하기 위해, 하나는 여러 쿨 다운을 통해 교정 표준을 측정 할 수; 그러나, 이것은 달성하기 곤란하다 VNA의 안정성 및 저온 기기의 반복성에 대한 제약을 야기. 이러한 문제를 완화하기 위해, 하나의 냉각 된 테스트 환경에 필요한 기준을 배치하고 그 사이를 전환 할 수있다. 전자 레인지 프로브 스테이션에서 발견 된 내용이 유사한 예를 들면,샘플 및 보정 기준 (12)이 방법은 서브 켈빈 온도에서 입증되었다. 연속 액체 헬륨 류 또는 폐쇄 - 사이클 냉동 시스템에 의해 4 K로 냉각하지만의 저전력, 고성능의 전자 스위치가 요구되는 곳 테스트 관심의 밴드. (13) 인 - 시튜 교정 절차 따라서 VNA 기준면 전술 한 방법의 한계를 극복 장치 교정 평면 (도를 URE 2)의 계기 송신 응답을 차지하고있는 것이 바람직하다. 이 극저온 교정 방법, 표시 및 카탈 외.도 11에서 자세히 설명은 하나의 폭 ~ 1 %의 정확도로 공진 선폭 간 공진 간격에 비해 주파수 범위에 걸쳐 다수의 공진을 특성화 할 수있다. 이 논문은 샘플 제작 및 준비의 세부 사항에 초점을 맞출 것이다aration 공정 실험 테스트 셋업 및 측정 절차는 평탄한 선 형상으로 초전도 마이크로파 공진기를 특성화하기 위해 사용된다. (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

초전도 마이크로파 공진기 희미한 천체 물리학 서명의 검출을위한 마이크로 웨이브 운동 인덕턴스 검출기 (MKIDs)로서의 사용을 포함 대해서뿐만 아니라 양자 컴퓨팅 애플리케이션과 재료 특성, 다양한 애플리케이션을 위해 관심이다. 본 논문에서는 절차는 박막 초전도 마이크로파 공진기의 제조 및 특성에 대해 제공됩니다. 제조 방법은 아주 매끄러운 단결정 실리콘 유전체의 양쪽 기능 전송선 초전도 공진기의 실현을 허용한다. 이 작업은 극저온 전자 시험대으로 초전도 전이 온도 이하로 냉각 용 진동 장치를 설치하는 절차를 설명한다. 극저온 전자 시험대의 셋업은 PR의 추출을 가능하게 한 다음 진동 장치의 복잡한 전자 전송에주의를 측정 할 수 있도록장치 설계와 성능에 중요한 초전도 선 및 유전체 기판 (예를 들어, 내부 품질 요인 손실 인덕턴스 운동 분획)의 operties.

0.45 μm의 단결정 실리콘 유전체 상에 제조 반파 모 N 2 공진기 (도 5)의 반응은이 방법으로 검증 하였다. 이 경우에있어서, Nb를 동일 평면 도파관에 커플 링 (CPW) 급전선에 대한 판독은 상기 공진기의 개방 단부 중 한 영역 형상은 &quot;H&quot;의 스퍼터 증착 된 SiO2를 유전체층을 통해 용량 성 결합을 통해 달성된다 (참조 : 프로토콜 1.6 절). 다른 예?...

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

Fabrication and Characterization of Superconducting Resonators

초전도 마이크로파 공진기는 빛, 양자 컴퓨팅 애플리케이션 및 재료 특성의 검출에 대한 관심이다. 이 작품은 제조 및 초전도 전자 레인지 공진 산란 매개 변수의 특성에 대한 자세한 절차를 제공합니다.

초전도 공진기의 제조 및 특성

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

10.5K 조회수.  NASA Goddard Space Flight Center.  초전도 마이크로파 공진기는 빛, 양자 컴퓨팅 애플리케이션 및 재료 특성의 검출에 대한 관심이다. 이 작품은 제조 및 초전도 전자 레인지 공진 산란 매개 변수의 특성에 대한 자세한 절차를 제공합니다. 

비디오: 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.

실리카 초고 품질 팩터 Microresonators의 제작

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

연구

공학

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).

광자 크리스탈 느린 경 Waveguides 그리고 안의 공간의 제조 및 특성

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.

마이크로 웨이브 포토닉스 시스템 속삭이는 - 갤러리 모드 공진기를 기반으로

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.

제작 및 미세 유체 광​​ 기계 발진기의 테스트

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).

Microspherical 위스퍼 링 갤러리 모드 공진기에 자극 스톡스와 Antistokes 라만 산란

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.

테라 헤르츠 메타 물질의 변위 현재 중재 공명은을위한 나노 기둥 기반 분할 링 공진기의 제작

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.

광 공진기 및 레이저 응용을위한 고분자 미소 구의 제조

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.

설계 및 효율적인 넓은 범위 가변 MEMS 필터 특성 방법론

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.

마이크로레소네이터에서 솔리톤 크리스탈의 신속한 반복 속도 변동 측정

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;

리튬 니오바테에 표면 음향 파 장치의 제조

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

초전도 공진기의 제조 및 특성

요약

더 많은 비디오 탐색

이 비디오의 챕터

실리카 초고 품질 팩터 Microresonators의 제작

광자 크리스탈 느린 경 Waveguides 그리고 안의 공간의 제조 및 특성

마이크로 웨이브 포토닉스 시스템 속삭이는 - 갤러리 모드 공진기를 기반으로

제작 및 미세 유체 광 기계 발진기의 테스트

Microspherical 위스퍼 링 갤러리 모드 공진기에 자극 스톡스와 Antistokes 라만 산란

테라 헤르츠 메타 물질의 변위 현재 중재 공명은을위한 나노 기둥 기반 분할 링 공진기의 제작

광 공진기 및 레이저 응용을위한 고분자 미소 구의 제조

설계 및 효율적인 넓은 범위 가변 MEMS 필터 특성 방법론

마이크로레소네이터에서 솔리톤 크리스탈의 신속한 반복 속도 변동 측정

리튬 니오바테에 표면 음향 파 장치의 제조

초전도 공진기의 제조 및 특성

요약

더 많은 비디오 탐색

이 비디오의 챕터

실리카 초고 품질 팩터 Microresonators의 제작

광자 크리스탈 느린 경 Waveguides 그리고 안의 공간의 제조 및 특성

마이크로 웨이브 포토닉스 시스템 속삭이는 - 갤러리 모드 공진기를 기반으로

제작 및 미세 유체 광​​ 기계 발진기의 테스트

Microspherical 위스퍼 링 갤러리 모드 공진기에 자극 스톡스와 Antistokes 라만 산란

테라 헤르츠 메타 물질의 변위 현재 중재 공명은을위한 나노 기둥 기반 분할 링 공진기의 제작

광 공진기 및 레이저 응용을위한 고분자 미소 구의 제조

설계 및 효율적인 넓은 범위 가변 MEMS 필터 특성 방법론

마이크로레소네이터에서 솔리톤 크리스탈의 신속한 반복 속도 변동 측정

리튬 니오바테에 표면 음향 파 장치의 제조

제작 및 미세 유체 광 기계 발진기의 테스트