Utilisation de micro-ondes et d'échantillons macroscopiques des diélectriques solides pour étudier les propriétés photoniques désordonnés de bande interdite photonique Matériaux

Résumé

Structures désordonnées offrent de nouveaux mécanismes pour former des bandes interdites photoniques et une liberté sans précédent dans la conception fonctionnelle défaut. Pour contourner les difficultés de calcul des systèmes désordonnés, nous construisons des échantillons macroscopiques modulaires de la nouvelle classe de matériaux BIP et utilisons des micro-ondes pour caractériser leurs propriétés photoniques échelle invariant, d'une manière simple et peu coûteuse.

Résumé

Récemment, des matériaux photoniques désordonnées ont été proposés comme une alternative à cristaux périodiques pour la formation d'une bande interdite photonique complète (PBG). Dans cet article, nous allons décrire les méthodes de construction et la caractérisation des structures photoniques désordonnés macroscopiques à l'aide de micro-ondes. Le régime micro-ondes offre taille la plus commode de l'échantillon expérimental pour construire et tester médias PBG. Composants de réseau diélectriques facilement manipulables s'étendent flexibilité dans la construction de diverses structures 2D sur des modèles pré-imprimés en plastique. Une fois construit, les structures peuvent être rapidement modifiées par point et de ligne défauts de faire des guides d'ondes et les filtres de forme libre. Les tests sont effectués en utilisant un analyseur et paires d'antennes micro-ondes de la corne de réseau vectoriel largement disponibles. En raison de la propriété d'invariance d'échelle des champs électromagnétiques, les résultats que nous avons obtenus dans la région de micro-ondes peuvent être directement appliquées aux régions infrarouges et optiques. Notre approche est simple mais offre excition de nouvelles informations sur la nature de l'interaction lumière-matière et désordonnée.

Les résultats représentatifs sont la première démonstration expérimentale de l'existence d'une structure BIP complète et isotrope dans une structure diélectrique désordonné deux dimensions (2D) hyperuniform. En outre, nous démontrons expérimentalement la capacité de cette nouvelle structure photonique pour guider des ondes électromagnétiques (EM) à travers des guides d'ondes de forme libre de forme arbitraire.

Introduction

L'existence d'une bande interdite pour les photons a fait l'objet de nombreux travaux scientifiques, à partir des études antérieures effectuées par Lord Rayleigh sur la bande d'arrêt à une dimension, une gamme de fréquences qui sont interdites de propagation dans un milieu périodique ^1. La recherche sur les ondes électromagnétiques (EM) propagation dans les structures périodiques a vraiment prospéré dans les deux dernières décennies après les publications phares de E. Yablonovitch ^2,3 et S. Jean ^4. Le terme «cristal photonique» a été inventé par Yablonovitch pour décrire les structures diélectriques périodiques qui pos....

Protocole

1. concevoir une structure 2D Hyperuniform troubles diélectrique ¹¹

1. Choisissez une sous-classe de 2D point de trouble de hyperuniform modèle (cercles bleus dans la figure 2) et le partitionner (lignes bleues dans la figure 2) en utilisant la tessellation Delaunay. Un pavage 2D est une triangulation de Delaunay qui maximise l'angle minimum de chaque triangle formé et garantit l'absence d'autres points à l'intérieur du cercle circonscrit de chaque triangle ^11.
2. Localisez les centres de gravité de chaque triangle (cercles noirs solides dans la figure 2); ces cent....

Résultats

Nous avons réalisé la première confirmation jamais d'un isotrope complète PBG présent dans des structures diélectriques de troubles de hyperuniform. Ici, nous présentons nos résultats de structure de HD et les comparons à celle d'un réseau carré cristal photonique périodique.

La figure 5 montre un tracé semi-log de ​​transmission de polarisation TE (dB) en fonction de la fréquence (GHz) pour une structure de trouble de hyperuniform à un angle d'incidence. Ce grap.......

Discussion

A partir d'un motif de points troubles de hyperuniform, structures HD 2D constitué tiges et / ou réseau de mur peut être conçu pour obtenir un PBG complète pour tous polarisation ^11. Basé sur la conception, nous avons construit un modèle avec des trous et des fentes pour le montage des barres 2D alumine et les murs des structures à une échelle en centimètres qui pourrait être testé avec un micro-ondes. Nous avons choisi de travailler avec micro-ondes, car les blocs de construction cm échelle, tels que les.......

Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article

Nom	Entreprise	Numéro de catalogue	Commentaires
Appareil de stéréolithographie	3D Systems	SLA-7000
Résine pour socle	3D Systems	Accura 60
Tiges d’alumine			r=2,5 mm, coupées à 10,0 cm de hauteur
		d’alumine	Epaisseur 0,38 mm, différentes largeurs : de 1,0 mm à 5,3 mm par incréments de 0,2 mm
Générateur de micro-ondes	Agilent/HP	83651B
Kit de test de paramètres S	Agilent/HP	8517B
Analyseur de réseau vectoriel micro-ondes	Agilent/HP	8510C

Feuilles