Utilizzo di microonde e campioni macroscopici di dielettrici solidi per studiare le proprietà fotoniche di Disordine Photonic Materials Bandgap

Sommario

Strutture disordinati offrono nuovi meccanismi per la formazione bandgaps fotonici e una libertà senza precedenti nel design funzionale di difetti. Per aggirare le sfide computazionali dei sistemi disordinati, costruiamo modulari campioni macroscopici della nuova classe di materiali PBG e utilizzare le microonde per caratterizzare le loro proprietà fotoniche scala-invariante, in modo facile ed economico.

Abstract

Recentemente, materiali fotonici disordinati sono stati suggeriti come alternativa a cristalli periodici per la formazione di un bandgap fotonico completa (PBG). In questo articolo andremo a descrivere i metodi per la costruzione e la caratterizzazione macroscopiche strutture fotoniche disordinati mediante microonde. Il regime microonde offre il più conveniente dimensione del campione sperimentale per costruire e testare i media PBG. Componenti reticolo dielettrico facilmente manipolabile estendono la flessibilità nella costruzione di diverse strutture 2D sulla cima di modelli in plastica pre-stampati. Una volta costruito, le strutture possono essere rapidamente modificati con difetti di punto e di linea per rendere guide d'onda a forma libera e filtri. Prove vengono effettuate utilizzando un Vector Network Analyzer e coppie di antenne a tromba microonde ampiamente disponibili. A causa della proprietà di invarianza di scala dei campi elettromagnetici, i risultati ottenuti nella regione delle microonde possono essere applicati direttamente alle regioni a infrarossi e ottici. Il nostro approccio è semplice ma offre EXCIting nuova visione della natura dell'interazione materia luce e disordinato.

I nostri risultati rappresentativi includono la prima dimostrazione sperimentale dell'esistenza di un PBG completo e isotropo in una struttura dielettrica disordinata bidimensionale (2D) hyperuniform. Inoltre abbiamo dimostrato sperimentalmente la capacità di questa struttura fotonica romanzo per guidare le onde elettromagnetiche (EM) attraverso guide d'onda a forma libera di forma arbitraria.

Introduzione

L'esistenza di un bandgap di fotoni è stato al centro di molte opere scientifiche, a partire dagli studi precedenti effettuati da Lord Rayleigh alla fermata banda unidimensionale, una gamma di frequenze che sono proibite dalla propagazione attraverso un mezzo periodica ^1. La ricerca di onde elettromagnetiche (EM) propagazione in strutture periodiche ha davvero prosperato negli ultimi due decenni dopo le pubblicazioni seminali di E. Yablonovitch ^2,3 e S. Giovanni ^4. Il termine "cristallo fotonico" è stato coniato da Yablonovitch per descrivere le strutture dielettriche periodiche che possedevano un bandgap fotonico (PBG).

Protocollo

1. progettare una struttura 2D Hyperuniform Disordine dielettrica ¹¹

1. Scegli una sottoclasse di 2D punto disturbo hyperuniform modello (cerchi blu in figura 2) e partizionarlo (linee blu in figura 2) utilizzando Delaunay tassellatura. Una tassellazione 2D Delaunay è una triangolazione che massimizza l'angolo minimo per ogni triangolo formato e garantisce non ci siano altri punti all'interno del cerchio circoscritto di ogni triangolo ^11.
2. Individuare i centroidi di ogni triangolo (solidi cerchi neri in figura 2); questi centroidi sono le posizioni delle aste dielettrich....

Risultati

Abbiamo raggiunto la prima conferma sempre di un isotropica completa presente PBG nelle strutture dielettriche disordine hyperuniform. Qui, vi presentiamo i nostri risultati struttura HD e li paragoniamo a quella di un periodico reticolo quadrato cristallo fotonico.

La Figura 5 mostra un grafico semi-log di trasmissione polarizzazione TE (dB) in funzione della frequenza (GHz) per una struttura disturbo hyperuniform ad un angolo di incidenza. Questo grafico mostra che la regi.......

Discussione

Partendo da un modello di punto disordinato hyperuniform, strutture HD 2D composto da aste e / o di rete a muro può essere progettato per ottenere un PBG completa per tutti polarizzazione ^11. Sulla base del disegno, abbiamo costruito un modello con fori e asole per il montaggio di barre 2D allumina e strutture a pareti cm scala che potrebbe essere testato con microonde. Abbiamo scelto di lavorare con microonde, perché blocchi cm-scala, come le aste e le pareti di allumina, sono poco costosi e facilmente manip.......

Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo

Nome	Azienda	Numero di catalogo	Commenti
Macchina per stereolitografia	3D Systems	SLA-7000
Resina per base	3D Systems	Accura 60
Barre di			r=2,5 mm, tagliate a 10,0 cm di altezza Fogli
		di allumina	Spessore 0,38 mm, varie larghezze: da 1,0 mm a 5,3 mm con incrementi di 0,2 mm
Generatore di microonde	Agilent/HP	83651B
Set di test dei parametri S	Agilent/HP	8517B
Analizzatore di rete vettoriale a microonde	Agilent/HP	8510C

allumina