Simulation, fabrication et caractérisation de THz Absorbeurs métamatériaux

Résumé

Ce protocole décrit la simulation, la fabrication et la caractérisation des absorbeurs THz métamatériaux. Ces absorbeurs, lorsqu'il est couplé avec un capteur approprié, ont des applications dans l'imagerie THz et spectroscopie.

Résumé

Les métamatériaux (MM), des matériaux artificiels conçus pour avoir des propriétés qui ne peuvent être trouvés dans la nature, ont été largement explorée depuis la première démonstration expérimentale théorique ¹ et ² de leurs propriétés uniques. MMs peut fournir une réponse électromagnétique hautement contrôlable, et à ce jour ont été mis en évidence dans toutes les gammes de technologies pertinentes spectrale y compris les ³ optique, le proche infrarouge ^4, mi IR ^5, THz ^6, ondes millimétriques ^{7, 8} et micro-ondes de radio ⁹ bandes. Les applications comprennent les lentilles parfaites capteurs ^{10, 11, 12,} télécommunications capes d'invisibilité filtres ¹³ et ^14,15. Nous avons récemment développé une seule bande ^16, bi-bande ¹⁷ et ¹⁸ appareils à large bande d'absorption THz métamatériaux capables de plus de 80% d'absorption au pic de résonance. Le concept d'un absorbeur de MM especially importante aux fréquences THz où il est difficile de trouver de solides sélectifs en fréquence THz absorbeurs ^19. Dans notre absorbeur du rayonnement THz MM est absorbé dans une épaisseur d'environ λ/20, surmonter la limitation de l'épaisseur quart d'onde absorbeurs traditionnels. Absorbeurs MM se prêtent naturellement à des applications de détection THz, tels que les capteurs thermiques, et s'ils sont intégrés à des sources THz appropriés (LCQ, par exemple), pourrait conduire à des systèmes compacts, hautement sensible, à faible coût, en temps réel des systèmes d'imagerie THz.

Introduction

Ce protocole décrit la simulation, la fabrication et la caractérisation de bande unique et amortisseurs à large bande THz MM. Le dispositif, représenté sur la figure 1, se compose d'une croix métallique et une couche diélectrique au-dessus d'un plan de masse métallique. La structure en forme de croix est un exemple d'un anneau résonateur électrique (TRE) et ^20,21 couples fortement à champs électriques uniformes, mais de façon négligeable à un champ magnétique. En couplant l'ERR avec un plan de masse, la composante magnétique de l'onde incidente THz induit un courant dans les sections de l'ERR qui sont parallèles à l....

Protocole

1. Simulation d'un absorbeur de THz bande unique métamatériaux

Une vue 3D de la simulation set-up est indiqué dans Figure 2.

1. Lumerical FDTD est utilisé pour optimiser les caractéristiques de transmission, de réflexion et d'absorption de l'absorbeur THz métamatériaux. Toutes les unités sont données en um.
2. Définir le THz polyimide propriétés du matériau par un clic gauche Matériaux, Add (n, k) le matériel 1,68 et entrer dans le n 0,06 et que le k. Double-cliquez à gauche sur «nouveau matériau 1" et renommez le en "polyimide". Notez que si les données théoriques ou expérimentaux indice ....

Résultats

La figure 5 (a) montre les spectres d'absorption obtenus expérimentalement et simulés pour un absorbeur avec MM de 3,1 um d'épaisseur polyimide espaceur diélectrique. Cette structure a une répétition MM-période de 27 um et dimensions K = 26 um, L = 20, M = um 10 um et N = 5 um. Des mesures expérimentales ont également été réalisées sur des échantillons sans ERR couche de confirmer que l'absorption était une conséquence de la structure MM et non du diélectrique. Les 7,5 pm d'épaisseur de polyimide échant.......

Discussion

Ce protocole décrit la simulation, la fabrication et la caractérisation des absorbeurs THz métamatériaux. Il est essentiel de tels sous-longueur d'onde structures sont simulées avec précision avant tout effort s'est engagé à des procédés de fabrication coûteux. Lumerical simulations FDTD fournir des informations non seulement sur le spectre d'absorption mm mais également l'emplacement de l'absorption, les connaissances essentielles pour faciliter le placement d'un transducteur et d'obtenir la.......

Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article

Nom	Entreprise	Numéro de catalogue	Commentaires
Nom de réactif / Matériel	Entreprise	Numéro de catalogue	Commentaires
Lumerical FDTD	Lumerical
Plaquette de silicium	Technologies de la BID		Simple face polie
Plassys 450 MEB évaporateur	Plassys Bestek
VM651 Primer	Dupont
PI2545	Dupont
Méthylisobutylcétone	Sigma-Aldrich
Isopropanol	Sigma-Aldrich
Plasmaprep5 Asher baril	Gala Instrumente
VB6 UHR EWF faisceau d'électrons écrivain	Vistec
Tanner L-Edit	Tanner Inc
Beamer Mise en page	GeniSys Inc
Polyméthacrylate de méthyle (PMMA)	Sigma-Aldrich	293261 Sigma-Aldrich
IFV 66v / s FTIR	Bruker
Unité de Pike réflexion 30spec	Technologies Pike
Lampe à arc de mercure	Bruker
Au miroir	Thor Labs	PF05-03-M01
Leica INM20 microscope optique	Leica Microsystems
6 Beamsplitter Mylar mm	Bruker