Micro Fabry-Perot interferometers in silica fibers machined by femtosecond laser

Micro Fabry-Perot (F-P) interferometers (MFPIs) are machined in a single-mode fiber (SMF) and a photonic crystal fiber (PCF) by using a near-infrared femtosecond laser, respectively. The strain and temperature characteristics of the two MFPIs with an identical cavity length are investigated and the experimental results show that the strain sensitivity of the PCF-based MFPI is smaller than that of the SMF-based MFPI due to their different waveguide structures, while the two MFPIs have close temperature sensitivities which are much smaller than that of an in-line SMF etalon sensor reported previously. These MFPIs in silica fibers are compact, stable, inexpensive, capable for mass-production and easy fabrication, offering great potentials for wide sensing applications. (c) 2007 Optical Society of America.

Wide Field of View Spectroscopy Using Fabry-Perot Interferometers

We present a high resolution spectrometer consisting of dual solid Fabry-Perot Interferometers (FPIs). This work is intended to be an all inclusive documentation of the instrument including discussion of the design of this instrument, the methods used in data reduction, and the analysis of these data. Each FPI is made of a single piece of L-BBH2 glass which has a high index of refraction n~2.07 with a thickness on the order of 100 μm. Each is then coated with partially reflective mirrors to create a resonant cavity and thus achieve a spectral resolution of R~30,000. Running the FPIs in tandem reduces the overlapping orders and allows for a much wider free spectral range and higher contrast. We will also discuss the properties of the FPIs which we have measured. This includes the tuning of the FPIs which is achieved by adjusting the temperature and thus changing the FPI gap and the refractive index of the material. The spectrometer then moves spatially in order to get spectral information at every point in the field of view. We select spectral lines for further analysis and create maps of the line depths across the field. Using this technique we are able to measure the fluorescence of chlorophyll in plants and attempt to observe zodiacal light. In the chlorophyll analysis we are able to detect chlorophyll fluorescence using the line depth in a plant using the sky as a reference solar spectrum. This instrument has possible applications in either a cubesat or aerial observations to measure bulk plant activity over large areas.

Air-gap based vertical cavity micro-opto-electro-mechanical Fabry-Perot filters

Mikrooptische Filter sind heutzutage in vielen Bereichen in der Telekommunikation unersetzlich. Wichtige Einsatzgebiete sind aber auch spektroskopische Systeme in der Medizin-, Prozess- und Umwelttechnik. Diese Arbeit befasst sich mit der Technologieentwicklung und Herstellung von luftspaltbasierenden, vertikal auf einem Substrat angeordneten, oberflächenmikromechanisch hergestellten Fabry-Perot-Filtern. Es werden zwei verschiedene Filtervarianten, basierend auf zwei verschiedenen Materialsystemen, ausführlich untersucht. Zum einen handelt es sich dabei um die Weiterentwicklung von kontinuierlich mikromechanisch durchstimmbaren InP / Luftspaltfiltern; zum anderen werden neuartige, kostengünstige Siliziumnitrid / Luftspaltfilter wissenschaftlich behandelt. Der Inhalt der Arbeit ist so gegliedert, dass nach einer Einleitung mit Vergleichen zu Arbeiten und Ergebnissen anderer Forschergruppen weltweit, zunächst einige theoretische Grundlagen zur Berechnung der spektralen Reflektivität und Transmission von beliebigen optischen Schichtanordnungen aufgezeigt werden. Auß erdem wird ein kurzer theoretischer Ü berblick zu wichtigen Eigenschaften von Fabry-Perot-Filtern sowie der Möglichkeit einer mikromechanischen Durchstimmbarkeit gegeben. Daran anschließ end folgt ein Kapitel, welches sich den grundlegenden technologischen Aspekten der Herstellung von luftspaltbasierenden Filtern widmet. Es wird ein Zusammenhang zu wichtigen Referenzarbeiten hergestellt, auf denen diverse Weiterentwicklungen dieser Arbeit basieren. Die beiden folgenden Kapitel erläutern dann ausführlich das Design, die Herstellung und die Charakterisierung der beiden oben erwähnten Filtervarianten. Abgesehen von der vorangehenden Epitaxie von InP / GaInAs Schichten, ist die Herstellung der InP / Luftspaltfilter komplett im Institut durchgeführt worden. Die Herstellungsschritte sind ausführlich in der Arbeit erläutert, wobei ein Schwerpunktthema das trockenchemische Ä tzen von InP sowie GaInAs, welches als Opferschichtmaterial für die Herstellung der Luftspalte genutzt wurde, behandelt. Im Verlauf der wissenschaftlichen Arbeit konnten sehr wichtige technische Verbesserungen entwickelt und eingesetzt werden, welche zu einer effizienteren technologischen Herstellung der Filter führten und in der vorliegenden Niederschrift ausführlich dokumentiert sind. Die hergestellten, für einen Einsatz in der optischen Telekommunikation entworfenen, elektrostatisch aktuierbaren Filter sind aus zwei luftspaltbasierenden Braggspiegeln aufgebaut, welche wiederum jeweils 3 InP-Schichten von (je nach Design) 357nm bzw. 367nm Dicke aufweisen. Die Filter bestehen aus im definierten Abstand parallel übereinander angeordneten Membranen, die über Verbindungsbrücken unterschiedlicher Anzahl und Länge an Haltepfosten befestigt sind. Da die mit 357nm bzw. 367nm vergleichsweise sehr dünnen Schichten freitragende Konstrukte mit bis zu 140 nm Länge bilden, aber trotzdem Positionsgenauigkeiten im nm-Bereich einhalten müssen, handelt es sich hierbei um sehr anspruchsvolle mikromechanische Bauelemente. Um den Einfluss der zahlreichen geometrischen Strukturparameter studieren zu können, wurden verschiedene laterale Filterdesigns implementiert. Mit den realisierten Filter konnte ein enorm weiter spektraler Abstimmbereich erzielt werden. Je nach lateralem Design wurden internationale Bestwerte für durchstimmbare Fabry-Perot-Filter von mehr als 140nm erreicht. Die Abstimmung konnte dabei kontinuierlich mit einer angelegten Spannung von nur wenigen Volt durchgeführt werden. Im Vergleich zu früher berichteten Ergebnissen konnten damit sowohl die Wellenlängenabstimmung als auch die dafür benötigte Abstimmungsspannung signifikant verbessert werden. Durch den hohen Brechungsindexkontrast und die geringe Schichtdicke zeigen die Filter ein vorteilhaftes, extrem weites Stopband in der Größ enordnung um 550nm. Die gewählten, sehr kurzen Kavitätslängen ermöglichen einen freien Spektralbereich des Filters welcher ebenfalls in diesen Größ enordnungen liegt, so dass ein weiter spektraler Einsatzbereich ermöglicht wird. Während der Arbeit zeigte sich, dass Verspannungen in den freitragenden InPSchichten die Funktionsweise der mikrooptischen Filter stark beeinflussen bzw. behindern. Insbesondere eine Unterätzung der Haltepfosten und die daraus resultierende Verbiegung der Ecken an denen sich die Verbindungsbrücken befinden, führte zu enormen vertikalen Membranverschiebungen, welche die Filtereigenschaften verändern. Um optimale Ergebnisse zu erreichen, muss eine weitere Verbesserung der Epitaxie erfolgen. Jedoch konnten durch den zusätzlichen Einsatz einer speziellen Schutzmaske die Unterätzung der Haltepfosten und damit starke vertikale Verformungen reduziert werden. Die aus der Verspannung resultierenden Verformungen und die Reaktion einzelner freistehender InP Schichten auf eine angelegte Gleich- oder Wechselspannung wurde detailliert untersucht. Mittels Weisslichtinterferometrie wurden lateral identische Strukturen verglichen, die aus unterschiedlich dicken InP-Schichten (357nm bzw. 1065nm) bestehen. Einen weiteren Hauptteil der Arbeit stellen Siliziumnitrid / Luftspaltfilter dar, welche auf einem neuen, im Rahmen dieser Dissertation entwickelten, technologischen Ansatz basieren. Die Filter bestehen aus zwei Braggspiegeln, die jeweils aus fünf 590nm dicken, freistehenden Siliziumnitridschichten aufgebaut sind und einem Abstand von 390nm untereinander aufweisen. Die Filter wurden auf Glassubstraten hergestellt. Der Herstellungsprozess ist jedoch auch mit vielen anderen Materialien oder Prozessen kompatibel, so dass z.B. eine Integration mit anderen Bauelemente relativ leicht möglich ist. Die Prozesse dieser ebenfalls oberflächenmikromechanisch hergestellten Filter wurden konsequent auf niedrige Herstellungskosten optimiert. Als Opferschichtmaterial wurde hier amorph abgeschiedenes Silizium verwendet. Der Herstellungsprozess beinhaltet die Abscheidung verspannungsoptimierter Schichten (Silizium und Siliziumnitrid) mittels PECVD, die laterale Strukturierung per reaktiven Ionenätzen mit den Gasen SF6 / CHF3 / Ar sowie Fotolack als Maske, die nasschemische Unterätzung der Opferschichten mittels KOH und das Kritisch-Punkt-Trocken der Proben. Die Ergebnisse der optischen Charakterisierung der Filter zeigen eine hohe Ü bereinstimmung zwischen den experimentell ermittelten Daten und den korrespondierenden theoretischen Modellrechnungen. Weisslichtinterferometermessungen der freigeätzten Strukturen zeigen ebene Filterschichten und bestätigen die hohe vertikale Positioniergenauigkeit, die mit diesem technologischen Ansatz erreicht werden kann.

Low-linewidth and tunable single frequency 1x2 multimode-interferometer-Fabry-Perot laser diode

In this paper, we present a novel 1x2 multi-mode-interferometer-Fabry-Perot (MMI-FP) laser diode, which demonstrated tunable single frequency operation with more than 30dB side mode suppression ratio (SMSR) and a tuning range of 25nm in the C and L bands, as well as a 750 kHz linewidth. These lasers do not require material regrowth and high resolution gratings; resulting in a simpler process that can significantly increase the yield and reduce the cost.

Magnetic-field-induced Fabry-Perot resonances in helical edge states

We study electronic transport across a helical edge state exposed to a uniform magnetic ((B) over right arrow) field over a finite length. We show that this system exhibits Fabry-Perot-type resonances in electronic transport. The intrinsic spin anisotropy of the helical edge states allows us to tune these resonances by changing the direction of the (B) over right arrow field while keeping its magnitude constant. This is in sharp contrast to the case of nonhelical one-dimensional electron gases with a parabolic dispersion, where similar resonances do appear in individual spin channels (up arrow and down arrow) separately which, however, cannot be tuned by merely changing the direction of the (B) over right arrow field. These resonances provide a unique way to probe the helical nature of the theory. We study the robustness of these resonances against a possible static impurity in the channel.

Stabilization of optical Fabry-Perot sensor by active feedback control of diode laser

This paper presents the design and characterization of a fiber Fabry-Perot interferometer (FFPI) acoustic wave detector with its Q point being stabilized actively. The relationship between the reflectivity of the F-P cavity facets and cavity length was theoretically analyzed, and high visibility of 100% was realized by optimized design of the F-P cavity. To prevent the drifting of the Q point, a new stabilization method by actively feedback controlling of the diode laser is proposed and demonstrated, indicating the method is simple and easy operating. Measurement shows that good tracing of Q point was effectively realized. (c) 2008 Elsevier B.V. All rights reserved.

Study of the surface plasma transmission properties of a Fabry-Perot resonator by numerical simulation

It is demonstrated with powerful evidence that the extraordinary transmission of a metallic grating is undoubtedly due to the excitation of standing surface plasma waves in the Fabry-Perot like resonator. This is the first time that the strong standing waves set up in the groove of a sub-wavelength double-layer grating (SWDG) for the surface plasma waves have been reported. Moreover, about 90% transmission is gained with an SWDG, more easily fabricated than ordinary metallic gratings, in the first peak of transmission spectrum.

光纤Fabry-Perot可调谐光滤波器的研究

Submitted by zhangdi (zhangdi@red.semi.ac.cn) on 2009-04-13T11:45:31Z