무질서 광 밴드 갭 (photonic bandgap) 재료의 광자 속성을 연구에 전자 레인지 및 유전체 고체의 육안 샘플을 사용하여

다음 실험의 전반적인 목표는 유전체 고체의 마이크로파 스케일 샘플을 사용하여 무질서한 광자 밴드 갭 물질의 광자 특성을 연구하는 것입니다. 이는 3D 프린팅된 기본 템플릿에 삽입된 유전체 구성 요소로 만든 테스트 샘플을 구성하고 구멍과 슬롯이 배열되어 특정 정렬되거나 무질서한 패턴을 형성함으로써 달성됩니다. 두 번째 단계로, 한 쌍의 마이크로파 혼 안테나 사이의 회전 스테이지에 샘플을 놓고 다양한 입사각에 대해 광범위한 주파수에서 전송 측정을 수행하여 구조의 밴드 갭 특성을 결정할 수 있습니다.

다음으로, 구조를 수정하여 기능적 결함을 형성하고 수정된 구조의 파동 유도 및 공진 특성을 연구하기 위해 전송 측정을 수행합니다. 구조 밴드 갭의 주파수 범위와 각도 의존성, 그리고 측정된 전송 스펙트럼 분석을 기반으로 한 기능적 결함의 성능을 보여주는 결과를 얻을 수 있습니다. 수치 시뮬레이션 및 서브 마이크론 규모 실험 방법의 이 기술의 주요 장점은 이 기술이 엄청난 양의 경쟁 자원과 값비싼 서브 미크론 제조의 사용을 피하여 무질서, 광자 밴드 갭 재료를 빠르고 저렴하게 구성하고 임의의 결함 설계로 수정하고 광자 특성을 직접 특성화할 수 있다는 것입니다.

이 기술의 의미는 가시 광선 영역과 적외선 영역을 포함한 모든 광자 시스템으로 확장됩니다. 마이크로 방정식은 변형으로 확장되기 때문에 zaper가 10, 000 번 축소 될 때 정확히 동일한 디자인과 결과를 가시 광선에 적용 할 수 있습니다. 통찰력. 이 비디오는 2차원 초균일 무질서한 유전체 구조를 설계하고 그 베이스를 제작한 후 시작됩니다.

베이스는 투명한 수지로 만들어졌으며 무질서한 구조가 조립될 구멍과 슬롯이 있습니다. 비교를 위해 두 번째 정사각형 격자 기반도 만들어졌습니다. 각 베이스는 높이가 2cm이며 이러한 요소가 준비되어 있습니다.

구조물을 건설하는 데 사용될 빌딩 블록에 주의를 기울이십시오. 여기에서 높이가 최소 몇 파장 이상인 10cm의 Illumina 막대와 얇은 벽을 얻습니다. 모든 막대의 직경은 5mm이고 벽 두께는 항상 0.38mm이며 너비는 다양합니다.

다음으로, 밴드 갭 측정을 위해 거의 원형에 가까운 경계를 가진 결함이 없는 테스트 구조를 구성합니다. 원하는 구조 구조를 위해 막대와 벽을 베이스에 삽입하여 이를 수행합니다. 이것은 초균일 무질서한 구조입니다.

시공 후 같은 방식으로 정사각형 격자 구조를 만들었습니다. 다음은 정사각형 격자의 최종 결과입니다. 실험대를 벤치탑에 올려놓고 실험을 설정합니다.

합성 스위퍼 마이크로파 발생기를 사용하여 1헤르츠 분해능으로 45메가헤르츠에서 50기가헤르츠 범위의 방사선을 제공합니다. 이를 S 파라미터 테스트 세트에 연결하여 전송 파라미터를 측정하고 S 파라미터 테스트 세트의 신호를 측정 및 처리합니다. 마이크로파 벡터 네트워크 분석기를 연결한 다음 고품질 반연성 동축 케이블을 사용하여 S 파라미터 테스트 세트 포트를 입력 및 출력 도파관과 연결하여 E 필드의 선형 편광을 보장합니다.

초금속 혼 안테나에 연결된 직사각형 단일 모드 도파관 및 어댑터를 사용하십시오. 안테나는 구조가 배치될 회전 스테이지의 양쪽에 있습니다. 다음으로, 제어판에서 실험에 대한 기기 매개변수를 설정합니다.

벡터 네트워크 분석기의 경우 여기에서 측정할 주파수 범위를 7기가헤르츠에서 15기가헤르츠까지 선택합니다. 그런 다음 평균화 계수를 선택하여 노이즈를 제어합니다. 마지막으로, 이 7-15기가헤르츠 측정의 경우 10메가헤르츠의 주파수 분해능을 달성하는 데 필요한 데이터 포인트 수를 선택합니다.

측정 및 데이터 로깅을 자동화하기 위해 컴퓨터를 준비합니다. 시스템을 교정하여 밴드 갭 측정을 시작합니다. 먼저, 혼을 수직 및 수평으로 정렬하여 약 40cm 거리에서 서로 마주보도록 하며, 이는 측정과 마찬가지로 스윕의 평균 파장의 약 15배이지만 혼 사이에 샘플이 없도록 합니다.

여유 공간을 통한 전송을 측정하기 위해 마이크로파 스윕을 시작합니다. 1-2분 안에 스윕이 완료되면 결과를 벡터 네트워크 분석기에 보정 세트로 저장합니다. 다음은 주파수의 함수로 자유 공간을 통한 전송의 일반적인 플롯입니다.

먼저 스테이지의 각도 스케일을 0으로 설정해야 합니다. 이제 두 혼 사이의 회전 스테이지에 거의 원형 경계가 있는 결함이 없는 구조를 중앙에 배치합니다. 이 경우, 측정을 위해 벡터 네트워크 분석기를 준비하는 데 hyperuniform disordered structure가 사용됩니다.

저장된 보정 세트를 켜서 샘플을 통한 상대 전송을 측정할 수 있습니다. 마이크로파 스윕을 시작하여 스윕이 완료되고 데이터가 저장되었을 때 데이터를 수집합니다. 방사선이 다른 방향에서 구조물에 입사하도록 정렬합니다.

이렇게하려면 s를 회전하십시오.tage 저장된 교정 데이터로 상대 전송의 다른 측정을 수행하여 다음 측정을 준비합니다. 0도에서 180도 사이의 모든 측정이 완료되면 안테나 사이에서 구조를 제거합니다. 각 혼을 90도 회전하여 다른 필드 편광을 얻습니다.

분극은 횡 자기에서 횡 전기로 변경되고 있습니다. 구조와 함께 교정 및 측정을 수행합니다. 다시 말하지만, 밴드 갭 측정 후 도파관 측정을 위해 구조를 준비합니다.

모듈식 설계를 활용하여 요소를 제거하여 도파관을 빠르게 만들 수 있습니다. 이 경우, 결함이 없는 초균일 구조를 이를 통과하는 채널이 있는 구조로 변환합니다. 도파관 측정을 위해 더 작은 혼 안테나로 변경합니다.

그런 다음 안테나를 채널 개구부에 최대한 가깝게 이동합니다. 채널에 대한 이러한 안테나 배열은 양호한 결합을 보장하고, 벡터 네트워크 분석기에서 보정을 끄고, 마이크로파 스윕을 시작합니다. 벡터 네트워크 분석기는 소스 전력에 대해 감지된 전력의 원시 전송 비율을 표시하고 기록합니다.

측정이 완료되면. 양쪽 뿔을 90도 회전합니다. 편광의 특성화, 구조의 의존성을 허용하려면 이 새로운 구성에서 투과율을 측정하십시오.

이것은 초균일 구조의 TE 편광 전달입니다. 한 각도에서 수직 축은 데시벨 단위입니다. 가로축은 주파수입니다.

기가헤르츠 단위에서 8.5기가헤르z와 9.5기가헤르z 사이의 두 자릿수 이상의 강하는 정지 대역 영역을 나타냅니다. 약 13기가헤르츠에서 감소하는 것은 안테나 성능 때문입니다. 이것들은 정사각형 격자와 초균일 결함 구조를 통한 투과에 대한 극 플롯입니다.

방사형 방향을 따라 격자 간격에 대한 빛의 속도 단위의 주파수가 있습니다. 각도는 입사 각도에 해당합니다. 투과율이 낮은 영역은 자랑으로 인해 사각형 격자 정지 대역에 대해 파란색으로 표시되며, 사각형 모양의 BRI와 경계를 따라 산란이 나타납니다.

대조적으로, hyperuniform defect structure, stop gap forms 및 isotropic photonic band gap. 다음은 직선 채널 도파관이 있는 초균일 무질서한 샘플입니다. 채널의 너비는 평균 내부 막대 간격의 두 배입니다.

이것은 채널을 통한 TM 파에 대해 감지된 전력과 소스 전력의 측정된 비율로, 평균 내부 막대 간격에 대한 빛의 속도의 단위입니다. 분홍색 영역은 채널이 없는 샘플의 TM 밴드 갭입니다. 채널이 도입됨에 따라 광대역이 샘플을 통해 안내됩니다.

일단 마스터하면 모듈식 샘플의 설계, 구성 및 투과 측정이 개발 후 적절하게 수행된다면 몇 시간 내에 완료할 수 있습니다. 이 기술은 연구자들이 무질서한 물질의 광자 특성과 가능한 응용 분야를 탐구할 수 있는 길을 열었습니다.