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

Yazarlar Ulusal Havacılık ve Uzay Dairesi (NASA) &#39;nın GÜL ve APRA programlarından finansman desteği kabul. GC ayrıca NASA yaptığı randevu verilmesi için Üniversiteler Uzay Araştırma Derneği kabul eder.

1. Mikroşerit Hat rezonatör Fabrikasyon 14 (Şekil 3) <ol><li> H 2 O 2 (3: 1) 10 dakika boyunca taze karışık H 2 SO 4 ile, 0.45 mikron kalınlığında silikon cihaz tabakası olan bir silikon üzerinde yalıtkan (SOI) gofret, temizleyin. Sonra bir azot tabancası ile, 10 dakika, kuru için deiyonize su içinde gofret yıkayın. HF (10: 1), daha sonra işleme hemen önce, H2O gofret daldırma 10 saniye ve 5 dakika boyunca iyonu giderilmiş su içinde durulayın. </li><li> Bir germanyum (Ge) S-1811 olarak olumlu / fotorezist oluşan bir asansör-off maskesi Üretiyor. 15 <ol><li> Spin-kat inceltilmiş pozitif fotorezist çift katlı (2 parça tiner-P: 1 kısım pozitif fotorezist) ile gofret 30 sn ve daha sonra elektron ışını mevduat Ge için 4000 rpm&#39;de. </li><li> İlk 1 dakika süreyle gofret ve heksametildisilazan (HMDS) uygulanması ve daha sonra 30 saniye için 3,000 rpm&#39;de aşırı kapalı dönmeye fotoğraf-litografi kullanarak Desen Ge. </li><li> spi30 saniye için 2.000 rpm&#39;de ve 110 ° C de 1 dakika süre ile bir sıcak plaka üzerinde fırında n pozitif fotorezist (1 parçası pozitif fotorezist 2 parça ince-P) inceltilmiş. ışığa maruz ve bir tetrametil amonyum hidroksit bazlı solüsyon ile karşı geliştirmek sprey bir maske hizalama kullanın. </li><li> Reaktif iyon fotorezist alttan ulaşmak için O 2 plazma ile ışığa yatan 70 W. Ash bir SF 6 / O 2 plazma ile Ge etch. </li><li> 500 W ve 4 saat süreyle bir aseton dolu beher içine gofret yerleştirerek onu kaldırın argon 3.7 mT (Ar) ile DC-magnetron püskürtme ile mevduat niyobyum (Nb) toprak düzlemi. </li></ol></li><li> Spin-kaplama bisbenzocyclobutene (BCB) SOI gofretin Nb kaplı yüzey üzerine 30 saniye için 4000 rpm&#39;de ve başka bir silikon göbeğin bir yüzeye. 200 ° C de basınç 3 bar ile birlikte, iki BCB kaplı yüzeylerin yapıştırılması. </li><li> El ile ters çevirme gofret yığını SOI gofret ters işleme başlayacak. </li><li>Bosch işlemini kullanarak derin reaktif iyon dağlama ardından Al 2 O 3 bulamaç kullanarak mekanik alıştırma ile silikon sap gofret etch 16 Asitli H2O ile gömülü SiO 2 kat:. HF (10: 1) 20 dakika boyunca. </li><li> Deposit molibden nitrit W 700 ve 3.3 mT doğru akım manyetik reaktif saçma kullanılarak (Mo 2 N) (Ar: N2 kısmi basıncı = 7: 1). 30 saniye için 2.000 rpm&#39;de: 30 saniye için 2.000 rpm&#39;de eğirme ve bükme ve ardından 2 dakika boyunca 180 ° C &#39;de pişirme kalıbı rezonatörler pozitif fotorezist (1 parçası pozitif fotorezist 2 parça ince-P) inceltilmiş. reaktif iyon etcher bir tetrametil amonyum hidroksit tabanlı bir çözüm ve kül ışığa geliştirin. Fosforik asit bazlı solüsyon ile Mo 2 N etch. </li><li> 2 dk elektron ışını dep ardından 30 saniye boyunca 5000 rpm&#39;de polimetilmetakrilat (PMMA) üzerinde eğirme ve 180 ° C&#39;de onu pişirme bir Ge / PMMA iki tabakalı oluşan bir asansör-off maske ÜretiyorGe konumumuzu. Nb iletim hatlarını kiralık Püskürtme ve aseton içinde kaldırın (pozitif fotorezist PMMA ile sübstitüe edilmiş olması dışında, 1.2 adım bakınız). </li><li> Bazı düzenlemeler, radyo frekans (RF) pozitif fotorezist ile iplik SiO 2, desen it-mevduat sputter ve hidroflorik asit bazlı çözelti içinde etch. Adım 1.2 detaylı olarak Sonra, bir germanyum / pozitif fotorezist havalanış maskesi kullanarak bir püskürtme-yatırılır Nb ince film kaldırın. </li></ol> Deney Paket Mikrodalga rezonatör Chip montajı için 2. Prosedür <ol><li> Tasarım ve makine altından teşekkül eden bir test paketi (Au) kaplı bakır boşluk rezonatörü çip boyutları, besleme hattı giriş ve çıkış yerleri uygundur (bir baz ve kapak ile birlikte). Not: yuva boşluğu boyutu ilgi bandının minimal parazitli bağlama ile tek-modlu çalışma destek belirtilmelidir. </li><li> Tasarım ve kontrollü empedans mikrodalga fan ou imalyönlendirmek için t kurulu 17 çip ve Alt Minyatür versiyon A (SMA) konnektörleri arasındaki sinyaller. </li><li> merkez iletken pimi ilgili fan-out kurulu temas pedi üzerinde hizada olacak şekilde deney paketi giriş ve çıkış içine SMA konnektörleri takın. kısaltmasına karşı korumak ve merkez iletken pimi bölgesinde lehim uygulamak için bir lehim maskesi uygulayın. lehim eritmek için ~ 5 dakika süreyle 200 ° C&#39;ye bir sıcak plaka ve ısı paketi yerleştirin. soğumasını bekleyin ve ardından lehim maskesi çıkarın. </li><li> Au kaplı bakır paket boşluğuna gibi on-chip besleme hattı çıkış ve giriş yastıkları ilgili fan-out kurulu koplanar yakın ve uyumlu olduklarını (CPW) hatları içine rezonatör çip monte edin. çipin köşelerinde kenarlarında temas bakır klipleri ile çip sabitleyin. </li><li> iletişim yastıkları fan-out kartı arasında ve on-chip Al tel bağları süperiletken yerleştirin. Burada sunulan durumunda maksimum sayıda (~ 4 yerleştirin - bkz <strong&gt; ~ 500-600 mikron uzunluğunda, ~ 250 mikron-in-yükseklik tel bağlarının, Şekil 4) SMA konnektör girişi ve çıkışları ve on-chip CPW besleme hattı arasındaki empedans maçı sağlamak. </li><li> tel bağlama sonra, bir multimetre ile giriş ve çıkış konnektörleri merkezi pimleri arasındaki DC direnci kontrol ve merkez aksının ile toprak arasında, onaylamak için iki merkez pimleri arasında bir elektrik bağlantısı ve merkezi arasında açık bir bağlantı vardır çizgi ve zemin. </li></ol> Bir Kriyojenik Helium-3 Mikrodalga yatağıyla Mikrodalga Resonator Kurulum için 3. Prosedür <ol><li> SMA kablolar bir dizi cihazın monte edilecektir 0.3-K, soğuk aşamaya RT iletilir ve Şekil 2&#39;de gösterilen konfigürasyonda, olduğu gibi test yatağı monte edin. </li><li> , Düşük mikrodalga kaybını sağlamak için, Şekil 2&#39;de gösterildiği gibi, bakır (Cu) ve süper-iletken niyobyum-titanyum (NBTI) kablolarını veNBTI kabloları, düşük bir termal iletkenlik durumda. 2-K ve 0.3-K aşamaları arasında bir termal mola olarak NBTI kabloları kullanın. </li><li> rezonatör cihazın bandında düşük gürültü amplifikasyonu için çıkış hattı üzerinde 2-K aşamada bir kriyojenik yüksek elektron hareketlilik transistör (HEMT) amplifikatör monte edin ve bir sirkülatör yükleyin. </li><li> Bu amplifikatör giriş çıkış hattı üzerinde bir kriyojenik sirkülatör yerleştirin. </li><li> 0.3-K soğuk aşamaya cıvatalı bir dirsek üzerine paketlenmiş rezonatör cihazları monte edin. </li><li> eşleşti fesih sağlamak ve bu zayıflatıcı giriş ve paket çıkışına uygun SMA kablolarını bağlamak için paketin giriş tarafında bir mikrodalga zayıflatıcı bağlayın. Bu kontrollü empedans sonlandırmaları iyi eşleşti ve mümkün olduğunca test edilen cihaza yakın olduğundan emin olun - onlar &quot;Cihaz Kalibrasyon düzlemini&quot; define (bakınız Şekil 2). </li><li> Kriyostat kadar yakın. Cihazı soğutmak için standart prosedürü izleyin0,3 K. s </li></ol> Mikrodalga Rezonatörü Ölçümleri 4. Prosedürü <ol><li> Cihaz-under-testi tasarım frekanslarında - (burada kabul cihaz için, 8 GHz 10 MHz) geniş bir frekans bandı üzerinde tarama yapmak VNA ayarlayın. test edilen cihaza uygun seviyelere VNA güç seviyelerini ayarlayın (~ -30 dBm, burada ele aygıt için). NOT: süperiletken mikrodalga rezonatör ve süperiletken besleme hattı kritik akım geçmeyecek şekilde giriş RF güç seviyesi yeterince düşük olduğundan emin olun. güç seviyesi yeterli bir sinyal-noyz oranının temin edilmesi için yeterince yüksek olmasını sağlamak. </li><li> VNA kılavuzunda bulunan VNA yazılım yönergeleri izleyerek, standart Kısa Açık Yük-Thru (SOLT) prosedürü izleyerek, esnek RF kabloları ayarlayın. Daha sonra girişine bağlanacak vektör ağ analizörü rota ve esnek kabloların her çıkışında, sonlandırıldı, kısa devre, açık ve standartlara sokmak eklemeölçümler için kriyostat. Bu kalibrasyon &quot;alet referans düzlemini&quot; tanımlar (örneğin, bakınız Şekil 2). </li><li> Bu SOLT kalibrasyonu ardından, sokmak hattı ile iletim, S 21, VNA ile ölçülen şekilde bağlanmış onaylayarak kalibrasyon sadakat doğrulamak, düşük kalıntı hatalar var (yani, tepki ~ 0 dB seviyesinde ve S 11 ve S olan 22) ≤ -50 dB, örneğin, düşüktür. </li><li> kriyostat giriş ve çıkış hatları esnek kabloları takın. </li><li> Mikrodalga amplifikatör şirket tarafından sağlanan belgelerde belirtildiği gibi gerekli DC ön gerilim uygulanarak kriyojenik mikrodalga amplifikatörü açın. </li><li> Birincisi, VNA bir geniş bant taraması (10 MHz - 8 GHz, burada ele aygıt için) tamamlamak S 21 temel yapısını gözlemlemek ve keskin yüksek Q bakmak için &lt;/ Em&gt; mikrodalga Rezonatörlerin göstergesidir yapıları. </li><li> Ardından, frekans aralığını (~ 2 - 4 GHz, burada ele aygıt için) dar ve rezonatör bant üzerinde tarama yapmak VNA arasında (burada ele cihaz için ~ 30.000) veri noktalarının sayısını ayarlayın. Bir in-situ kalibrasyonunu gerçekleştirmek için bu taban daha sonra uyuyor için yeterli bir temel yayılma sağlamak için yeterince geniş bir frekans bandı kullanın (Giriş tartışmaya bakınız). NOT: gürültü seviyesine bağlı olarak, ortalamalar sayısını artırmak ya da sinyal-gürültü artırmak için IF bant genişliğini azaltır. </li><li> Sonrası ölçüm in-situ kalibrasyon, analiz ve kalite faktörleri ve rezonans frekansları çıkarılması için dosya karmaşık iletim verilerinin bu VNA veri taramaları kaydedin. 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>

Yazarlar hiçbir rakip mali çıkarları olduğunu beyan ederim.

tek çevirme fabrikasyon işlemi ince 0.45 mikron tek kristal Si alt-tabakanın her iki tarafına da süper-iletken rezonatörler gerçekleştirmek için bir araç sağlar. Biri 1 x 10 4,0-6,5 GHz frekans aralığında &lt;kaybı teğet ile (örneğin Si 3 N 4 gibi) yatırılan dielektrikler daha büyüklüğünü daha düşük kayıp bir sipariş daha var, çünkü tek kristal Si dielektrik kullanmak için motive olabilir - Bu alt-tabaka, bir ışık ve düşük rezonans-to-rezonatörü...

Astrofizik enstrümantasyon gelişmeler son zamanlarda kızılötesi ışık tespiti için süperiletken mikrodalga resonatöre girmiştik 1 -. 4 Bir süperiletken rezonatör enerji E kızılötesi radyasyon cevap verecek = hv&gt; 2Δ (Δ olan h Planck sabiti, v radyasyon frekansı ve nerede süperiletken boşluk enerjisi). Rezonatör de süper-iletken kritik sıcaklığın altında bir sıcaklığa kadar soğutulur, bu gelen radyasyonun rezonans hacmi Cooper çiftleri kırar ve quasiparticle uyarımları oluşturur. quasiparticle zorlamalara yoğunluk artışı dolayısıyla süperiletken karmaşık yüzey empedansı kinetik endüktansı değiştirir ve. Bu optik cevap daha düşük frekansa rezonans frekansında bir değişim ve rezonatörün kalite faktörü bir azalma olarak görülmektedir. Bir mikrodalga kine için kanonik okuma-out şemadatlc endüktans dedektörü (MKID) rezonatör mikrodalga besleme hattı birleştirilir ve bir rezonans tek mikrodalga frekansı tonu bu besleme hattı boyunca, karmaşık iletim izler. Burada, optik cevap genlik ve iletim 5 (Şekil 1) aşamasında hem de bir değişiklik olarak görülür. Frekans alanı çoğullama düzenleri Rezonatörlerin binlerce dizileri dışında okuma yeteneğine sahiptirler. 6-7 başarılı bir şekilde tasarlamak ve süper-iletken-rezonatör tabanlı aletleri uygulamak için, bu rezonans yapıların özellikleri doğru ve verimli bir şekilde, özelliği gerekir. Örneğin, gürültü özelliklerinin hassas ölçümleri, kalite MKID cihaz fizik, 8 kuantum bilgisayar, 9 bağlamında ve düşük- belirlenmesinde istenen Q, (onların sıcaklık bağımlılığı dahil) rezonans frekansları ve süperiletken Rezonatörlerin optik cevap özelliklerini faktörleri temperature malzeme özellikleri. 10 Tüm bu durumlarda ise, devrenin karmaşık iletim saçılma parametrelerinin ölçümü arzu edilir. Bu eser, rezonatör karmaşık iletim katsayısının belirlenmesi üzerinde yoğunlaşmaktadır olan genlik ve faz bir vektör ağ analizörü (VNA) ile ölçülebilir 21, S. İdeal olarak, VNA referans düzlemi (veya test noktası) doğrudan testi (DUT) altında cihaza bağlı olacak, ama bir kriyojenik ayar normalde RT arasında bir termal mola (~ 300 K) gerçekleştirmek için ek iletim hattı yapılarının kullanımını gerektirir ve soğuk aşaması (Bu çalışmada ~ 0.3 K; Şekil ure 2). Böyle yönlü kuplörler, sirkülatörler, izolatörler, amplifikatörler, zayıflatıcılar ve ilişkili birbirine kablolar gibi ek mikrodalga bileşenleri uygun hazırlamak, heyecanlandırmak, ilgi cihazı okumak ve önyargı gerekebilir.kriyojenik sıcaklıklara oda soğutma sırasında faz hızları ve bu bileşenlerin boyutları değişebilir ve bu nedenle cihazın kalibrasyon düzleminde gözlemlenen tepki etkiler. Alet ve cihaz kalibrasyon uçağı etkisi karmaşık kazanç arasındaki bu müdahale bileşenler uygun ölçülen tepki yorumlanmasında hesaba olması gerekir. 11 Teorik olarak, bir düzen DUT kalibrasyon sırasında kullanılan birine benzer ölçüm referans düzlemi, ayarlar gereklidir. Bu hedefe ulaşmak için, bir çoklu serin-çıkışlar üzerinde kalibrasyon standartları ölçebilir; Ancak, bu elde etmek zordur VNA istikrar ve kriyojenik enstrümanın tekrarlanabilirliği kısıtlamalar, pozlar. Bu kaygıları azaltmak için, bir soğutulmuş test ortamında gerekli standartları yerleştirmek ve aralarında geçiş olabilir. mikrodalga prob istasyonlarında bulunan ne buna benzer, örneğin, bir, Örnek ve kalibrasyon standartları 12 Bu yöntem, alt kelvin sıcaklıklarında gösterilmiştir. Sürekli sıvı helyum akımı veya kapalı devre soğutma sistemi tarafından 4 K soğutulmuş ama düşük güç, yüksek performanslı mikrodalga anahtarı gerektirir nerede Test ilgi bant. 13 Bir in-situ kalibrasyon prosedürü nedenle VNA referans düzlemine ve yukarıda tarif edilen yöntemlerden sınırlamalarının üstesinden cihazın kalibrasyon düzleminin (Şekil-2&#39;de) arasında aracı iletim yanıt oluşturan arzulanan edilir. Bu kriyojenik kalibrasyon yöntemi, sunulan ve Cataldo ve ark., 11 ayrıntılı olarak ele bir geniş ~% 1 hassasiyetle rezonatör çizgi genişliği ve inter-rezonatör aralığına göre frekans aralığında birden rezonatörler karakterize etmesine olanak sağlar. Bu yazıda örnek üretim ve hazırlık detayları üzerinde durulacakpreparasyonu süreçleri, deneysel test set-up ve ölçüm prosedürleri düzlemsel hat geometrileri ile süperiletken mikrodalga rezonatörleri karakterize etmek için kullanılan. 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

Bir süper-iletken mikrodalga rezonatörler hafif Astrofiziksel imza tespiti için mikrodalga kinetik endüktans detektörleri (MKIDs) olarak kullanımları da dahil olmak üzere, hem de Kuantum işlem uygulamaları ve malzeme karakterizasyonu, geniş bir uygulama aralığı için ilgi çekmektedir. Bu yazıda, prosedürler ince film süperiletken mikrodalga Rezonatörlerin imalat ve karakterizasyonu için sunulmuştur. imalat yöntemi, bir atomik düz tek kristal silikon dielektrik her iki tarafında özellikleri ile iletim hattı rezonatörler süperiletken gerçekleştirilmesi için izin verir. Bu eser bir kriyojenik mikrodalga yatağıyla içine ve süperiletken geçiş sıcaklığının altında soğuma için rezonatör cihazlarının kurulumu için prosedürü açıklanmaktadır. kriyojenik mikrodalga yatağıyla set-up pr çıkarma sağlayan kimse bu rezonatör cihazlarının karmaşık mikrodalga iletimi dikkatli ölçümler yapmak için izin verirCihaz tasarımı ve performans için önemli olan süperiletken hatları ve dielektrik tabanın (örneğin, iç kalite faktörleri, kayıp ve kinetik indüktans fraksiyonların) &#39;nin zellikler.

0.45 mikron tek kristal silisyum dielektrik fabrikasyon bir yarım dalga Mo 2 N rezonatör (Şekil 5) tepki bu metodoloji ile doğrulanmıştır. Bu durumda, bir Nb koplanar kuplaj (CPW) besleme hattı için Okuması rezonatörün açık uçlarından birinde bölgesi şeklinde &quot;H&quot;, bir püskürtme-tevdi SiO2 dielektriğinden geçen kapasitif kuplaj ile elde edilir (bkz protokol bölüm 1.6). Diğer örneklerde, feedlines kapasitif kuplaj N...

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

Fabrication and Characterization of Superconducting Resonators

Süperiletken mikrodalga rezonatörler ışık, kuantum bilgi işlem uygulamaları ve malzeme karakterizasyonu tespiti için ilgi çekicidir. Bu çalışma imalat ve süperiletken mikrodalga rezonatör saçılma parametrelerinin karakterizasyonu için ayrıntılı bir prosedür sunar.

Süperiletken Rezonatörler Fabrikasyon ve Karakterizasyonu

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 Görüntüleme.  NASA Goddard Space Flight Center.  Süperiletken mikrodalga rezonatörler ışık, kuantum bilgi işlem uygulamaları ve malzeme karakterizasyonu tespiti için ilgi çekicidir. Bu çalışma imalat ve süperiletken mikrodalga rezonatör saçılma parametrelerinin karakterizasyonu için ayrıntılı bir prosedür sunar. 

Video: Fabrication and Characterization of Superconducting Resonators

Fabrication of Silica Ultra High Quality Factor Microresonators

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

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

Silika Ultra Yüksek Kalite Faktörü Microresonators Fabrikasyon

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

Mühendislik

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).

Fotonik Kristal Yavaş Işık Dalga Kılavuzları Ve Çürükler Üretimi ve Karakterizasyonu

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.

Mikrodalga Fotonik Sistemleri Whispering-galeri-mod Rezonatörler dayanarak

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.

Fabrikasyon ve mikroakışkan optomechanical Osilatörler Testi

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).

Mikrosferik Whispering Galeri Modu Rezonatörler içinde Uyarılmış Stokes ve Antistokes Raman saçılması

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.

Terahertz Metamalzemeler de Yerdeğiştirme Akımı aracılığı Rezonansları için Nanopillar Tabanlı Bölünmüş Yüzük Rezonatörler Fabrikasyon

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.

Optik Rezonatör ve Lazer Uygulamalarında Polimer Mikrokürelerin Üretimi

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.

Tasarım ve karakterizasyon yöntemleri verimli geniş sıra Tunable MEMS filtreler için

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.

Mikroresonatörde Soliton Kristallerinin Hızlı Tekrarlama Hızı Dalgalanma Ölçümü

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;

Lityum Niyobat üzerine Yüzey Akustik Dalga Cihazlarının İmalatı

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