Fabricação de simulação, e Caracterização de THz Absorvedores de metamateriais
Summary
Este protocolo descreve a simulação, fabricação e caracterização de absorvedores metamaterial THz. Tais absorventes, quando acoplado com um sensor apropriado, ter aplicações em imagiologia THz e espectroscopia.
Abstract
Metamateriais (MM), os materiais artificiais modificados para ter propriedades que não podem ser encontrados na natureza, têm sido amplamente explorados desde a primeira demonstração de uma teórica e experimental 2 às suas propriedades únicas. MMS pode dar uma resposta eletromagnética altamente controlável, e até à data tem sido demonstrado em cada faixa espectral tecnologicamente relevantes, incluindo o 3 óptico, perto IR 4, meados IR 5, 6 THz, mm-wave 7, 8 e microondas de rádio 9 bandas. As aplicações incluem lentes perfeitas 10, sensores de 11, telecomunicações 12, 13 mantos da invisibilidade e filtros 14,15. Desenvolvemos recentemente única banda 16, 17 e de banda dupla de banda larga 18 THz dispositivos absorvedores metamaterial capazes de absorção superior a 80% no pico de ressonância. O conceito de um absorvedor de MM é especially importante nas freqüências de THz, onde é difícil encontrar fortes freqüência seletiva amortecedores THz 19. No nosso MM absorvedor da radiação THz é absorvido por uma espessura de ~ λ/20, superando as limitações da espessura de absorventes de comprimento de onda tradicionais trimestre. Absorvedores MM naturalmente se prestam a aplicações de detecção de THz, tais como sensores térmicos, e se integrado com fontes adequadas de THz (por exemplo QCLs), pode levar a compacta, altamente sensível, de baixo custo, em tempo real, sistemas de THz imagem.
Introduction
Este protocolo descreve a simulação, fabricação e caracterização de banda única e absorvedores de banda larga MM THz. O dispositivo, mostrado na Figura 1, consiste de uma cruz de metal e uma camada dieléctrica no topo de uma placa de massa de metal. A estrutura em forma de cruz é um exemplo de um anel eléctrico ressonador (ERR) 20,21 e casais fortemente a campos eléctricos uniformes, mas de forma insignificante a um campo magnético. Por emparelhamento a ERR com um plano de massa, o componente magnético da onda incidente THz induz uma corrente nas secções do ERR, que são paralelas à direcção do campo E. A resposta eléctrico e magnético pode então ser ajustado de forma independente e a impedância da estrutura correspondente ao espaço livre através da variação da geometria do ERR e que a distância entre os dois elementos metálicos. Como mostrado na Figura 1 (d), a simetria das estrutura resulta uma resposta absorção polarização insensível.
Protocol
Representative Results
Discussion
Este protocolo descreve a simulação, fabricação e caracterização de absorvedores metamaterial THz. É essenciais tais sub-comprimento de onda estruturas são simuladas com precisão antes de qualquer esforço está empenhada em procedimentos de fabricação caros. Lumerical simulações FDTD fornecer informações não só sobre o espectro de absorção de MM, mas também o local da absorção, o conhecimento essencial para auxiliar a colocação de um transdutor e de obter a resposta máxima. Além disso, o algor…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este trabalho é apoiado pela Engenharia e Ciências Físicas Research Council número de concessão EP/I017461/1. Gostaríamos também de agradecer a contribuição jogado pela equipe técnica do Centro de Nanofabricação James Watt.
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 |
Referências
- 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).
