THz metamalzeme Emiciler Simülasyon, Üretimi ve Karakterizasyonu
Summary
Bu protokol THz metamalzeme emiciler simülasyon, imalat ve karakterizasyonu özetliyor. Böyle emiciler, uygun bir sensör ile birleştiğinde, THz görüntüleme ve spektroskopi uygulamaları var.
Abstract
Metamalzemeler (MM), doğada bulunan olmayabilir özelliklere sahip olacak biçimde işlenmiş yapay malzemeler, yaygın olarak kendi eşsiz özelliklerini ilk 1 teorik ve deneysel gösteri 2 yana araştırılmıştır. MMS derece kontrollü elektromanyetik yanıtı sağlayabilir, ve bugüne kadar IR 4, orta kızılötesi 5, THz 6 mm dalga 7, mikrodalga 8 ve radyo 9 bantları yakınındaki optik 3 dahil olmak üzere her teknolojik ilgili spektral aralığı içinde gösterilmiştir. Uygulamalar mükemmel lensler 10, sensörler 11, telekomünikasyon 12, görünmezlik pelerinleri 13 ve filtreler 14,15 içerir. Biz son zamanlarda tek band 16, dual bant 17 ve rezonans zirvesinde daha büyük% 80 emilim yeteneğine genişbant 18 THz metamalzeme emici cihazları geliştirdik. Bir MM emici kavramı especiall olduğunugüçlü frekans seçici THz emiciler 19 bulmak zordur THz frekansları y önemlidir. Yazın MM emici olarak THz radyasyon geleneksel çeyrek dalga boyu emiciler kalınlık sınırlama üstesinden, ~ λ/20 bir kalınlık emilir. MM emiciler doğal, termal sensörler gibi THz algılama uygulamaları, kendilerini borç ve uygun THz kaynakları ile entegre halinde (örneğin QCLs), kompakt, yüksek hassasiyetli, düşük maliyetli, gerçek zamanlı THz görüntüleme sistemleri yol açabilir.
Introduction
Bu protokol tek ve geniş bant THz MM emiciler simülasyon, imalat ve karakterizasyonu açıklar. Şekil 1 'de gösterilen cihaz, bir metal ve bir metal çapraz bir yatay düzleme üzerinde bir dielektrik katmandan oluşur. Haç şekilli bir yapı rezonatör elektrik halkası (HATA) 20,21 ve kuvvetle düzgün bir elektrik alanlarına çiftler, ancak ihmal edilebilir bir manyetik alan için bir örnektir. Bir zemin düzlemi ile ERR eşleştirme olarak, olay THz dalga manyetik bileşen E-alan yönüne paralel olan ERR bölümlerinde bir akıma neden olmaktadır. Elektrik ve manyetik tepki daha sonra bağımsız olarak ayarlanmış ve yapısının empedansı ERR geometrisi ve iki metalik unsurları arasındaki mesafeyi değiştirerek boş alan için uygun olabilir. Şekil 1 (d), bir polarizasyon duyarsız emme yanıt olarak yapı sonuç simetri gösterilmiştir.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bu protokol THz metamalzeme emiciler simülasyon, imalat ve karakterizasyonu açıklar. Bu herhangi bir çaba pahalı fabrikasyon işlemleri kararlıdır önce temel tür alt-dalga yapıları doğru simüle olmasıdır. Lumerical FDTD simülasyonlar MM emilme tayfı, sadece ilgili bilgiler, aynı zamanda, bir transdüser yerleştirme yardımcı olmak ve maksimum tepki elde etmek için emme konumu, gerekli bilgiyi sağlamaktadır. Ayrıca Lumerical olarak optimizasyon algoritması hızla liyakat önceden tanımlanmış b…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu çalışma Mühendislik ve Fiziksel Bilimler Araştırma Konseyi hibe sayısı EP/I017461/1 tarafından desteklenmektedir. Biz de James Watt Nanofabrikasyona Merkezi teknik personel tarafından oynanan katkısını kabul etmelerini istiyoruz.
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).
