סימולציה, ייצור ואפיון של בולמי metamaterial THz
Summary
פרוטוקול זה מתאר את הסימולציה, הייצור והאפיון של בולמי metamaterial THz. בולמים כאלה, כאשר יחד עם חיישן מתאים, יש יישומים בTHz הדמיה וספקטרוסקופיה.
Abstract
Metamaterials (MM), חומרים מלאכותיים מהונדסים בעלי תכונות שלא ניתן למצוא בטבע, נחקרו באופן נרחב מאז הפגנת 1 התיאורטית והניסיונית הראשונה 2 מתוך המאפיינים הייחודיים שלהם. MMS יכול לתת מענה לשליטה אלקטרומגנטית מאוד, ועד כה הוכח בכל מגוון טכנולוגיות רלוונטי רפאים כוללים 3 האופטיים, ליד IR 4, 5 אמצע IR, THz 6, מ"מ גל 7, 8 ו 9 מיקרוגל להקות רדיו. יישומים כוללים עדשות מושלמות 10, 11, 12 חיישני תקשורת, גלימות היעלמות 13 ומסננים 14,15. פתחנו לאחרונה להקה אחת 16, להקה כפולה 17 ומכשירי פס רחב 18 THz metamaterial בולם מסוגלים קליטה יותר מ 80% בשיא התהודה. הרעיון של בולם MM הוא especially חשוב בתדרי THz בם קשה למצוא בולמי THz סלקטיבית חזקים בתדר 19. בבולם MM THz הקרינה נספגה בעובי ~ λ/20, התגברות על מגבלת העובי של בולמי גל רבעון מסורתיים. בולמי MM להשאיל את עצמם באופן טבעי ליישומי זיהוי THz, כגון חיישנים תרמיים, ואם משולבים עם מקורות THz מתאימים (QCLs למשל), עלול להוביל למחיר קומפקטי, רגיש מאוד, נמוך, מערכות זמן אמת THz הדמיה.
Introduction
פרוטוקול זה מתאר את הסימולציה, הייצור והאפיון של להקה אחת ובולמי MM THz פס רחב. המכשיר, המוצג באיור 1, מורכב מצלב מתכת ושכבת דיאלקטרי על גבי מטוס קרקע מתכת. המבנה בצורת צלב הוא דוגמה לטבעת מהוד חשמלית (ERR) 20,21 וזוגות חזקים לשדות חשמליים אחידים, אבל זניחה לשדה מגנטי. על ידי זיווג ERR עם מטוס לקרקע, הרכיב המגנטי של גל THz האירוע גורם נוכחי בסעיפים של ERR שמקבילים לכיוון של ה E-השדה. התגובה החשמלית ומגנטית אז יכולה להיות מכוונת באופן עצמאי והעכבה של המבנה להתאמה לשטח פנוי על ידי שינוי הגיאומטריה של ERR והמרחק בין שני יסודות המתכתיים. כפי שמוצג באיור 1 (ד), את הסימטריה של מבנה התוצאות בתגובת קליטת קיטוב חסרת רגישות.
Protocol
Representative Results
Discussion
פרוטוקול זה מתאר את הסימולציה, הייצור והאפיון של בולמי metamaterial THz. זה מבנים תת גל כאלה הם חיוניים במדויק מדומים לפני כל מאמץ מחויב לנהלי ייצור יקרים. סימולציות FDTD Lumerical לספק מידע לא רק על ספקטרום ספיגת MM אלא גם את המיקום של הקליטה, ידע חיוני כדי לסייע למיקום של מתמר ולקבל…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
עבודה זו נתמכת על ידי מספר מדעים הפיזיקליים מועצה למחקר מענק EP/I017461/1 הנדסה ו. אנו מבקשים גם להודות על התרומה בגילומו של צוות הטכני של מרכז Nanofabrication ואט ג'יימס.
Materials
| Name of Reagent/Material | Company | Catalogue Number | Comments |
| Lumerical FDTD | Lumerical | ||
| Silicon wafer | IDB technologies | Single sided polished | |
| Plassys 450 MEB evaporator | Plassys Bestek | ||
| VM651 Primer | Dupont | ||
| PI2545 | Dupont | ||
| Methyl Isobutyl Ketone | Sigma-Aldrich | ||
| Isopropanol | Sigma-Aldrich | ||
| Plasmaprep5 barrel Asher | Gala Instrumente | ||
| VB6 UHR EWF electron beam writer | Vistec | ||
| Tanner L-Edit | Tanner Inc. | ||
| Layout Beamer | GenISys Inc. | ||
| Polymethyl methacrylate (PMMA) | Sigma-Aldrich | 293261 Sigma-Aldrich | |
| IFV 66v/s FTIR | Bruker | ||
| Pike 30spec reflection unit | Pike Technologies | ||
| Hg arc lamp | Bruker | ||
| Au mirror | Thor Labs | PF05-03-M01 | |
| Leica INM20 Optical Microscope | Leica microsystems | ||
| 6 mm Mylar Beamsplitter | Bruker |
References
- Pendry, J. B., Holden, A. J., Robbins, D. J., Stewart, W. J. Magnetism from conductors and enhanced nonlinear phenomena. IEEE Trans. Microw. Theory. 47, 2075-2084 (1999).
- Pendry, J. B., Holden, A. J., Robbins, D. J., Stewart, W. J. Magnetism from conductors and enhanced nonlinear phenomena. IEEE Microw Theory. 47, 2075-2084 (1999).
- Smith, D. R., Padilla, W. J., Vier, D. C., Nemat-Nasser, S. C., Schultz, S. Composite medium with simultaneously negative permeability and permittivity. Phys. Rev. Lett. 84, 4184-4187 (2000).
- Dolling, G., Wegener, M., Linden, S. Realization of a three-functional-layer negative-index photonic metamaterial. Opt. Lett. 32, 551-553 (2007).
- Zhang, S., et al. Experimental demonstration of near-infrared negative-index metamaterials. Phys. Rev. Lett. 95, 137404 (2005).
- Linden, S., et al. Magnetic response of metamaterials at 100 terahertz. Science. 306, 1351-1353 (2004).
- Landy, N. I., et al. Design, theory, and measurement of a polarization-insensitive absorber for terahertz imaging. Phys. Rev. B. 79, 125104-12 (2009).
- Gokkavas, M., et al. Experimental demonstration of a left-handed metamaterial operating at 100 GHz. Phys. Rev. B. 73, 193103 (2006).
- Smith, D. R., Kroll, N. Negative refractive index in left-handed materials. Phys. Rev. Lett. 85, 2933-2936 (2000).
- Wiltshire, M. C. K., et al. Microstructured magnetic materials for RF flux guides in magnetic resonance imaging. Science. 291, 849-851 (2001).
- Pendry, J. B. Negative refraction makes a perfect lens. Phys. Rev. Lett. 85, 3966-3969 (2000).
- Kabashin, A. V., et al. Plasmonic nanorod metamaterials for biosensing. Nat. Mater. 8, 867-871 (2009).
- Dolling, G., Enkrich, C., Wegener, M., Soukoulis, C. M., Linden, S. Low-loss negative-index metamaterial at telecommunication wavelengths. Opt. Lett. 31, 1800-1802 (2006).
- Schurig, D., et al. Metamaterial electromagnetic cloak at microwave frequencies. Science. 314, 977-980 (2006).
- Chen, H. T., et al. Experimental demonstration of frequency-agile terahertz metamaterials. Nat. Photonics. 2, 295-298 (2008).
- Ma, Y., Khalid, A., Saha, S. C., Grant, J. P., Cumming, D. R. S. THz band pass filter on plastic substrates and its application on biological sensing. IEEE Photonics Society Winter Topicals Meeting Series. , 50-51 (2010).
- Grant, J., et al. Polarization insensitive terahertz metamaterial absorber. Opt. Lett. 36, 1524-1526 (2011).
- Ma, Y., et al. A terahertz polarization insensitive dual band metamaterial absorber. Opt. Lett. 36, 945-947 (2011).
- Grant, J., Ma, Y., Saha, S., Khalid, A., Cumming, D. R. S. Polarization insensitive, broadband terahertz metamaterial absorber. Opt. Lett. 36, 3476-3478 (2011).
- Tonouchi, M. Cutting-edge terahertz technology. Nat. Photon. 1, 97-105 (2007).
- D. Schurig, J. J. M., Justice, B. J., Cummer, S. A., Pendry, J. B., Starr, A. F., Smith, D. R. Microwave Cloaking Realized. Science. 314, 889 (2006).
- Padilla, W. J., et al. Electrically resonant terahertz metamaterials: Theoretical and experimental investigations. Phys. Rev. B. 75, 041102 (2007).
- Smith, D. R., Vier, D. C., Koschny, T., Soukoulis, C. M. Electromagnetic parameter retrieval from inhomogeneous metamaterials. Phys. Rev. E. 71, (2005).
- Landy, N. I., Sajuyigbe, S., Mock, J. J., Smith, D. R., Padilla, W. J. Perfect metamaterial absorber. Phys. Rev. Lett. 100, 207402 (2008).
- Hao, J. M., et al. High performance optical absorber based on a plasmonic metamaterial. Appl. Phys. Lett. 96, 251104 (2010).
- Chen, H. T. Interference theory of metamaterial perfect absorbers. Opt. Express. 20, 7165-7172 (2012).
- Lee, A. W. M., Hu, Q. Real-time, continuous-wave terahertz imaging by use of a microbolometer focal-plane array. Optics Letters. 30, 2563-2565 (2005).
- Thermo Nicolet Corporation. . An Introduction to Fourier Transform Infared Spectroscopy. , (2001).
