Los autores agradecen el apoyo financiero del Air Force Research Laboratory contrato FA8650-14-C-6571 y desde DAQRI LLC.

<ol>
	<li>Smalley, D., Smithwick, Q., Bove, V., Barabas, J., Jolly, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Anisotropic+leaky-mode+modulator+for+holographic+video+displays.">Anisotropic leaky-mode modulator for holographic video displays.</a> Nature. 498 (7454), 313-317 (2013).</li><li>Smalley, D., Smithwick, Q., Bove, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Holographic+video+display+based+on+guided-wave+acousto-optic+devices.">Holographic video display based on guided-wave acousto-optic devices.</a> Proc. 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SPIE. 1932, 298-311 (1993).</li><li>Li, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Circuit Design. , (2012).</li><li>Lawrence, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+mechanics+of+spin+coating+of+polymer+films.">The mechanics of spin coating of polymer films.</a> Phys. Fluids. 31 (10), 2786-2795 (1988).</li><li>Fontana, R., Katine, J., Rooks, M., Viswanathan, R., Lille, J., MacDonald, 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=E-beam+writing:+a+next-generation+lithography+approach+for+thin-film+head+critical+features.">E-beam writing: a next-generation lithography approach for thin-film head critical features.</a> IEEE Trans. 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Los autores no tienen nada que revelar.

El diseño de cada dispositivo tiene dos pasos críticos, intercambio de protones y de desarrollo de la LOR. De los dos, el tiempo de intercambio de protones determina la profundidad de la guía de ondas, que a su vez determina el número de transiciones guiada a fugas modo, el ancho de banda de frecuencia controlable, y todos los parámetros clave de diseño para cada color de la luz. se desean dos modos guiados en rojo. Si más existe, entonces se sacrifica ancho de banda. Si existen menos entonces no guiado a modo de transición con fugas está garantizada. Sigue la nota en el paso 2.2.1 para corregir los tiempos de intercambio de protones para lograr el resultado deseado. El desarrollo apropiado LOR es necesaria para el despegue y la función de ese modo adecuado de los transductores interdigitales. Es un paso más dominado por la experiencia. Una solución no diluida de desarrollador puede escaparse los dedos de los transductores en 7 segundos, mientras que una solución al 50% hará lo mismo en aproximadamente 35 segundos. El tiempo exacto varía de un dispositivo a otro que crea la necesidadpara desarrollar el dispositivo de 25 segundos en una solución al 50%, seguido por exposiciones repetidas a rápidas soluciones más diluidas. Si reventón se produce el tiempo de desarrollo disminución o concentración de la solución para lograr los resultados deseados. En el proceso de caracterización de acoplamiento prisma y la alineación son los pasos críticos. Si el dispositivo no está bien acoplado prisma o mal alineado sin luz entrará en la guía de onda por lo que es imposible medir los resultados. La alineación se consigue mejor con pequeños ajustes. Las variaciones en la luz dispersada pueden indicar la aproximación a una línea de modo o mostrar la proximidad del transductor interdigital. La experiencia es el mejor maestro. Este protocolo está diseñado para la fabricación de un solo dispositivo. Como tal se limita la escalabilidad y pequeñas variaciones estarán presentes desde un dispositivo a otro. Sin embargo, los autores están trabajando activamente en el desarrollo de un proceso de fabricación de obleas impulsado que va a superar este desafío. otra limitatión de este protocolo es la caracterización de la dependencia de un proceso de prueba activa. Los transductores interdigitales deben tener un gran ancho de banda para acomodar los cambios en las transiciones de profundidad guía de ondas y de modo. Una vez que se determinan las frecuencias de transición de un transductor de ancho de banda más estrecho puede ser diseñado. Un buen modelo para el proceso eliminaría la necesidad de esta etapa. Finalmente, el protocolo de pruebas no es completamente automático, que requiere ajustes humanos entre los cambios en la longitud de onda y los dispositivos. Una vez que un dispositivo de muestra tanto un buen control de la superposición y la frecuencia angular, entonces es capaz de ser utilizado en aplicaciones tales como el 3D holovídeo pantalla 1. Estos dispositivos requieren sólo 2 pasos de modelado de fabricar que es una gran mejora con respecto a las tecnologías de visualización común de hoy en día, tales como válvulas pixelados de luz, dispositivos MEMS, y moduladores acústico-ópticos de onda mayor. Es la esperanza de los autores de que tengan acceso a esta fabricación, medición y characterization protocolo será fomentar una mayor participación en la investigación electroholographic pantalla.

La mayoría de las tecnologías de pantallas holográficas, tales como válvulas de luz pixelada así como los dispositivos MEMS y moduladores acústico-ópticos de onda mayor, son demasiado complejos para permitir una amplia participación en su desarrollo. Moduladores pixelados, especialmente aquellos con capas de filtro y planos traseros activas pueden requerir docenas de pasos de modelado para construir 5 y puede ser limitado por fan-out 6. Cuanto mayor es el número de patrones pasos cuanto mayor es la complejidad del dispositivo, y cuanto más apretado el protocolo de fabricación debe ser lograr un rendimiento razonable dispositivo 7. Moduladores acústico-ópticos de onda mayor no se prestan a la oblea procesos basados ​​8,9. Anisotrópicas modo que gotea moduladores, sin embargo, requieren sólo dos pasos de modelado para fabricar y utilizar técnicas de microfabricación relativamente estándar 10,11. La accesibilidad de estos procesos hacen posible que cualquier institución a instalaciones de fabricación modestos para participar en el desarrollo de hLa tecnología de visualización de vídeo ológrafo 12. La simplicidad de la fabricación del dispositivo puede ser seductora, sin embargo, como el correcto funcionamiento de los dispositivos es fuertemente dependiente de las guías de ondas que deben ser cuidadosamente medido y ajustado para conseguir las características deseadas del dispositivo. Por ejemplo, si la guía de onda es demasiado profundo, ancho de banda operativo del dispositivo se reducirá 13. Si la guía de onda es demasiado bajo, el dispositivo no puede trabajar para iluminación roja. Si la guía de ondas es recocido demasiado largo, la forma del perfil de profundidad de la guía de ondas será distorsionada, y las transiciones de color rojo, verde y azul no puede sentarse adyacente en el dominio de la frecuencia 14. En este trabajo los autores presentan las herramientas y técnicas para realizar esta caracterización. El modulador de modo que gotea se compone de un protón intercambió guía de ondas indiffused en la superficie de un piezoeléctrico, X-Cut sustrato de niobato de litio 15,16. En un extremode la guía de ondas es un transductor interdigital de aluminio, véase la figura 1. La luz se introduce en la guía de ondas usando un acoplador de prisma 17. El transductor entonces lanza ondas acústicas que interactúan contralinearly con la luz en la guía de ondas a lo largo del eje y la superficie. Esta interacción parejas guiadas luz en un modo de fugas que se escapa de la guía de ondas en la masa y, finalmente, sale del sustrato desde el borde de la cara 18,19. Esta interacción también gira la polarización de la luz guiada TE polarizado de luz polarizada TM modo de fugas. El patrón de ondas acústicas de superficie es el holograma, y ​​es capaz de escanear y la configuración de la luz de salida para formar una imagen holográfica. La guía de onda es creada por intercambio de protones. En primer lugar, el aluminio se deposita sobre el sustrato. A continuación, el aluminio es el modelo foto-litografía y grabado para exponer regiones del sustrato a ser canales de guía de ondas. El aluminio restante actúa como un discomáscara. El sustrato se sumerge en una masa fundida de ácido benzoico que altera el índice de superficie en las regiones expuestas. El dispositivo se retira, se limpia y recocida en un horno de mufla. La profundidad final de la guía de onda determina el número de transiciones de modo que gotean. La profundidad de la guía de ondas también determina la frecuencia de cada transiciones guiadas a modo para cada color 4. Los transductores de aluminio se forman por el despegue. Después se forman las guías de ondas, un E-beam resistir se hila sobre el sustrato. Un transductor interdigital se modela con un haz de electrones para formar un transductor modulada pulsada diseñado para responder a la banda de 200 MHz responsable de controlar el color en los dispositivos de guía de ondas. El período de dedo se determina por Λƒ = v donde, Λ, es el período de dedo, v, es la velocidad del sonido en el sustrato y, ƒ, es la frecuencia de radio (RF). El transductor tendrá una impedancia que debe ser igualada a 75 ohmios para un funcionamiento eficiente 20. &lt;clase p = &quot;jove_content&quot;&gt; El guiado a la interacción con fugas modo se produce a diferentes frecuencias para diferentes longitudes de onda de luz de iluminación y como resultado la luz roja, verde y azul puede ser controlado en el dominio de la frecuencia. El patrón de onda acústica de superficie es generada por una señal de RF enviado al transductor interdigital. La RF de la señal de entrada se traducen en frecuencias espaciales en el patrón de onda acústica de superficie. La guía de ondas puede ser fabricado de manera que las señales de baja frecuencia de control del barrido angular y la amplitud de la luz roja, mientras que las frecuencias medias de control de luz verde y altas frecuencias de control de luz azul. Los autores han identificado un conjunto de parámetros de guía de ondas que permiten a los tres de estas interacciones deberán estar separados y adyacentes en el dominio de la frecuencia para que los tres colores se pueden controlar con una sola señal de 200 MHz, que es el ancho de banda máximo de unidades de procesamiento gráfico de los productos básicos ( GPU). Haciendo coincidir el ancho de banda de un canal de GPUa la de un modulador de modo que gotea, el sistema se vuelve completamente paralelo y altamente escalable. Mediante la adición de pares emparejados de ancho de banda de las GPU y los canales de modo modulador con fugas, se puede construir pantallas holográficas de tamaño arbitrario. Después de crear el dispositivo, se caracteriza cuidadosamente para verificar que las frecuencias para transición de modo guiado a fugas son apropiados para el control de frecuencia de color. En primer lugar, la ubicación de los modos guiados están determinados por un acoplador de prisma comercial para confirmar que la guía de ondas tiene la profundidad apropiada y el número correcto de modos guiados. Entonces, después de que los dispositivos están montados y empaquetados, se colocan en un acoplador de prisma costumbre que los mapas de las frecuencias de entrada de la luz de salida escaneada. Los datos resultantes da la respuesta de frecuencia de entrada y salida de la respuesta angular para la luz roja, verde y azul para el dispositivo que desea probar. Si el dispositivo ha sido fabricado correctamente, la respuesta del dispositivo de entrada se separa enla frecuencia y la respuesta de salida serán solapamiento en ángulo. Cuando esto se confirma, el dispositivo está listo para su uso en una pantalla de vídeo holográfico. Las primeras mediciones se llevan a cabo antes de que el dispositivo ha sido empaquetado. La profundidad de la guía de onda está determinada por un acoplador de prisma comercial. Esto se puede lograr con una sola longitud de onda de iluminación (típicamente 632 nm rojo) pero los autores han modificado su acoplador de prisma comercial para permitir que reúnen información del modo para la luz roja, verde y azul. Después de envasado, el dispositivo se somete a una segunda medición en un acoplador de prisma de encargo que registra la luz de salida desviada como una función de RF de entrada. Una descripción detallada de estas mediciones sigue. también se dan pasos de fabricación.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="921">
	<tbody>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;width:243px;">X-Cut Lithium Niobate</td>
			<td style="width:143px;">Gooch and Housego</td>
			<td style="width:147px;">99-00630-01</td>
			<td style="width:391px;">Lithium Niobate 3&#8243; Diameter X-CUT Wafer 1mm Polish/Polish</td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;width:243px;">Positive Photo Resist 1</td>
			<td style="width:143px;">EMD Performance Materials</td>
			<td style="width:147px;">AZ 3330 F Photoresist</td>
			<td style="width:391px;">Used in the creation of the proton exchange mask.</td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;width:243px;">Photoresist Developer</td>
			<td style="width:143px;">EMD Performance Materials</td>
			<td style="width:147px;">AZ MIF 300</td>
			<td style="width:391px;">Develops AZ3330 and LOR 3A</td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;width:243px;">Aluminium</td>
			<td style="width:143px;">International Advanced Materials</td>
			<td style="width:147px;">AL13</td>
			<td style="width:391px;">99.999% Pure</td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;width:243px;">Aluminium Etch</td>
			<td style="width:143px;">Transene</td>
			<td style="width:147px;">Type A Aluminum Etchant</td>
			<td style="width:391px;"></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:243px;">Benzoic Acid</td>
			<td style="width:143px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:147px;">109479-500G</td>
			<td style="width:391px;">99% Pure</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:243px;">Acetone</td>
			<td style="width:143px;">Fisher Chemical</td>
			<td style="width:147px;">UN1009</td>
			<td style="width:391px;"></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:243px;">IPA</td>
			<td style="width:143px;">Fisher Chemical</td>
			<td style="width:147px;">UN1219</td>
			<td style="width:391px;">99.5% pure Isopropyl Alcohol</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:243px;">Acidic Piranha etch</td>
			<td style="width:143px;">Cyantek Corperation</td>
			<td style="width:147px;">Nanostrip</td>
			<td style="width:391px;"></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:243px;">Under Layer Resist</td>
			<td style="width:143px;">Micro Chem</td>
			<td style="width:147px;">LOR 3A</td>
			<td style="width:391px;">Bottom layer used for liftoff.</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:243px;">Positive Photo Resist</td>
			<td style="width:143px;">Micro Chem</td>
			<td style="width:147px;">950 PMMA A9</td>
			<td style="width:391px;">Top layer used for liftoff</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:243px;">Anisole</td>
			<td style="width:143px;">Micro Chem</td>
			<td style="width:147px;">A Thinner</td>
			<td style="width:391px;"></td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;width:243px;">Conductive polymer aqueous solution</td>
			<td style="width:143px;">Mitsubishi Rayon Company</td>
			<td style="width:147px;">AquaSAVE</td>
			<td style="width:391px;"></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:243px;">MIBK (4-Methyl-2-pentanone)</td>
			<td style="width:143px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:147px;">360511</td>
			<td style="width:391px;">Develops PMMA</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:243px;">NMP (1-methyl-2-pyrrolidone)</td>
			<td style="width:143px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:147px;">328634</td>
			<td style="width:391px;">Used for liftoff</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:243px;">Name of the Equipment</td>
			<td style="width:143px;">Company</td>
			<td style="width:147px;">Catalog Number</td>
			<td style="width:391px;">Comments/ Description</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:243px;">E-beam Evaporator&#160;</td>
			<td style="width:143px;">Denton Vacuum&#160;</td>
			<td style="width:147px;">Integrity 20</td>
			<td style="width:391px;">Any equivalent equipment would suffice.</td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;width:243px;">Thin Film Spinner</td>
			<td style="width:143px;">Laurell Technologies Corporation</td>
			<td style="width:147px;">WS-400A-6NPP-LITE</td>
			<td style="width:391px;">Any equivalent equipment would suffice.</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:243px;">Mask Aligner&#160;</td>
			<td style="width:143px;">Karl Suss America Inc.</td>
			<td style="width:147px;">MA 150 CC</td>
			<td style="width:391px;">Any equivalent equipment would suffice.</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:243px;">Automatic Dicing Saw&#160;</td>
			<td style="width:143px;">Disco Corperation</td>
			<td style="width:147px;">Disco Dad 320</td>
			<td style="width:391px;">Any equivalent equipment would suffice.</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:243px;">Muffle Furnace</td>
			<td style="width:143px;">Thermo Scientific</td>
			<td style="width:147px;">FB1415M</td>
			<td style="width:391px;">Any equivalent equipment would suffice.</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:243px;">Electron Microscope</td>
			<td style="width:143px;">FEI</td>
			<td style="width:147px;">XL30 ESEM</td>
			<td style="width:391px;">Any equivalent equipment would suffice.</td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;width:243px;">Dehydration Oven</td>
			<td style="width:143px;">Lab-Line Instruments&#160;</td>
			<td style="width:147px;">Ultra-Clean 100&#160; (3497M-3)</td>
			<td style="width:391px;">Any equivalent equipment would suffice.</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:243px;">Hot Plate</td>
			<td style="width:143px;">Thermo Scientific</td>
			<td style="width:147px;">SP131325</td>
			<td style="width:391px;">Any equivalent equipment would suffice.</td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;width:243px;">Polisher</td>
			<td style="width:143px;">Ultra Tec Mfg., Inc.</td>
			<td style="width:147px;">Ultrapol End &#38; Edge Polisher</td>
			<td style="width:391px;">Any equivalent equipment would suffice.</td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;width:243px;">Class IIIb 12V RBG Lasers: Wavelengths(nm): 638, 532, and 445</td>
			<td style="width:143px;"></td>
			<td style="width:147px;"></td>
			<td style="width:391px;">Bought second-hand. Probably pulled from a laser projector. Any equivalent equipment would suffice.</td>
		</tr>
		<tr height="60">
			<td height="60" style="height:60px;width:243px;">Signal Generator</td>
			<td style="width:143px;">Agilent</td>
			<td style="width:147px;">8648D</td>
			<td style="width:391px;">Now found at Keysight. Obsolete. Any equivalent equipment would suffice. Needed Frequency sweep 9 KHz-1000 MHz.</td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;width:243px;">Signal Amplifier</td>
			<td style="width:143px;">Mini-Circuits</td>
			<td style="width:147px;">TB-17</td>
			<td style="width:391px;">Necessary only to overcome the limitations of the signal generator.</td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;width:243px;">Power Meter Controller</td>
			<td style="width:143px;">ThorLabs</td>
			<td style="width:147px;">PM100D</td>
			<td style="width:391px;">With power meter model S130C. Any equivalent equipment would suffice. Needed sensitivity 500pW</td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;width:243px;">Linear Actuator Controller</td>
			<td style="width:143px;">Newport</td>
			<td style="width:147px;">ESP7000</td>
			<td style="width:391px;">With linear actuator model MFN25PP. Any equivalent equipment would suffice. Needs 0.1mm accuracy.</td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;width:243px;">AutomatedDeviceCharacterization.vi&#160;</td>
			<td style="width:143px;">LabView</td>
			<td style="width:147px;">Experimental Control Software by BYU</td>
			<td style="width:391px;">Found in the appendix</td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;width:243px;">CompareWDMmodes.m</td>
			<td style="width:143px;">MATLab</td>
			<td style="width:147px;">Analytical Software by BYU</td>
			<td style="width:391px;">Found in the appendix</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

characterization of anisotropic leaky mode modulators for holovideo

Holovideo displays are based on light-bending spatial light modulators. One such spatial light modulator is the anisotropic leaky mode modulator. This modulator is particularly well suited for holographic video experimentation as it is relatively simple and inexpensive to fabricate1-3. Some additional advantages of leaky mode devices include: large aggregate bandwidth, polarization separation of signal light from noise, large angular deflection and frequency control of color1. In order to realize these advantages, it is necessary to be able to adequately characterize these devices as their operation is strongly dependent on waveguide and transducer parameters4. To characterize the modulators, the authors use a commercial prism coupler as well as a custom characterization apparatus to identify guided modes, calculate waveguide thickness and finally to map the device's frequency input and angular output of leaky mode modulators. This work gives a detailed description of the measurement and characterization of leaky mode modulators suitable for full-color holographic video.

Los resultados principales del protocolo anterior son la medición modo guiado del acoplador de prisma comercial muestra en la Figura 2, la frecuencia única, los datos de entrada sin procesar / salida recogidos del acoplador de prisma personalizado muestran en la Figura 8 y las curvas multicolores muestran en la Figura 9. en los siguientes párrafos se discute la información para la acción producida por cada una de estas salidas. La información obtenida de modo guiado el acoplador de prisma comercial se utiliza, principalmente, para establecer la profundidad de la guía de ondas, pero el número de modos y su espaciamiento contiene otra información útil relevante para el funcionamiento en modo permeable. Para el dispositivo de modo que gotea funcione como está diseñado, debe tener una transición de modo guiado a fugas de todos los colores, y la experimentación ha demostrado que esto es cierto cuando existe al menos dos modos guiados para cada Illuminalongitud de onda de la. Esto es particularmente relevante para el rojo, ya que tiene menor número de los modos guiados de los tres colores de la pantalla. La etapa de intercambio de protones 2 debe ser aumentado o disminuido para asegurarse de que hay dos modos de color rojo. En general, tener dos modos en rojo indica que también hay al menos dos modos en verde y azul. Dispositivos optimizados para la multiplexación por división de frecuencia de color han mostrado dos modos en rojo, tres modos de color verde y azul en cuatro modos. Menos modos pueden aparecer para el verde y el azul si el tiempo de recocido es demasiado largo. Si menos de la cantidad óptima de modos parece que la luz verde y azul, a continuación, puede ser necesario prolongar el tiempo de recocido en el paso 3. recocidos largas, sin embargo, también reducirá el índice efectivo de los modos guiados. La salida en bruto del acoplador de prisma de encargo como se muestra en la Figura 8 da una buena sentido cualitativo para un número de parámetros del dispositivo importantes, tales como ancho de banda de RF, barrido angular,linealidad de exploración, tamaño de punto, periodo de ondas estacionarias y la eficiencia de difracción aproximada. La proyección de los datos en el eje Y da la respuesta de frecuencia del dispositivo desde el que se puede leer la frecuencia central y el ancho de banda aproximado de operación. La proyección de los datos en el eje X da lapso de la salida de luz difractada. Esta información de posición es casi proporcional a la de barrido angular de la salida del dispositivo por lo que la proyección sobre este eje es un buen indicador del barrido angular del dispositivo. La pendiente de los datos en el plano XY de la gráfica nos da una idea de la linealidad de la exploración, así como la velocidad de exploración con frecuencia de entrada. Si el eje X se muestrea con una resolución suficientemente alta, a continuación, una sección transversal a lo largo del eje X dará el perfil de la viga. Si el eje Y se muestrea con una resolución suficientemente alta, entonces la superficie patrones de ondas acústicas estacionarias pueden llegar a ser apparent- si son prominentes, puede ser beneficioso añadir un absorbente acústico a laDispositivo para producir un liso, incluso escanear. eficiencia de difracción absoluta no se mide, pero cuando la comparación de un dispositivo a otro, la relación señal a ruido sirve como un buen indicador de la eficiencia de difracción relativa. Estos datos cruda proporciona una cantidad significativa de información, pero es relevante para una sola longitud de onda de iluminación. Para determinar si el dispositivo es capaz de control de frecuencia de color, datos en bruto es procesada por varios experimentos con las tres longitudes de onda para formar gráficos como la de la Figura 9. Los X e Y las proyecciones de los ejes son recogidos primero para los modos de guiado a la TE1 para todos tres colores. A continuación, estas proyecciones se superponen en el ángulo y la frecuencia de los ejes respectivamente para formar una frecuencia multicolor y la respuesta angular como la que se muestra. Si la respuesta para cada color es adyacente en frecuencia y solapamiento en ángulo, entonces el dispositivo es adecuado para el control de frecuencia de color. <p<html> class = &quot;jove_content&quot; fo: keep-together.within-page = &quot;1&quot;&gt; Mediante el uso de las medidas de caracterización descritos en este trabajo, se puede reproducir tanto en dispositivos capaces de control de frecuencia del color, así como modificar eficazmente su función para cumplir con los nuevos criterios de optimización, tales como la eficiencia de difracción maximizada, alta relación señal a ruido o alta linealidad. <img alt="Figura 1" src="/files/ftp_upload/53889/53889fig1.jpg" /> Figura 1:. Leaky modo modulador Como se ve a la izquierda, la luz entra en el dispositivo a través de un prisma de rutilo, que evanescente parejas luz en una guía de ondas indiffused en la superficie del sustrato. A medida que la luz se propaga guiada hacia el otro extremo del dispositivo se encuentra con ondas acústicas de superficie que outcouple la luz de la guía de ondas y rotan su polarización. El diagrama de impulso para esta interacción se da a la derecha.<html> ge.jpg &quot;target =&quot; _ blank &quot;&gt; Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura. <img alt="Figura 2" src="/files/ftp_upload/53889/53889fig2.jpg" /> Figura 2:. Ejemplo de guía de onda de datos de luz del láser se acopla en el prisma. A continuación, se refleja en la superficie del dispositivo y sobre un sensor de potencia. Cuando está presente un modo de guiado, en lugar de que se refleja en el dispositivo de la luz se guía a través del sustrato y sale por el extremo del dispositivo. Por lo tanto, se guía lejos del sensor de potencia y un fuerte &quot;caída&quot; se produce en la trama. Hay dos modos identificados en esta parcela. La lectura de la potencia aumentando gradualmente de izquierda a derecha se puede explicar por la eficiencia de transmisión aumentando gradualmente en el aire al límite prisma. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53889/53889fig2large.jpg" target="_blank">Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a> tienda &quot;fo: keep-together.within-page =&quot; 1 &quot;&gt; <img alt="figura 3" src="/files/ftp_upload/53889/53889fig3.jpg" /> Figura 3:. Proceso de Desarrollo de LOR de muestra imágenes de la misma área de un dispositivo como el LOR se desarrolla. La imagen de la izquierda fue tomada con un microscopio después del tiempo de desarrollo inicial de 25 seg. Las imágenes que siguen son una muestra de los cambios a través del proceso iterativo. La imagen final es un primer plano de las características más finas en el dispositivo después del desarrollo LOR para mostrar los bordes limpios y la exposición del sustrato subyacente. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53889/53889fig3large.jpg" target="_blank">Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a> <img alt="Figura 4" src="/files/ftp_upload/53889/53889fig4.jpg" /> Figura 4: Un prisma dispositivo acoplado montado en un tablero del desbloqueo. Un dispositivo acoplado completado correctamente montado en su breatablero de Kout. En el ángulo correcto, como en esta imagen, la mancha de humedad refleja un arco iris de colores. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53889/53889fig4large.jpg" target="_blank">Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a> <img alt="Figura 5" src="/files/ftp_upload/53889/53889fig5.jpg" /> Figura 5: Caracterización Aparato Esquema Esquema básico del aparato de caracterización.. El láser se envía a través de una serie de componentes ópticos antes de ser acoplado en el dispositivo a través de un prisma. Una vez dentro de un modo de guía de ondas en las ondas SAW producidas por los transductores interdigitales y una señal de RF golpear la luz en los modos con fugas que salen del dispositivo en un ángulo controlable frecuencia. Un actuador lineal conduce el medidor de potencia a través de una gama de posiciones, mientras que el generador de señal corre a través de una gama de frecuencias de la creación de gráficos de varias variables que describen la capacidad de control y fuerapuesto del dispositivo. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53889/53889fig5large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a> <img alt="Figura 6" src="/files/ftp_upload/53889/53889fig6.jpg" /> Figura 6:. Técnicas de Identificación de acoplamiento de luz adecuada de acoplamiento adecuado puede ser identificado ya sea por la presencia de la característica rayo de luz causada por la dispersión en la guía de ondas, como se muestra a la izquierda, o por las líneas de modo característicos fuera del extremo de la dispositivo, como se muestra a la derecha. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53889/53889fig6large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a> <img alt="Figura 7" src="/files/ftp_upload/53889/53889fig7.jpg" /> Figura 7:. Interfaz de usuario para el software LabView Testing La interrelación de usuario<html> cara incluyendo todas las variables definidas por el usuario. Los productos en caja en amarillo deben actualizarse antes de cada ensayo automatizado se ejecuta para que el programa analítico para funcionar correctamente. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53889/53889fig7large.jpg" target="_blank">Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a> <img alt="Figura 8" src="/files/ftp_upload/53889/53889fig8.jpg" /> Figura 8:. Muestra Frecuencia vs Gráfico Posición Si bien la entrada de RF y la ubicación del medidor de potencia son escaneados de forma lineal, el software experimento construye y muestra este gráfico interactivo en 3D de los datos recogidos. Al finalizar la vista actual se guarda para una referencia rápida. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53889/53889fig8large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a> /53889fig9.jpg &quot;/&gt; Figura 9: Ejemplo de modo de datos comparativos de respuesta de frecuencia de las tres longitudes de onda que se muestra a la izquierda.. El dispositivo tiene un ancho de banda de 200 MHz con control individual para cada longitud de onda. A la derecha está la respuesta ángulo de salida para cada dispositivo. Hay buenas solapamiento angular para 5-7 °. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53889/53889fig9large.jpg" target="_blank">Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a> <table fo:keep-together.within-page="1"><tbody><tr><td> Longitud de onda </td><td> Modo </td><td> Ángulo </td></tr><tr><td> 638 nm </td><td> TE0 </td><td> 23 ° </td></tr><tr><td></td><td> TE1 </td><td> 28 ° </td></tr><tr><td> 532 nm </td><td> TE0 </td><td> 26 ° </td></tr><tr><td></td><td> TE1 </td><td> 31 ° </td></tr><tr><td></td><td> TE2 </td><td> 32 ° </td> &lt;/ Tr&gt; <tr><td> 445 nm </td><td> TE0 </td><td> 31 ° </td></tr><tr><td></td><td> TE1 </td><td> 36 ° </td></tr><tr><td></td><td> TE2 </td><td> 38 ° </td></tr><tr><td></td><td> TE3 </td><td> 39 ° </td></tr></tbody></table> Tabla 1:. Modo de excitación parámetros de ángulo y la longitud de onda parámetros deseados para excitaciones del modo TE1 para los dispositivos descritos en este documento.

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Characterization of Anisotropic Leaky Mode Modulators for Holovideo

Caracterización de anisotrópico de modo que gotean moduladores para holovídeo

This work describes fabrication and characterization of anisotropic leaky mode modulators for holographic video.

Holovideo displays are based on light-bending spatial light modulators.  One such spatial light modulator is the anisotropic leaky mode modulator.  This ...

characterization-of-anisotropic-leaky-mode-modulators-for-holovideo

Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Engineering

7.9K vistas.  Brigham Young University. This work describes fabrication and characterization of anisotropic leaky mode modulators for holographic video.

Video: Characterization of Anisotropic Leaky Mode Modulators for Holovideo

Development of Whispering Gallery Mode Polymeric Micro-optical Electric Field Sensors

Optical modes of dielectric micro-cavities have received significant attention in recent years for their potential in a broad range of applications. The optical modes are frequently referred to as "whispering gallery modes" (WGM) or "morphology dependent resonances" (MDR) and exhibit high optical quality factors. Some proposed applications of micro-cavity optical resonators are in spectroscopy1, micro-cavity laser technology2, optical communications3-6 as well as sensor technology. The WGM-based sensor applications include those in biology7, trace gas detection8, and impurity detection in liquids9. Mechanical sensors based on microsphere resonators have also been proposed, including those for force10,11, pressure12, acceleration13 and wall shear stress14. In the present, we demonstrate a WGM-based electric field sensor, which builds on our previous studies15,16. A candidate application of this sensor is in the detection of neuronal action potential.
The electric field sensor is based on polymeric multi-layered dielectric microspheres. The external electric field induces surface and body forces on the spheres (electrostriction effect) leading to elastic deformation. This change in the morphology of the spheres, leads to shifts in the WGM. The electric field-induced WGM shifts are interrogated by exciting the optical modes of the spheres by laser light. Light from a distributed feedback (DFB) laser (nominal wavelength of ~ 1.3 &mu;m) is side-coupled into the microspheres using a tapered section of a single mode optical fiber. The base material of the spheres is polydimethylsiloxane (PDMS). Three microsphere geometries are used: (1) PDMS sphere with a 60:1 volumetric ratio of base-to-curing agent mixture, (2) multi layer sphere with 60:1 PDMS core, in order to increase the dielectric constant of the sphere, a middle layer of 60:1 PDMS that is mixed with varying amounts (2% to 10% by volume) of barium titanate and an outer layer of 60:1 PDMS and (3) solid silica sphere coated with a thin layer of uncured PDMS base. In each type of sensor, laser light from the tapered fiber is coupled into the outermost layer that provides high optical quality factor WGM (Q ~ 106). The microspheres are poled for several hours at electric fields of ~ 1 MV/m to increase their sensitivity to electric field.

A high-sensitivity photonic micro sensor was developed for electric field detection. The sensor exploits the optical modes of a dielectric sphere. Changes in the external electric field perturb the sphere morphology leading to shifts in its optical modes. The electric field strength is measured by monitoring these optical shifts.

Desarrollo de la Whispering Gallery Mode poliméricos micro-ópticos Sensores de campos eléctricos

Optical modes of dielectric micro-cavities have received significant attention in recent years for their potential in a broad range of applications. The ...

Investigación

Ingeniería

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.

Microondas Fotónica sistemas basados ​​en resonadores-gallery-mode Whispering

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

Fabrication and Characterization of Disordered Polymer Optical Fibers for Transverse Anderson Localization of Light

We develop and characterize a disordered polymer optical fiber that uses transverse Anderson localization as a novel waveguiding mechanism. The developed polymer optical fiber is composed of 80,000 strands of poly (methyl methacrylate) (PMMA) and polystyrene (PS) that are randomly mixed and drawn into a square cross section optical fiber with a side width of 250 &mu;m. Initially, each strand is 200 &mu;m in diameter and 8-inches long. During the mixing process of the original fiber strands, the fibers cross over each other; however, a large draw ratio guarantees that the refractive index profile is invariant along the length of the fiber for several tens of centimeters. The large refractive index difference of 0.1 between the disordered sites results in a small localized beam radius that is comparable to the beam radius of conventional optical fibers. The input light is launched from a standard single mode optical fiber using the butt-coupling method and the near-field output beam from the disordered fiber is imaged using a 40X objective and a CCD camera. The output beam diameter agrees well with the expected results from the numerical simulations. The disordered optical fiber presented in this work is the first device-level implementation of 2D Anderson localization, and can potentially be used for image transport and short-haul optical communication systems.

We develop and characterize a disordered polymer optical fiber that uses transverse Anderson localization as a novel waveguiding mechanism. This microstructured fiber can transport a small localized beam with a radius that is comparable to the beam radius of conventional optical fibers.

Fabricación y Caracterización de Polímeros desordenados Fibras ópticas para Transversal Anderson Localización de Luz

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

Construction and Characterization of External Cavity Diode Lasers for Atomic Physics

Since their development in the late 1980s, cheap, reliable external cavity diode lasers (ECDLs) have replaced complex and expensive traditional dye and Titanium Sapphire lasers as the workhorse laser of atomic physics labs1,2. Their versatility and prolific use throughout atomic physics in applications such as absorption spectroscopy and laser cooling1,2 makes it imperative for incoming students to gain a firm practical understanding of these lasers. This publication builds upon the seminal work by Wieman3, updating components, and providing a video tutorial. The setup, frequency locking and performance characterization of an ECDL will be described. Discussion of component selection and proper mounting of both diodes and gratings, the factors affecting mode selection within the cavity, proper alignment for optimal external feedback, optics setup for coarse and fine frequency sensitive measurements, a brief overview of laser locking techniques, and laser linewidth measurements are included.

This is an instructional paper to guide the construction and diagnostics of external cavity diode lasers (ECDLs), including component selection and optical alignment, as well as the basics of frequency reference spectroscopy and laser linewidth measurements for applications in the field of atomic physics.

Construcción y caracterización de Exteriores Cavidad diodo láser de Física Atómica

Since their development in the late 1980s, cheap, reliable external cavity diode lasers (ECDLs) have replaced complex and expensive traditional dye and ...

Mechanical Expansion of Steel Tubing as a Solution to Leaky Wellbores

Wellbore cement, a procedural component of wellbore completion operations, primarily provides zonal isolation and mechanical support of the metal pipe (casing), and protects metal components from corrosive fluids. These are essential for uncompromised wellbore integrity. Cements can undergo multiple forms of failure, such as debonding at the cement/rock and cement/metal interfaces, fracturing, and defects within the cement matrix. Failures and defects within the cement will ultimately lead to fluid migration, resulting in inter-zonal fluid migration and premature well abandonment. Currently, there are over 1.8 million operating wells worldwide and over one third of these wells have leak related problems defined as Sustained Casing Pressure (SCP)1. 
The focus of this research was to develop an experimental setup at bench-scale to explore the effect of mechanical manipulation of wellbore casing-cement composite samples as a potential technology for the remediation of gas leaks. 
The experimental methodology utilized in this study enabled formation of an impermeable seal at the pipe/cement interface in a simulated wellbore system. Successful nitrogen gas flow-through measurements demonstrated that an existing microannulus was sealed at laboratory experimental conditions and fluid flow prevented by mechanical manipulation of the metal/cement composite sample. Furthermore, this methodology can be applied not only for the remediation of leaky wellbores, but also in plugging and abandonment procedures as well as wellbore completions technology, and potentially preventing negative impacts of wellbores on subsurface and surface environments.

This article reports on a laboratory scale investigation of an existing field procedure and its adaptation for sealing of leaky wellbores. It consists of mechanical expansion of metal pipe, which results in an improved metal/cement bond, ultimate sealing of hydraulic pathways and prevention of gas leaks caused by the presence of a microannular channel.

Expansión Mecánica de tubo de acero como una solución a los pozos con fugas

Wellbore cement, a procedural component of wellbore completion operations, primarily provides zonal isolation and mechanical support of the metal pipe ...

Electron Channeling Contrast Imaging for Rapid III-V Heteroepitaxial Characterization

Misfit dislocations in heteroepitaxial layers of GaP grown on Si(001) substrates are characterized through use of electron channeling contrast imaging (ECCI) in a scanning electron microscope (SEM). ECCI allows for imaging of defects and crystallographic features under specific diffraction conditions, similar to that possible via plan-view transmission electron microscopy (PV-TEM). A particular advantage of the ECCI technique is that it requires little to no sample preparation, and indeed can use large area, as-produced samples, making it a considerably higher throughput characterization method than TEM. Similar to TEM, different diffraction conditions can be obtained with ECCI by tilting and rotating the sample in the SEM. This capability enables the selective imaging of specific defects, such as misfit dislocations at the GaP/Si interface, with high contrast levels, which are determined by the standard invisibility criteria. An example application of this technique is described wherein ECCI imaging is used to determine the critical thickness for dislocation nucleation for GaP-on-Si by imaging a range of samples with various GaP epilayer thicknesses. Examples of ECCI micrographs of additional defect types, including threading dislocations and a stacking fault, are provided as demonstration of its broad, TEM-like applicability. Ultimately, the combination of TEM-like capabilities &#8211; high spatial resolution and richness of microstructural data &#8211; with the convenience and speed of SEM, position ECCI as a powerful tool for the rapid characterization of crystalline materials.

The use of electron channeling contrast imaging in a scanning electron microscope to characterize defects in III-V/Si heteroexpitaxial thin films is described. This method yields similar results to plan-view transmission electron microscopy, but in significantly less time due to lack of required sample preparation.

Electron Canalización de imágenes de contraste para Rapid III-V heteroepitaxial Caracterización

Misfit dislocations in heteroepitaxial layers of GaP grown on Si(001) substrates are characterized through use of electron channeling contrast imaging ...

Automation of Mode Locking in a Nonlinear Polarization Rotation Fiber Laser through Output Polarization Measurements

When a laser is mode-locked, it emits a train of ultra-short pulses at a repetition rate determined by the laser cavity length. This article outlines a new and inexpensive procedure to force mode locking in a pre-adjusted nonlinear polarization rotation fiber laser. This procedure is based on the detection of a sudden change in the output polarization state when mode locking occurs. This change is used to command the alignment of the intra-cavity polarization controller in order to find mode-locking conditions. More specifically, the value of the first Stokes parameter varies when the angle of the polarization controller is swept and, moreover, it undergoes an abrupt variation when the laser enters the mode-locked state. Monitoring this abrupt variation provides a practical easy-to-detect signal that can be used to command the alignment of the polarization controller and drive the laser towards mode locking. This monitoring is achieved by feeding a small portion of the signal to a polarization analyzer measuring the first Stokes parameter. A sudden change in the read out of this parameter from the analyzer will occur when the laser enters the mode-locked state. At this moment, the required angle of the polarization controller is kept fixed. The alignment is completed. This procedure provides an alternate way to existing automating procedures that use equipment such as an optical spectrum analyzer, an RF spectrum analyzer, a photodiode connected to an electronic pulse-counter or a nonlinear detecting scheme based on two-photon absorption or second harmonic generation. It is suitable for lasers mode locked by nonlinear polarization rotation. It is relatively easy to implement, it requires inexpensive means, especially at a wavelength of 1550 nm, and it lowers the production and operation costs incurred in comparison to the above-mentioned techniques.

A protocol to detect and automate mode locking in a pre-adjusted nonlinear polarization rotation fiber laser is presented. The detection of a sudden change in the output polarization state when mode locking occurs is used to command the alignment of an intra-cavity polarization controller in order to find mode-locking conditions.

Automatización de modo de bloqueo de rotación en un láser de fibra no lineal de polarización a través de mediciones de polarización de salida

When a laser is mode-locked, it emits a train of ultra-short pulses at a repetition rate determined by the laser cavity length. This article outlines a ...

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).

Estimulada Stokes y Antistokes Raman Scattering en microesférico Whispering Gallery Mode resonadores

Dielectric microspheres can confine light and sound for a length of time through high quality factor whispering gallery modes (WGM). Glass microspheres ...

A Novel Method for In Situ Electromechanical Characterization of Nanoscale Specimens

Electrically assisted deformation (EAD) is increasingly being used to improve the formability of metals during processes such as sheet metal rolling and forging. Adoption of this technique is proceeding despite disagreement concerning the underlying mechanism responsible for EAD. The experimental procedure described herein enables a more explicit study compared to previous EAD research by removing thermal effects, which are responsible for disagreement in interpreting previous EAD results. Furthermore, as the procedure described here enables EAD observation in situ and in real time in a transmission electron microscope (TEM), it is superior to existing post-mortem methods that observe EAD effects post-test. Test samples consist of a single crystal copper (SCC) foil having a free-standing tensile test section of nanoscale thickness, fabricated using a combination of laser and ion beam milling. The SCC is mounted to an etched silicon base that provides mechanical support and electrical isolation while serving as a heat sink. Using this geometry, even at high current density (~3,500 A/mm2), the test section experiences a negligible temperature increase (&#60;0.02 &#176;C), thus eliminating Joule heating effects. Monitoring material deformation and identifying the corresponding changes to microstructures, e.g. dislocations, are accomplished by acquiring and analyzing a series of TEM images. Our sample preparation and in situ experiment procedures are robust and versatile as they can be readily utilized to test materials with different microstructures, e.g., single and polycrystalline copper.

A Novel Method for In Situ Electromechanical Characterization of Nanoscale Specimens

Isolating electrical and thermal effects on electrically assisted deformation (EAD) is very difficult using macroscopic samples. Metallic sample micro- and nanostructures together with a custom test procedure have been developed to evaluate the impact of applied current on the formation without joule heating and evolution of dislocations on these samples.

Un nuevo método para<em&gt; In Situ</em&gt; Caracterización electromecánica de especímenes de nanoescala

Electrically assisted deformation (EAD) is increasingly being used to improve the formability of metals during processes such as sheet metal rolling and ...

Ultrasonic Fatigue Testing in the Tension-Compression Mode

Ultrasonic fatigue testing is one of a few methods which allow investigating fatigue properties in the ultra-high cycle region. The method is based on exposing the specimen to longitudinal vibrations on its resonance frequency close to 20 kHz. With use of this method, it is possible to significantly decrease the time required for the test, when compared to conventional testing devices usually working at frequencies under 200 Hz. It is also used to simulate loading of material during operation in high speed conditions, such as those experienced by components of jet engines or car turbo pumps. It is necessary to operate only in the high and ultra-high cycle region, due to the possibility of extremely high deformation rates, which can have a significant influence on the test results. Specimen shape and dimensions have to be carefully selected and calculated to fulfill the resonance condition of the ultrasonic system; thus, it is not possible to test the full components or specimens of arbitrary shape. Before each test, it is necessary to harmonize the specimen with the frequency of the ultrasonic system to compensate for deviations of the real shape from the ideal one. It is not possible to run a test until a total fracture of the specimen, since the test is automatically terminated after initiation and propagation of the crack to a certain length, when the stiffness of the system changes enough to shift the system out of the resonance frequency. This manuscript describes the process of evaluation of materials' fatigue properties at high-frequency ultrasonic fatigue loading with use of mechanical resonance at a frequency close to 20 kHz. The protocol includes a detailed description of all steps required for a correct test, including specimen design, stress calculation, harmonizing with the resonance frequency, performing the test, and final static fracture.

A protocol for ultrasonic fatigue testing in the high and ultra-high cycle region in axial tension-compression loading mode.

Fatiga ultrasónica prueba en el modo de tensión-compresión

Ultrasonic fatigue testing is one of a few methods which allow investigating fatigue properties in the ultra-high cycle region. The method is based on ...