Focused Ion Beam Nanolab

• Subject Area: Optics, Quantum Optics and Physics of Atoms, Molecules and Plasmas
• Term: Funded in 2007
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 53060147

• Final Report Year: 2012

Final Report Abstract

Das Gerät wurde im Wesentlichen von der Abteilung Russell und der Arbeitsgruppe Peschel eingesetzt zur Mikrostrukturierung von optischen Glasfasern und plasmonischen Strukturen. Dabei wurden die folgenden Arbeiten durchgeführt: 1. Präzises Schneiden von Glasfasern: Hier wurden Glasfasern mit einem Durchmesser von bis zu 200 µm senkrecht zur Faserachse bis zu einer Tiefe von 100 µm eingeschnitten und anschließend mechanisch gebrochen (sog. „cleaving“). Dieses selbst entwickelte Verfahren des „Mikroanritzens“ erlaubt die sehr präzise Herstellung von kurzen Faserstücken mit Längen deutlich unterhalb eines Millimeters. Die kürzeste realisierte einzelne Faserstruktur hatte dabei eine Länge von ca. 25 µm, was mit keiner anderen Cleaving-Technik zu realisieren ist. Dieses Gerät war somit entscheidend für die gesamten Gruppe „Nanowire“ der Abteilung Russell. 2. Nanopolieren von Faserendflächen: Hier wurden Endflächen von hybriden Fasern (Multimaterialfasern) mithilfe der Ionenstrahlanlage auf optische Qualität poliert. Der Vorteil dieser Technik liegt dabei in der Materialflexibilität: Es können praktisch beliebige Materialkombinationen poliert werden, was vielmals für gold- oder glasgefüllte Photonische Kristallfasern eingesetzt wurde. Bei einer solchen Struktur scheitern alle herkömmlichen Polierverfahren aufgrund der sehr unterschiedlichen Härtegrade der involvierten Materialen oder thermischer Spannung innerhalb des gefüllten Bereichs. 3. Mithilfe des Ionenstrahls wurden sehr kleine Löcher von der Seite in Quarzglasfasern gebohrt, um Zugang zu dem lichtleitenden Hohlkern in der Mitte der Faser zu erhalten. Dieser seitliche Kanal wurde anschließend verwendet, um die Faser mit Edelgasen zu füllen und um ionische Flüssigkeiten im Hohlkern elektrisch zu kontaktieren. 4. Strukturieren von plasmonischen Proben: Das Gerät wurde zur präzisen und schnellen Strukturierung von Proben für Experimente in der Nanophotonik verwendet. Mittels Ionenstrahl wurden auf dielektrischen Substraten abgeschiedene Metallfilme strukturiert, um so plasmonische Nanoantennen, Gapwellenleiter und resonante Subwellenlängenstrukturen herzustellen. Das Gerät ermöglichte die schnelle und effiziente Überführung theoretischer Modelle in experimentell analysierbare Strukturen. 5. Tiefenanalyse optischer, elektronischer und plasmonischer Strukturen: Die FIB in Kombination mit dem integrierten Rasterelektronenmikroskop wurde ebenfalls genutzt, um den internen Aufbau nanooptische Komponenten und mikroelektronischer Testschaltkreise zu analysieren. Dazu wurden die zu untersuchenden Strukturen an bestimmten Stellen mittels Ionenstrahl angeschnitten und die entstehenden Querschnitte mittels Elektronenmikroskop abgebildet.

Publications

• Plasmon resonances on gold nanowires directly drawn in a step-index fiber. Optics Letters / August 1, 2010 / Vol. 35, No. 15
  H. K. Tyagi, H. W. Lee, P. Uebel, M. A. Schmidt, N. Joly, M. Scharrer, and P. St.J. Russell
  
• An azimuthally polarizing photonic crystal fibre with a central gold nanowire. New Journal of Physics 13 (2011) 063016
  Patrick Uebel, Markus A Schmidt, Michael Scharrer and Philip St J Russell
  
• Bandgap guidance in hybrid chalcogenide–silica photonic crystal fibers. Optics Letters / Vol. 36, No. 13 / July 1, 2011
  Nicolai Granzow, Patrick Uebel, Markus A. Schmidt, Andrey S. Tverjanovich, Lothar Wondraczek and Philip St. J. Russell
  
• Pressure-assisted melt-filling and optical characterization of Au nano-wires in microstructured fibers. 20 June 2011 / Vol. 19, No. 13 / Optics Express 12180
  H. W. Lee, M. A. Schmidt, R. F. Russell, N. Y. Joly, H. K. Tyagi, P. Uebel, and P. St. J. Russell
  
• “Experimental cross-polarization detection of coupling far-field light to highly confined plasmonic gap modes via nanoantennas”. Applied Physics Letters 98, 101109 – 101111 (2011); Virtual Journal of Nanoscale Science & Technology - March 21, (2011)
  J. Wen, P. Banzer, A. Kriesch, D. Ploss, B. Schmauss, and U. Peschel
  
• “Resonant metamaterials for contrast enhancement in optical lithography”. Optics Express Vol. 20, Iss. 18, pp. 19928–19935 (2012)
  S. Dobmann, D. Shyroki, P. Banzer, A. Erdmann, and U. Peschel