Name: Mit Mikrowelle und makroskopischen Proben der Dielektrische Festkörper, um die photonischen Eigenschaften ungeordneter photonische Bandlückenmaterialien Studieren (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-09-26T13:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 35 s
Description: Erfahren Sie die Charakterisierung ungeordneter photonischer Bandlückenmaterialien mit Mikrowellen-Messtechnik an dielektrischen Festkörperproben. Diese kostengünstige Methode ermöglicht schnelle Konstruktion und Analyse funktionaler Defekte.

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Diese Arbeit wurde teilweise von der Research Corporation for Science Advance (Zuschuss 10626), National Science Foundation (DMR-1308084) und der San Francisco State University interne Auszeichnung an WM unterstützt Wir danken unserem Partner Paul M. Chaikin von NYU für hilfreiche Diskussionen in Versuchsplanung und für die Bereitstellung der VNA-System für uns vor Ort bei SFSU verwenden. Wir danken unseren Mitarbeitern theoretischen, der Erfinder der HD PBG Materialien, Marian Florescu, Paul M. Steinhardt und Sal Torquato für verschiedene Diskussionen und für die Bereitstellung von uns die Gestaltung des HD-Punkt-Muster und kontinuierliche Diskussionen.

1. Entwerfen Sie ein 2D-Hyperuniform Ungeordnete dielektrische Struktur 11 <ol><li> Wählen Sie eine Unterklasse von 2D hyperuniform Störung Punktmuster (blaue Kreise in Abbildung 2) und partitionieren (blaue Linien in Abbildung 2) mit Delaunay Tessellation. Ein 2D-Delaunay-Tessellation eine Triangulation, die den minimalen Winkel für jedes Dreieck ausgebildet und garantieren somit gibt es keine andere Punkte innerhalb des Umkreises jedes Dreiecks 11. </li><li> Suchen Sie die Schwerpunkte jedes Dreiecks (fest schwarze Kreise in Abbildung 2); Diese Schwerpunkte sind die Positionen der dielektrischen Stäbe mit dem Radius R 11. </li><li> Schließen Sie die Schwerpunkte der benachbarten Dreiecke (dicke rote Linien in Abbildung 2) zu den Zellen um jeden Punkt 11 zu generieren. </li><li> Erstellen Sie die CAD-Design-Datei für die 2 cm groß HD Basisvorlage mit Löchern und Schlitzen, auf denen die Stangen und Wände montiert werden 14. Verwenden Sie einHD-Muster mit dem durchschnittlichen Innenstangenabstand von a = 1,33 cm und den Loch-Radius zu sein 2,5 mm und Schlitzbreite bis 0,38 mm betragen. Stellen Sie die Tiefe für Löcher und Schlitze zu 1 cm tief, um die eingelegten Stangen und Wände zu stabilisieren. </li><li> Erstellen Sie eine ähnliche CAD-Design-Datei für die kristalline Base-Vorlage (ein quadratisches Gitter) zum Vergleich 14. Verwenden die gleiche Gitterkonstante wie das HD Struktur (1,33 cm) und den gleichen Lochradius (2,5 mm) und Schlitzbreite (0,38 mm). </li></ol> 2. Proben Aufbau und Vorbereitung <ol><li> Fabrizieren die Vorlage. Fertigen die HD und quadratischen Gitter Kunststoff Basen mit Hilfe eines Stereolithographiemaschine, die eine solide Kunststoffmodell durch UV-Laser-Foto-Polymerisation erzeugt. Verwenden Sie eine klare Harz, beispielsweise Polycarbonat-wie Kunststoff. Die Auflösung ist 0,1 mm in beiden lateralen und vertikalen Richtungen. (Siehe Abbildung 3, Mitte). </li><li> Bereiten Sie die Bausteine: Bestellen Sie im Handel erhältlich Alumina rods und genauen Abmessungen (siehe Abbildung 3, links) schneiden dünne Wände. Die Höhe auf nicht weniger als ein paar Wellenlängen, zum Beispiel 10,0 cm. Der Durchmesser aller Stäbe beträgt 5,0 mm. Wandstärke ist stets 0,38 mm und Breiten variieren von 1,0 mm bis 5,3 mm, 0,2 mm-Schritten. </li><li> Konstruieren Sie die fehlerfreie Teststruktur für Messungen Bandlücke. Legen Stangen und Wände in die Basis für die gewünschte Struktur der Architektur. Die Seitenansicht des konstruierten Netzwerk beider Stangen und Wände auf Polymerbasis ist in Figur 3, rechte Tafel gezeigt. </li><li> Entwerfen Sie ein Wellenleiter oder einen Hohlraum Defekt: Erstellen verschiedener Wellenleitern durch die Proben direkt Entfernen oder Ändern von Stangen und Wänden entlang des Weges gestaltet, wie in den 9A und 9C gezeigt. Der modulare Aufbau der Proben ermöglicht eine schnelle und einfache Änderung von Punkt und Linie oder Kurve Mängel. </li></ol> 3. Wesentliche Instrumente <ol><li> Verwenden Sie eine synthetisiert Kehrmaschine (Mikrowellengenerator) für Mikrowellen mit einer Frequenz von 45 MHz Reichweite bis 50 GHz mit präziser 1 Hz Frequenzauflösung bieten. Verbinden des Generators mit einem S-Parameter-Testsatz zur Übermittlung von Parametern zwischen den beiden Ports (Anschlüsse) zu messen. Verwenden General Purpose Interface Bus (GPIB) Verbindungen und Leitungen für die Kommunikation zwischen der Kehrmaschine und dem Test-Set. </li><li> Verwenden Sie eine Mikrowelle Vector Network Analyzer (VNA), um die von der S-Parameter empfangene Signal verarbeiten Test-Set und Betrag und die Phase des Signals zu bestimmen. Stellen Sie die S-Parameter S21 Test-Modus so eingestellt, dass der VNA gibt eine Datendatei mit den realen und imaginären Komponenten des erfaßten E-Feld am Port 1 in Bezug auf das Quellensignal von Anschluss 2 als Funktion der Frequenz </li></ol> 4. Instrument Setup <ol><li> Start / Ende Frequenz. Wählen Sie die entsprechenden Werte Anfang und Ende des Frequenzbereichs für die Messung mit dem VNA unsER-Menü. Die PBG mit verbundenen relevanten Frequenzbereich hängt von der Dielektrizitätszahl des Gitterabstand der Proben. Verwenden 7 GHz bis 15 GHz Mikrowellen für die Aluminiumoxid-Proben mit Gitterabstand a = 1,33 cm. </li><li> Mittelungsfaktor. Vektoranalyse berechnet jeden Datenpunkt auf der Grundlage der Durchschnitt von mehreren Messungen, um Zufallsrauschen zu reduzieren. Wählen Sie ein Mittelungsfaktor von 512 bis 4.096 durch die Eingabe der gewünschten mehrere auf der VNA-Tastatur. Wählen Sie eine höhere Mittelungsfaktor, um das Rauschen zu minimieren und wählte eine geringere Mittelungsfaktor für eine schnellere Scan. </li><li> Anzahl der Punkte. Für Messungen im 7 GHz bis 15 GHz, wählten die maximale Anzahl von Datenpunkten (801), auf der VNA-Menü auf dem Bildschirm, auf das Erreichen einer Frequenzauflösung von 10 MHz. </li><li> Kalibrierung. Kalibrierung des Systems durch direkte Messung der relativen Übertragungsverhältnis und Normalisierung gegen die Übertragung eines vorkalibrierten Einstellung mit dem gleichen Hintergrund und ohne die Probe zwischen dem Horn antennwie. Auf diese Weise kann die ganze Hintergrundverlust aufgrund der Kabel, Adapter, Wellenleiter und Antennen beseitigt werden, und die relative Übersetzungsverhältnis mit und ohne die getestete Probe wird direkt aufgezeichnet. <ol><li> Für Messungen Bandlücke, messen Sie die Mikrowellen-Übertragung durch den freien Raum zwischen den Hörnern gegenseitig in einer Entfernung von 28 ein und speichern Sie mit Blick auf die Ergebnisse als Kalibrierung in der VNA ​​eingestellt. Vor der Einnahme von Daten für die aktuelle Experiment mit einer Struktur, die zwischen den Hörnern, schalten Sie die Kalibrierung, indem Sie &quot;Kalibrierung&quot; auf der VNA Monitor verwendet wird. Durch die VNA berechneten Daten werden automatisch normalisiert gegen die Kalibrierung Menge und senden Sie das Verhältnis der Sendeleistung mit und ohne Probe an Ort und Stelle. </li><li> Für Wellenmessungen, eine sinnvolle Kalibrierung nicht gut definiert, da die Übertragung durch den Probenleiter können die kalibrierten Übertragung zwischen den zwei Hörnern im freien Raum leicht überschreiten. Schaltenoff Kalibrierung auf der VNA überwachen und aufzeichnen, die rohe Übertragung, die das erfasste Signal über die Signalquelle ist. Legen Sie die Hörner direkt neben den Wellenleiterkanalöffnungen, um die besten Kopplungseffizienz zu erzielen. </li></ol></li></ol> 5. Experimenteller Aufbau <ol><li> Konfigurieren Sie die in Abbildung 4 dargestellt Versuchsaufbau. Verwenden Sie hochwertige halbflexible Koaxialkabel, um die S-Parameter-Test-Set-Ports mit Eingang / Ausgang Wellenleiter verbinden. Verbinden Pyramidenhornantennen mit den Häfen durch rechteckige Singlemode-Wellenleiter und Adapter, um die Strahlung zu gewährleisten linear polarisierten zu sein, ist das E-Feld der Strahlung aus dem Horn parallel zur kurzen Kante des Horns. </li><li> Für Messungen Bandlücke: Halten Sie sich an die folgenden Schritte, um die Übertragung durch die fehlerfreien Proben zu messen, um die PBG der fehlerfreien Proben zu charakterisieren. <ol><li> Ausrichten der Hörner vertikal und horizontal zu einander zugewandt sind. Ordnen Sie die hORN an einem weit entfernt, wie beispielsweise das 20-fache der mittleren Wellenlänge, so dass das Fernfeld-Strahlung, die die Probe auf ebenen Wellen angenähert werden. Kalibrieren Sie die Übertragung zwischen den einander zugewandten Hörner im freien Raum ohne die Teststichprobe und speichern sie in Eichspeicher. </li><li> Platzieren defektfreie Strukturen der Stäbe und die Wände zwischen den zwei gegenüberliegenden Hörnern auf der Drehbühne. Schalten Sie den Kalibrierungssatz in Schritt 5.2.1 in VNA Speicher aufgezeichnet. Das System ist nun bereit, um die relative Übersetzungsverhältnis durch die Probe gegen die Sendeleistung des kalibrierten Speicher normalisiert messen. </li></ol></li><li> Für Wellenleiter und Hohlraum Mängel Maße: Halten Sie sich an die folgenden Schritte, um das Setup der Experimente: <ol><li> Konstrukt verschiedenen Wellenleitern und Hohlräume durch Entfernen oder Ersetzen Stäbe und Wände in den fehlerfreien Strukturen, wie in den 9A und 9C gezeigt ist. </li><li> Ordnen Sie dieHörner so nahe an den Kanalöffnungen wie möglich eine gute Kopplung in den Kanal zu gewährleisten. Bei gekrümmten und gebogenen Kanälen zu zentrieren die Hörner in der Mitte des Kanals mit der Kante parallel zur Öffnung. </li><li> Schalten Sie die Kalibrierung. Jetzt ist der VNA-System ist bereit zur Messung und Aufzeichnung des rohen Übersetzungsverhältnis der erfassten Leistung an Port 2 über die Stromquelle am Anschluss 1. </li></ol></li></ol> 6. Datenerfassung und Auswertung <ol><li> Charakterisieren die Winkelabhängigkeit der photonischen Eigenschaften der Proben: <ol><li> Ort Strukturen der Stäbchen und Wände zwischen den beiden einander zugewandten Hörner mit einer nahezu kreisförmigen Grenze auf einer Drehbühne. </li><li> Stellen Sie sicher, dass die in der VNA gespeichert Kalibrierung wird in Schritt 5.2.2 gemacht. Null die Winkelskala auf der Drehbühne und messen Übertragung durch die Struktur. Nach der ersten Messung bei Null Einfallswinkel, drehen Sie die Probe und messen Sie die Übertragung im gleichen Winkel INKREM.GEBERents, beispielsweise alle 2 ° bis 180 ° Drehung erreicht ist. </li></ol></li><li> Charakterisieren die Polarisationsabhängigkeit der photonischen Eigenschaften für die Proben: Führen Sie alle oben in zwei verschiedenen Polarisationen jeweils beschrieben, indem die Hornöffnung Orientierungen Messungen. Für TM-Polarisation, setzen die Hörner &quot;kurze Kante (die E-Feld-Richtung) senkrecht zu der horizontalen Ebene des Probenbasis und parallel zu den Stäben. Für TE-Polarisation, drehen Sie die Hörner 90 Grad, so dass ihre kurzen Kanten (die E-Feld-Richtung) sind in der horizontalen Ebene. </li><li> Charakterisieren verschiedene Wellenleiter-Kanäle: Stellen Sie sicher, dass die Kalibrierung in Schritt 5.3.3 gemacht. Legen Sie die Hörner neben der Probe für die beste Kupplung. Messung der Transmission durch verschiedene Kanäle durch Entfernen und / oder Ersetzen von Stäben und den Wänden entlang der Kanalpfad aufgebaut. Während der Überwachung des Sendesignals auf der VNA in Echtzeit, ändern Sie die Kanalstrecke von adding und Entfernen von Zusatzstangen und Wände für optimierte Sendeleistung oder gewünschte Filterbandbreite. </li><li> Führen Sie analoge Messungen ähnlich, was sind oben auf einem quadratischen Gitter photonischen Kristall zum Vergleich beschrieben. </li><li> Datenanalyse. Analysiert und grafisch die Daten mittels eines Computerprogramms, wie beispielsweise MATLAB. Grundstück gemessen Transmission als Funktion Frequenz (Liniendiagramm), wie Abbildung 5, Abbildung 2 und Abbildung 9B und 9D, um die Notlösung durch die Proben oder Übertragung Pass obwohl die Wellenleiterkanäle zu untersuchen. Plot Transmission als Funktion von Frequenz und Winkel (Farbkonturdiagramm) zu analysieren, die Sperrbänder Eigenschaften der Strukturen und ihre Winkelabhängigkeit, wie in 6 und 7 gezeigt. </li><li> Dieses Protokoll schlägt Darstellung der gemessenen Transmission durch Proben als Funktion der Frequenz und der Einfallswinkel in polaren Koordiniert 12, um die Rotationssymmetrien und Winkelabhängigkeit des photonischen Eigenschaften direkt zu visualisieren. Generieren Sie die Polarkoordinatengrundstücke direkt zeigen die Brillouin-Zonengrenzen von kristallinen Strukturen und zeigen den Zusammenhang zwischen Bildung und PBG Bragg-Streuung Ebenen (Brillouin-Zonengrenzen) in Kristallen und Quasikristallen. </li></ol>

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<li>Man, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Photonic+band+gap+in+isotropic+hyperuniform+disordered+solids+with+low+dielectric+contrast%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Express%22%5BJournal%5D)">Photonic band gap in isotropic hyperuniform disordered solids with low dielectric contrast.</a> Opt. Express. 21, 19972-19981 (2013).</li>
<li>Man, W., et al. Experimental observation of photonic bandgaps in Hyperuniform disordered materials. Conference on Lasers and Electro-Optics, 2010 May 16-21, San Jose, United States, , (2010).</li>
<li>Schelew, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Characterization+of+integrated+planar+photonic+circuits+fabricated+by+a+CMOS+foundry%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Lightwave+Technology%22%5BJournal%5D)">Characterization of integrated planar photonic circuits fabricated by a CMOS foundry.</a> Journal of Lightwave Technology. 31 (2), 239(2013).</li>
<li>Guo, Y. B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sensitive+molecular+binding+assay+using+a+photonic+crystal+structure+in+total+internal+reflection%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Express%22%5BJournal%5D)">Sensitive molecular binding assay using a photonic crystal structure in total internal reflection.</a> Opt. Express. 16, 11741-11749 (2008).</li>
</ol>

Die Autoren haben nichts zu offenbaren.

Ausgehend von einem hyperuniform ungeordneten Punktmuster, 2D HD Strukturen, die aus Stangen und / oder Wand Netzwerk entworfen, um eine vollständige PBG für alle Polarisations 11 zu erhalten. Basierend auf dem Design, konstruierten wir eine Schablone mit Löchern und Schlitzen zum Zusammenbauen 2D Alumina Stäbe und Wände Strukturen cm-Skala, die mit Mikrowellen getestet werden konnten. Wir entschieden uns, mit Mikrowellen arbeiten, weil cm-Skala Bausteine, wie Aluminiumoxid Stangen und Wände, kostengünstig un...

Die Existenz einer Bandlücke für Photonen hat sich der Fokus von vielen wissenschaftlichen Arbeiten, ausgehend von den früheren Studien von Lord Rayleigh auf dem eindimensionalen Stoppband, einen Bereich von Frequenzen, die von der Ausbreitung durch eine periodische Medium 1 verboten wurde. Erforschung elektromagnetischer Wellen (EM) Ausbreitung in periodischen Strukturen hat sich wirklich in den letzten zwei Jahrzehnten nach der Samen Publikationen von E. Yablonovitch 2,3 und S. Johannes 4 blühte. Der Begriff &quot;photonischen Kristall&quot; wurde von Yablonovitch geprägt, um die periodischen dielektrischen Strukturen, die eine photonische Bandlücke (PBG) besessen zu beschreiben. Photonische Kristalle sind periodische dielektrische Strukturen besitzen diskrete Translationssymmetrien, wodurch sie invariant unter Translationen in Richtung der Periodizität. Wenn diese Periodizität ist mit den Wellenlängen des elektromagnetischen Eingangs (EM) Wellen abgestimmt, eine Band of Frequenzen stark gedämpft wird und möglicherweise nicht mehr ausbreiten. Wenn breit genug ist, kann die Bereiche der verbotenen Frequenzen, auch als Sperrbereiche, in alle Richtungen überlappen, um eine PBG zu erstellen, das Verbot der Existenz der Photonen bestimmter Frequenzen. Konzeptionell ist EM Wellenausbreitung in photonischen Kristallen ähnlich Wellenausbreitung in Halbleitermaterialien, die einen verbotenen Bereich der Elektronenenergien, die auch als Bandabstand bekannt sind Electron. Ähnlich wie Ingenieure Halbleiter zu steuern und den Fluss von Elektronen durch Ändern Halbleiter verwendet wird, kann PBG Materialien für verschiedene Anwendungen, die optische Steuerung verwendet werden. Zum Beispiel kann PBG Materialien Licht bestimmter Frequenzen in Wellenlängen Größe Hohlräume beschränken und zu führen oder Filter Licht entlang der Linie Mängel in ihnen 5. PBG Materialien vorgeschlagen, die zur Steuerung des Lichtflusses für Anwendungen in der Telekommunikation verwendet werden 6, Laser 7, optische Schaltkreise und optische Rechen 8, und Solarenergie ernten 9. Eine zweidimensionale (2D) quadratischen Gitter photonischen Kristall 4 fache Rotationssymmetrie. EM-Wellen in das Kristall bei verschiedenen Einfallswinkeln (zB 0 ° und 45 ° in Bezug auf die Gitterebenen) verschiedene Periodizitäten stellen. Bragg-Streuung in unterschiedliche Richtungen führt zu Bändern mit unterschiedlichen Wellenlängen, die nicht in allen Richtungen überlappen, um eine PBG bilden stoppen, ohne sehr hohen Brechungsindexkontrast der Materialien. Zusätzlich wird in 2D-Strukturen, zwei EM-Wellenpolarisationen transversale elektrische (TE) und transversal-magnetische (TM), bilden oft Bandlücken bei unterschiedlichen Frequenzen, so dass es noch schwieriger, eine vollständige PBG in allen Richtungen für alle Polarisationen 5 bilden. In periodischen Strukturen, die begrenzten Möglichkeiten der Rotationssymmetrie zu einer intrinsischen Anisotropie (AngulaR Abhängigkeit), die nicht nur schwer, eine vollständige PBG zu bilden, sondern auch die Gestaltungsfreiheit von Funktionsstörungen stark einschränkt. So werden beispielsweise Wellenleiter Designs nachweislich sehr begrenzte Auswahl der Hauptsymmetrierichtungen im photonischen Kristalle 10 entlang eingeschränkt werden. Inspiriert, diese Einschränkungen aufgrund Periodizität zu übertreffen, hat viel Forschung in den letzten 20 Jahren auf unkonventionelle Materialien PBG getan. Kürzlich wurde eine neue Klasse von ungeordneten Materialien wurde vorgeschlagen, eine isotrope in Abwesenheit Periodizität oder Quasiperiodizität besitzen vollständige PBG: die hyperuniform Disorder (HD) PBG-Struktur 11. Die photonischen Bands haben keine genaue analytische Lösung in Unordnung Strukturen. Theoretische Untersuchung der photonischen Eigenschaften der ungeordneten Strukturen zeitaufwendig numerische Simulationen beschränkt. , Um die Bänder zu berechnen, muss die Simulation, um eine Superzelle Näherungsverfahren und die avai beschäftigenLabel Rechenleistung kann die endliche Größe der Superzelle begrenzen. Um die Übertragung durch diese Strukturen zu berechnen, Computersimulationen gehen oft ideale Bedingungen und somit vernachlässigt reale Probleme wie die Kopplung zwischen der Quelle und dem Detektor, der tatsächliche Einfalls EM Wellenprofil und Ausrichtung Unvollkommenheiten 12. Außerdem würde jede Änderung (Defekt-Design) des simulierten Struktur eine weitere Runde der Simulation erfordern. Aufgrund der Größe des minimalen Bedeutung für Superzelle, ist es sehr mühsam und unpraktisch, systematisch verschiedene Defekt Design Architekturen dieser ungeordneten Materialien. Wir können diese Rechenprobleme durch das Studium der ungeordneten photonischen Strukturen experimentell abzuwenden. Durch unsere Experimente sind wir in der Lage, das Vorliegen der vollständigen PBG in HD-Strukturen zu prüfen. Verwendung von Mikrowellenexperimenten, können wir auch die Phaseninformation zu erhalten und zeigen die Feld Distriteilung und Dispersionseigenschaften der bestehenden photonischen Staaten in ihnen. Mit Hilfe eines leicht modifizierbar und modulare Probe bei cm-Skala, können wir verschiedene Wellenleiter und Hohlraum (Defekt) Designs in den ungeordneten Systemen zu testen und zu analysieren, die Robustheit der PBGs. Diese Art der Analyse von komplexen photonischen Strukturen ungeordnet ist entweder unpraktisch oder unmöglich, durch numerische oder theoretische Studien zu erhalten. Der Design-Prozess beginnt mit der Auswahl einer &quot;schleich&quot; hyperuniform Punktmuster 13. Hyperuniform Punktmuster sind Systeme, in denen die Anzahl Varianz der Punkte innerhalb eines &quot;sphärisch&quot; Abtastfenster mit einem Radius R, wächst langsamer als das Fenstervolumen für große R, also langsamer als R d in d-Dimensionen. Zum Beispiel in einem 2D Poisson Zufallsverteilung Punktmuster, die Varianz der Anzahl der Punkte in der Domäne R proportional R &lt;sup&gt; 2. Jedoch in einem hyperuniform Störung Punktmuster, die Varianz der Punkte in einem Fenster des Radius R ist proportional zu r. Figur 1 zeigt einen Vergleich zwischen einem hyperuniform ungeordneten Punktmuster und einem Poisson-Punktmuster 11. Wir verwenden eine Unterklasse von hyperuniform ungeordneten Punktmuster als &quot;schleichende&quot; 11. Verwendung der in Florescu et al 11 Designprotokoll konstruieren wir ein Netz von dielektrischen Wände und Stangen, der eine dielektrische 2D hyperuniform Struktur ähnlich einem Kristall, aber ohne die inhärenten Beschränkungen für die Periodizität und die Isotropie. Die Wand Netzwerke sind günstig für TE-Polarisationsbandlücke, während die Stäbe bevorzugt zur Bildung Bandlücken mit TM-Polarisation. Ein modulares Design entwickelt, so dass die Proben können leicht für die Verwendung mit unterschiedlichen Polarisationen und nach Introd geändert werdenucing Freiform-Wellenleiter und Hohlraumfehler. Aufgrund der Skalierungsinvarianz der Maxwell-Gleichungen, die in den Mikrowellenbereich beobachtet elektromagnetischen Eigenschaften direkt auf die Infrarot-und optische Regime, in dem die Proben würden Mikron und Submikron-Größe skaliert werden.

<table><tbody><tr><td>Stereolithographie-Maschine</td><td>3D Systems</td><td>SLA-7000</td><td></td></tr><tr><td>Harz für Basis</td><td>3D Systems</td><td>Accura 60</td><td></td></tr><tr><td>Aluminiumoxidstäbe</td><td></td><td></td><td>r=2,5 mm, geschnitten auf 10,0 cm Höhe</td></tr><tr><td>Aluminiumoxidplatten</td><td></td><td></td><td>Dicke 0,38 mm, verschiedene Breiten: von 1,0 mm bis 5,3 mm in Schritten von 0,2 mm Mikrowellengenerator</td></tr><tr><td></td><td>Agilent/HP</td><td>83651B</td><td></td></tr><tr><td>S-Parameter Testset</td><td>Agilent/HP</td><td>8517B</td><td></td></tr><tr><td>Mikrowellen-Vektor-Netzwerkanalysator</td><td>Agilent/HP</td><td>8510C</td><td></td></tr></tbody></table>

mit mikrowelle und makroskopischen proben der dielektrische festkörper, um die photonischen eigenschaften ungeordneter photonische bandlückenmaterialien studieren

Using Microwave and Macroscopic Samples of Dielectric Solids to Study the Photonic Properties of Disordered Photonic Bandgap Materials

Kürzlich wurden ungeordnete photonische Materialien als Alternative zu periodischen Kristallen zur Bildung einer vollständigen photonischen Bandlücke (PBG) vorgeschlagen worden. In diesem Artikel werden wir die Verfahren zur Konstruktion und Charakterisierung von makroskopischen ungeordneten photonischen Strukturen mit Hilfe von Mikrowellen zu beschreiben. Die Mikrowellenbereich bietet die bequemste experimentellen Probengröße zu bauen und zu testen PBG Medien. Leicht manipuliert dielektrische Gitterkomponenten erweitern die Flexibilität in der Gebäude verschiedenen 2D-Strukturen auf der Oberseite vorgedruckte Plastikschablonen. Einmal gebaut, konnten die Strukturen schnell mit Punkt und Linie Mängel modifiziert werden, um Freiform-Wellenleiter und Filter machen. Die Prüfung erfolgt mittels eines allgemein verfügbaren Vector Network Analyzer und Paare von Mikrowellenhornantennen getan. Aufgrund der Skalierungsinvarianz Eigenschaft der elektromagnetischen Felder, die Ergebnisse können wir im Mikrowellenbereich erhalten direkt Infrarot und optische Bereiche angewendet werden. Unser Ansatz ist einfach, aber liefert EXCIting neue Einblicke in die Natur des Lichts und ungeordneten Interaktion Angelegenheit. Unsere repräsentative Ergebnisse sind die ersten experimentellen Nachweis der Existenz eines vollständigen PBG und isotrop in einem zweidimensionalen (2D) hyperuniform ungeordneten dielektrischen Struktur. Außerdem zeigen wir experimentell die Fähigkeit der neuartigen photonischen Struktur, um elektromagnetische Wellen (EM), durch Freiform-Wellenleiter beliebiger Form zu führen.

Wir haben die erste Bestätigung jemals von einem isotropen vollständige PBG vorhanden in hyperuniform Störung dielektrische Strukturen erreicht. Hier präsentieren wir unsere HD Struktur Ergebnisse und vergleichen sie mit der einer regelmäßigen quadratischen Gitter photonischen Kristalls. Figur 5 zeigt eine halb-logarithmische Darstellung der TE-Polarisationsübertragung (dB) gegen die Frequenz (GHz) für einen hyperuniform Störung Struktur an einem Einfallswinkel. Dieses Diagr...

Ungeordneten Strukturen bieten neue Mechanismen für die Bildung photonischen Bandlücken und eine beispiellose Freiheit in der funktionellen-Fehler-Designs. Um die Rechen Herausforderungen ungeordneter Systeme zu umgehen, konstruieren wir modulare makroskopische Proben von der neuen Klasse von Materialien und verwenden Sie PBG Mikrowellen, ihre skaleninvarianten photonischen Eigenschaften zu charakterisieren, in eine einfache und kostengünstige Art und Weise.

Mit Mikrowelle und makroskopischen Proben der Dielektrische Festkörper, um die photonischen Eigenschaften ungeordneter photonische Bandlückenmaterialien Studieren

Recently, disordered photonic materials have been suggested as an alternative to periodic crystals for the formation of a complete photonic bandgap (PBG). ...

Das übergeordnete Ziel des folgenden Experiments besteht darin, mithilfe von mikrowellenbasierten Proben aus dielektrischen Feststoffen die photonicen Eigenschaften ungeordneter photonicer Bandlücke-Materialien zu untersuchen. Dies wird erreicht, indem Testproben hergestellt werden, die aus dielektrischen Komponenten bestehen, die in eine 3D-gedruckte Basismatrize mit Löchern und Schlitzen eingefügt werden, die so angeordnet sind, dass bestimmte geordnete oder ungeordnete Muster entstehen. Als zweiter Schritt wird die Probe auf eine rotierende Plattform zwischen einem Paar von Mikrowellen-Hornantennen platziert und die Transmissionsmessungen über einen weiten Frequenzbereich und für verschiedene Einfallswinkel durchgeführt, wodurch die Bandlücken-Eigenschaften der Struktur bestimmt werden können.Als Nächstes wird die Struktur modifiziert, um einen funktionellen Defekt zu erzeugen, und Transmissionssmessungen werden durchgeführt, um die Wellenleitungs- und Resonanzeigenschaften der modifizierten Strukturen zu untersuchen. Die erhaltenen Ergebnisse zeigen den Frequenzbereich und die Winkelabhängigkeit der Bandlücke der Strukturen sowie die Leistungsfähigkeit ihrer funktionellen Defek

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Verwendung von photonischen Kristall langsam Lichtwellenleiter und Hohlräume wurde weithin von der Photonik-Community in vielen unterschiedlichen Anwendungen eingesetzt. Deshalb Herstellung und Charakterisierung dieser Geräte sind von großem Interesse. Dieses Papier umreißt unsere Herstellungstechnik und zwei optische Charakterisierungsmethoden, nämlich: interferometrischen (Wellenleiter) und Resonanzstreuung (Hohlräume).

Herstellung und Charakterisierung von Photonic Crystal Langsam Lichtwellenleitern und Hohlräume

Die angepasste Techniken in unserem Labor entwickelt, um Mikrowelle Photonik Systeme basierend auf Ultra-High Q Whispering Gallery Mode-Resonatoren bauen werden vorgestellt. Die Protokolle zu erhalten und zu charakterisieren diese Resonatoren sind detailliert, und eine Erklärung von einigen ihrer Anwendungen in Photonik Mikrowelle gegeben ist.

Mikrowelle Photonics Systems on Whispering-Gallery-Mode-Resonatoren Grundlage

Das Manuskript beschreibt eine Methode der phonongestützten quasi-resonanten Fluoreszenzspektroskopie, die sowohl laserbegrenzte Auflösung als auch Photolumineszenzspektroskopie (PL) umfasst. Diese Methode nutzt optische Phononen, um linienbreitenbegrenzte Auflösungsspektren von atomartigen Halbleiterstrukturen im Energiebereich zu liefern. Die Methode lässt sich auch leicht mit einem optischen Spektroskopie-Aufbau mit einem einzigen Spektrometer realisieren.

Hohe Auflösung Phonon-unterstützte Quasi- Resonanzfluoreszenzspektroskopie

Eine zeitaufgelöste Mikrowellenleitfähigkeitstechnik zur Untersuchung der direkten und Fallen-vermittelten Rekombinationsdynamik und zur Bestimmung der Ladungsträgermobilitäten von Dünnschichthalbleitern wird hier vorgestellt.

Rekombinationsdynamik in Dünnschicht-Photovoltaik-Materialien über zeitaufgelöste Mikrowellenleitfähigkeit

Eine experimentell zugängliche analoge Methode zur Untersuchung von molekularen hydrodynamischen Vorgänge in dichten Flüssigkeiten wird vorgestellt. Die Technik nutzt Particle Image Velocimetry geschüttelten, hohe Entschädigung Getreide Pfähle und ermöglicht die direkte, makroskopischen Beobachtung von dynamischen Prozessen bekannt und voraussichtlich in stark wechselwirkenden, hohe Dichte Gase und Flüssigkeiten vorhanden sein.

Eine analoge makroskopischen Technik für das Studium molekulare hydrodynamische Prozesse in dichten Gasen und Flüssigkeiten

Hier präsentieren wir Ihnen die Protokolle der Differential-Erkennung Analysen der Zeitaufgelösten Infrarot-Schwingungs-Spektroskopie und Elektron Beugung die Beobachtungen der Deformationen der lokalen Strukturen rund um Photoexcited Moleküle in einem einspaltigen ermöglichen Flüssigkristall, indem er eine atomare Perspektive auf die Beziehung zwischen der Struktur und der Dynamik dieses photoaktiven Materials.

Neuartige Techniken zur Beobachtung von Strukturdynamik von Photoresponsive Flüssigkristallen

Hier berichten wir über die Synthese und Charakterisierung von bestellten nanoporöse Carbon (mit einer 4,6 nm Porengröße) und SBA-15 (mit einem 5,3 nm Porengröße). Das Werk beschreibt die Oberfläche und strukturelle Eigenschaften von nanoporösen Molekularsiebe, ihrer Benetzbarkeit und das Schmelzverhalten von D2O in den Materialien beschränkt.

Oberflächeneigenschaften von synthetisierten nanoporöse Carbon und Silica-Matrizen

Als eines der wichtigen physikalischen Parameter in Halbleitern ist Träger Lebensdauer hierin über ein Protokoll mit der Mikrowelle Photoconductivity Zerfall Methode gemessen.

Träger Lebensdauer Messungen in Halbleitern durch die Mikrowellen-Photoconductivity-Decay-Methode

Die photonische Bandstruktur ermöglicht es zu verstehen, wie sich eingegrenzte elektromagnetische Modi in einem photonischen Kristall ausbreiten. In photonischen Kristallen, die magnetische Elemente enthalten, werden solche eingeschränkten und resonanzförmigen optischen Modi von einer verbesserten und modifizierten magneto-optischen Aktivität begleitet. Wir beschreiben ein Messverfahren zur Extraktion der magneto-optischen Bandstruktur durch Fourier Raummikroskopie.

Spektrale und winkelaufgelöste magneto-optische Charakterisierung photoischer Nanostrukturen

Hier stellen wir ein Protokoll zur Parametrisierung eines eng bindenden exzitonischen Hamiltonian zur Berechnung optischer Absorptionsspektren und optoelektronischer Eigenschaften molekularer Materialien aus quantenchemischen Berechnungen erster Prinzipien vor.

Excitonic Hamiltonians for Calculating Optical Absorption Spectra and Optoelectronic Properties of Molecular Aggregates and Solids

Dieser Artikel stellt die Frequency Domain Thermoreflectance (FDTR)-Technik für lokale nichtdestruktive thermische Charakterisierung und Bildgebung vor.

Die Frequenzdomänen-Thermoreflexionstechnik für thermische Eigenschaftsmessungen

Erfahren Sie die Charakterisierung ungeordneter photonischer Bandlückenmaterialien mit Mikrowellen-Messtechnik an dielektrischen Festkörperproben. Diese kostengünstige Methode ermöglicht schnelle Konstruktion und Analyse funktionaler Defekte.

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Mit Mikrowelle und makroskopischen Proben der Dielektrische Festkörper, um die photonischen Eigenschaften ungeordneter photonische Bandlückenmaterialien Studieren

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