Name: Simulatie, fabricage en karakterisering van THz Metamateriaal Absorbers (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2012-12-27T13:00:00.000+00:00
Duration: 13 min 44 s
Description: Leer de simulatie, fabricage en karakterisatie van terahertz metamateriaal-absorbers met Fourier-transformatie-infraroodspectroscopie. Deze methode bereikt meer dan 80% absorptie bij resonantiepieken voor toepassingen in beeldvorming.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Dit werk wordt ondersteund door de Engineering and Physical Sciences Research Council met subsidienummer EP/I017461/1. We willen ook de bijdrage erkennen die is geleverd door het technische personeel van het James Watt Nanofabrication Centre.

1. Simulatie van een enkele band THz metamateriaal absorber
 Een 3D-weergave van de simulatieset-up is getoond in Figuur 2.
 <ol>
 <li>Lumerical FDTD wordt gebruikt om de transmissie, reflectie en absorptie eigenschappen van de THz metamateriaal absorber te optimaliseren. Alle eenheden zijn gegeven in μm.</li>
 <li>Definieer de THz polyimide materiaaleigenschappen door links te klikken op Materialen, Toevoegen (n,k) materiaal en in te voeren 1.68 als de n en 0.06 als de k. Dubbel linksklikken op "nieuw materiaal 1" en hernoemen naar "polyimide". Merk op dat als theoretische of experimentele brekingsindexgegevens beschikbaar zijn, men "toegevoegde bemonsterde gegevens" kan toevoegen om de materiaaleigenschappen te definiëren.</li>
 <li>Teken de geometrie van het apparaat, beginnend met de 0,2 μm dikke metalen grondvlak. In het structuren tab selecteer rechthoek en bewerk de eigenschappen door op de e toets te drukken. Voer "grondvlak" in in het naam venster, (0,0,0.1) als de centrumcoördinaten van de structuur en (31,31,0.2) als de span regio. Ga naar het materiaal tab en selecteer Perfect Electrical Conductor (PEC). Herhaal om de 3 μm dikke polyimide diëlektrische laag te definiëren door "polyimide" in het naamvenster te typen, (0,0,1.7) als de centrum coördinaten en (31,31,3) als de span. Definieer tenslotte de 0.2 μm dikke elektrische ringresonator door twee rechthoekige Perfect Electrical Conductor (PEC) gebieden te tekenen genaamd "ERR arm1" en "ERR arm2" met dezelfde centrum coördinaten van (0,0,3.3) maar verschillende span regio's van (10,26,0.2) en (26,10,0.2) respectievelijk.</li>
 <li>Voeg de simulatieregio toe door links te klikken op Simulatie en druk op e om de eigenschappen te bewerken. In het algemeen tab voer 20 psec in als de simulatietijd. In het geometrie tab kies (0,0,0) als de centrumcoördinaten en (30,30,200) als de span regio's. In het mesh instellingen tab selecteer een nauwkeurigheid van 3 en houd de andere standaard instellingen zoals ze zijn. Stel de simulatie grenscondities in in het grenscondities tab door "Anti-symmetrisch" te kiezen voor x min bc en x max bc, "symmetrisch" voor y min bc en y max bc en "PML" voor z min bc en z max bc (de "symmetrie toestaan op alle grenzen" moet worden aangevinkt). Voeg een mesh override regio toe door opnieuw links te klikken op Simulatie en bewerk door op e te drukken. In het algemeen tab typ 0.5 μm voor de dx en dy override en 0.05 μm voor de dz override. In het geometrie tab voer de centrum coördinaten (0,0,1.7) en span regio's (30,30,3.8) in. Merk op dat een kleinere mesh size van bijv. dx, dy 0.1 μm, zal de simulatie nauwkeurigheid verhogen, hoewel dit ten koste gaat van een aanzienlijk verhoogde CPU-geheugen en simulatietijd. Het is het beste om te simuleren met een grote mesh size totdat een structuur met de gewenste eigenschappen is verkregen en vervolgens opnieuw te simuleren met de kleinere mesh size.</li>
 <li>Definieer het brontype door links te klikken op de pijl naast bronnen en kies vlak golf. Druk op e om de broneigenschapen te bewerken en in het algemeen tab verander de richting naar achterwaarts. In het geometrietab voer de centrumcoördinaten in (0,0,90) en (35,35,0) voor de span regio. Merk op dat je de z span niet kunt wijzigen. Stel de minimale en maximale frequentie van de simulatie in in de frequentie/golflengte tab. Kies een minimum van 1 THz en een maximum van 4 THz en zorg ervoor dat de puls in de signaal versus tijd grafiek in de rechteronderhoek van het venster vervalt naar nul vóór 20 psec.</li>
 <li>Links klikken op de pijl naast Monitors en selecteer frequentiedomein veldprofiel. Druk op e om de monitor eigenschappen te bewerken en enter "r95" in het monitor naam venster. In het geometrie tab enter de centrumcoördinaten van (0,0,95) en span regio (30,30,0). Herhaal en maak een tweede frequentiedomein veldprofiel monitor genaamd "t95" met centrumcoördinaten (0,0,-95) en spans (30,30,0). Links klikken op de pijl naast Monitors en selecteer globale eigenschappen. In de frequentie/vermogen profiel tab enter 100 in de frequentiepunten venster. Figuur 2 toont de perspectiefweergave die in Lumerical wordt weergegeven na voltooiing van stappen 1.1-1.6. Controleer of de geheugenvereisten compatibel zijn met uw computer door links te klikken op de pijl naast de Check icoon in de bovenste werkbalk en te selecteren simulatie geheugenvereisten controleren. Sla het bestand op met een geschikte naam zoals "Jove.sim".</li>
 <li>Voer de simulatie uit door links te klikken op de Run icoon.</li>
 <li>Na voltooiing van de simulatie voert u het volgende in in het script prompt venster. Merk op dat u het volgende tekst ook in een teksteditor kunt invoeren en het bestand kunt opslaan als een.lsf bestand. Het script kan vervolgens worden uitgevoerd door links te klikken op de pijl naast Run, kies script en vervolgens het scriptbestand te lokaliseren dat

<ol><li>Pendry, J. B., Holden, A. J., Robbins, D. J., Stewart, W. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Magnetism+from+conductors+and+enhanced+nonlinear+phenomena%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Trans.+Microw.+Theory%22%5BJournal%5D)">Magnetism from conductors and enhanced nonlinear phenomena.</a> IEEE Trans. Microw. Theory. 47, 2075-2084 (1999).</li>
<li>Pendry, J. B., Holden, A. J., Robbins, D. J., Stewart, W. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Magnetism+from+conductors+and+enhanced+nonlinear+phenomena%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Microw+Theory%22%5BJournal%5D)">Magnetism from conductors and enhanced nonlinear phenomena.</a> IEEE Microw Theory. 47, 2075-2084 (1999).</li>
<li>Smith, D. R., Padilla, W. J., Vier, D. C., Nemat-Nasser, S. C., Schultz, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Composite+medium+with+simultaneously+negative+permeability+and+permittivity%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+Lett%22%5BJournal%5D)">Composite medium with simultaneously negative permeability and permittivity.</a> Phys. Rev. Lett. 84, 4184-4187 (2000).</li>
<li>Dolling, G., Wegener, M., Linden, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Realization+of+a+three-functional-layer+negative-index+photonic+metamaterial%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Lett%22%5BJournal%5D)">Realization of a three-functional-layer negative-index photonic metamaterial.</a> Opt. Lett. 32, 551-553 (2007).</li>
<li>Zhang, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Experimental+demonstration+of+near-infrared+negative-index+metamaterials%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+Lett%22%5BJournal%5D)">Experimental demonstration of near-infrared negative-index metamaterials.</a> Phys. Rev. Lett. 95, 137404(2005).</li>
<li>Linden, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Magnetic+response+of+metamaterials+at+100+terahertz%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Magnetic response of metamaterials at 100 terahertz.</a> Science. 306, 1351-1353 (2004).</li>
<li>Landy, N. I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Design%2C+theory%2C+and+measurement+of+a+polarization-insensitive+absorber+for+terahertz+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+B%22%5BJournal%5D)">Design, theory, and measurement of a polarization-insensitive absorber for terahertz imaging.</a> Phys. Rev. B. 79, 125104-12 (2009).</li>
<li>Gokkavas, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Experimental+demonstration+of+a+left-handed+metamaterial+operating+at+100+GHz%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+B%22%5BJournal%5D)">Experimental demonstration of a left-handed metamaterial operating at 100 GHz.</a> Phys. Rev. B. 73, 193103(2006).</li>
<li>Smith, D. R., Kroll, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Negative+refractive+index+in+left-handed+materials%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+Lett%22%5BJournal%5D)">Negative refractive index in left-handed materials.</a> Phys. Rev. Lett. 85, 2933-2936 (2000).</li>
<li>Wiltshire, M. C. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microstructured+magnetic+materials+for+RF+flux+guides+in+magnetic+resonance+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Microstructured magnetic materials for RF flux guides in magnetic resonance imaging.</a> Science. 291, 849-851 (2001).</li>
<li>Pendry, J. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Negative+refraction+makes+a+perfect+lens%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+Lett%22%5BJournal%5D)">Negative refraction makes a perfect lens.</a> Phys. Rev. Lett. 85, 3966-3969 (2000).</li>
<li>Kabashin, A. V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Plasmonic+nanorod+metamaterials+for+biosensing%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Mater%22%5BJournal%5D)">Plasmonic nanorod metamaterials for biosensing.</a> Nat. Mater. 8, 867-871 (2009).</li>
<li>Dolling, G., Enkrich, C., Wegener, M., Soukoulis, C. M., Linden, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Low-loss+negative-index+metamaterial+at+telecommunication+wavelengths%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Lett%22%5BJournal%5D)">Low-loss negative-index metamaterial at telecommunication wavelengths.</a> Opt. Lett. 31, 1800-1802 (2006).</li>
<li>Schurig, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Metamaterial+electromagnetic+cloak+at+microwave+frequencies%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Metamaterial electromagnetic cloak at microwave frequencies.</a> Science. 314, 977-980 (2006).</li>
<li>Chen, H. T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Experimental+demonstration+of+frequency-agile+terahertz+metamaterials%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Photonics%22%5BJournal%5D)">Experimental demonstration of frequency-agile terahertz metamaterials.</a> Nat. Photonics. 2, 295-298 (2008).</li>
<li>Ma, Y., Khalid, A., Saha, S. C., Grant, J. P., Cumming, D. R. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((THz+band+pass+filter+on+plastic+substrates+and+its+application+on+biological+sensing%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Photonics+Society+Winter+Topicals+Meeting+Series%22%5BJournal%5D)">THz band pass filter on plastic substrates and its application on biological sensing.</a> IEEE Photonics Society Winter Topicals Meeting Series. , 50-51 (2010).</li>
<li>Grant, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Polarization+insensitive+terahertz+metamaterial+absorber%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Lett%22%5BJournal%5D)">Polarization insensitive terahertz metamaterial absorber.</a> Opt. Lett. 36, 1524-1526 (2011).</li>
<li>Ma, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+terahertz+polarization+insensitive+dual+band+metamaterial+absorber%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Lett%22%5BJournal%5D)">A terahertz polarization insensitive dual band metamaterial absorber.</a> Opt. Lett. 36, 945-947 (2011).</li>
<li>Grant, J., Ma, Y., Saha, S., Khalid, A., Cumming, D. R. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Polarization+insensitive%2C+broadband+terahertz+metamaterial+absorber%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Lett%22%5BJournal%5D)">Polarization insensitive, broadband terahertz metamaterial absorber.</a> Opt. Lett. 36, 3476-3478 (2011).</li>
<li>Tonouchi, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cutting-edge+terahertz+technology%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Photon%22%5BJournal%5D)">Cutting-edge terahertz technology.</a> Nat. Photon. 1, 97-105 (2007).</li>
<li>D. Schurig, J. J. M., Justice, B. J., Cummer, S. A., Pendry, J. B., Starr, A. F., Smith, D. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microwave+Cloaking+Realized%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Microwave Cloaking Realized.</a> Science. 314, 889(2006).</li>
<li>Padilla, W. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrically+resonant+terahertz+metamaterials%3A+Theoretical+and+experimental+investigations%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+B%22%5BJournal%5D)">Electrically resonant terahertz metamaterials: Theoretical and experimental investigations.</a> Phys. Rev. B. 75, 041102(2007).</li>
<li>Smith, D. R., Vier, D. C., Koschny, T., Soukoulis, C. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electromagnetic+parameter+retrieval+from+inhomogeneous+metamaterials%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+E%22%5BJournal%5D)">Electromagnetic parameter retrieval from inhomogeneous metamaterials.</a> Phys. Rev. E. 71, (2005).</li>
<li>Landy, N. I., Sajuyigbe, S., Mock, J. J., Smith, D. R., Padilla, W. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Perfect+metamaterial+absorber%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+Lett%22%5BJournal%5D)">Perfect metamaterial absorber.</a> Phys. Rev. Lett. 100, 207402(2008).</li>
<li>Hao, J. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High+performance+optical+absorber+based+on+a+plasmonic+metamaterial%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+Lett%22%5BJournal%5D)">High performance optical absorber based on a plasmonic metamaterial.</a> Appl. Phys. Lett. 96, 251104(2010).</li>
<li>Chen, H. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Interference+theory+of+metamaterial+perfect+absorbers%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Express%22%5BJournal%5D)">Interference theory of metamaterial perfect absorbers.</a> Opt. Express. 20, 7165-7172 (2012).</li>
<li>Lee, A. W. M., Hu, Q. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Real-time%2C+continuous-wave+terahertz+imaging+by+use+of+a+microbolometer+focal-plane+array%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+Letters%22%5BJournal%5D)">Real-time, continuous-wave terahertz imaging by use of a microbolometer focal-plane array.</a> Optics Letters. 30, 2563-2565 (2005).</li>
<li>Thermo Nicolet Corporation. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22An+Introduction+to+Fourier+Transform+Infared+Spectroscopy%22">An Introduction to Fourier Transform Infared Spectroscopy</a>. , (2001).</li>
</ol>

Geen belangenconflicten verklaard.

Dit protocol beschrijft de simulatie, fabricage en karakterisering van THz metamateriaal absorbers. Het is essentieel dat dergelijke sub-golflengte structuren nauwkeurig worden gesimuleerd voordat er moeite wordt gestoken in kostbare fabricage procedures. Lumerical FDTD simulaties leveren niet alleen informatie over het MM absorptiespectrum, maar ook de locatie van de absorptie, essentiële kennis om te helpen bij de plaatsing van een transducer en om de maximale respons te verkrijgen. Bovendien kan het optimalisatiealgor...

Dit protocol beschrijft de simulatie, fabricage en karakterisering van enkele band en breedband THz MM absorbers. Het apparaat, getoond in Figuur 1, bestaat uit een metalen kruis en een diëlektrische laag bovenop een metalen grondvlak. De kruisvormige structuur is een voorbeeld van een elektrische ringresonator (ERR)20,21 en koppelt sterk aan uniforme elektrische velden, maar verwaarloosbaar aan een magnetisch veld. Door de ERR te combineren met een grondvlak, induceert de magnetische component van de invallende THz-golf een stroom in de delen van de ERR die parallel zijn aan de richting van het E-veld. De elektrische en magnetische respons kunnen vervolgens onafhankelijk worden afgesteld en de impedantie van de structuur wordt aangepast aan de vrije ruimte door de geometrie van de ERR en de afstand tussen de twee metalen elementen te variëren. Zoals getoond in Figuur 1(d), resulteert de symmetrie van de structuur in een polarisatie-onafhankelijke absorptierespons.

<table><tbody><tr><td>Lumerical FDTD</td><td>Lumerical</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Silicon wafer</td><td>IDB technologies</td><td></td><td>Single sided polished</td></tr><tr><td>Plassys 450 MEB evaporator</td><td>Plassys Bestek</td><td></td><td></td></tr><tr><td>VM651 Primer</td><td>Dupont</td><td></td><td></td></tr><tr><td>PI2545</td><td>Dupont</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Methyl Isobutyl Ketone</td><td>Sigma-Aldrich</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Isopropanol</td><td>Sigma-Aldrich</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Plasmaprep5 barrel Asher</td><td>Gala Instrumente</td><td></td><td></td></tr><tr><td>VB6 UHR EWF electron beam writer</td><td>Vistec</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Tanner L-Edit</td><td>Tanner Inc.</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Layout Beamer</td><td>GenISys Inc.</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Polymethyl methacrylate (PMMA)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>293261 Sigma-Aldrich</td><td></td></tr><tr><td>IFV 66v/s FTIR</td><td>Bruker</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Pike 30spec reflection unit</td><td>Pike Technologies</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Hg arc lamp</td><td>Bruker</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Au mirror</td><td>Thor Labs</td><td>PF05-03-M01</td><td></td></tr><tr><td>Leica INM20 Optical Microscope</td><td>Leica microsystems</td><td></td><td></td></tr><tr><td>6 mm Mylar Beamsplitter</td><td>Bruker</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

simulatie, fabricage en karakterisering van thz metamateriaal absorbers

Simulation, Fabrication and Characterization of THz Metamaterial Absorbers

Metamaterialen (MM), kunstmatige materialen die zijn ontworpen om eigenschappen te hebben die in de natuur niet voorkomen, worden al lang onderzocht sinds de eerste theoretische1 en experimentele demonstratie2 van hun unieke eigenschappen. MM's kunnen een zeer controleerbare elektromagnetische respons bieden, en tot op heden zijn ze aangetoond in elk technologisch relevant spectraal bereik, inclusief de optische3, nabij IR4, midden IR5, THz6, mm-golf7, microgolf8 en radio9 banden. Toepassingen omvatten perfecte lenzen10, sensoren11, telecommunicatie12, onzichtbaarheidsmantels13 en filters14,15. We hebben onlangs single band16, dual band17 en breedband18 THz metamateriaal absorber apparaten ontwikkeld die in staat zijn tot meer dan 80% absorptie op het resonantie piek. Het concept van een MM absorber is vooral belangrijk bij THz frequenties waar het moeilijk is om sterke frequentie selectieve THz absorbers19 te vinden. In onze MM absorber wordt de THz straling geabsorbeerd in een dikte van ~ λ/20, waardoor de dikte beperking van traditionele kwartgolf absorbers wordt overwonnen. MM absorbers lenen zich natuurlijk voor THz detectie toepassingen, zoals thermische sensoren, en indien geïntegreerd met geschikte THz bronnen (bijv. QCL's), kunnen ze leiden tot compacte, zeer gevoelige, goedkope, realtime THz beeldvormingssystemen.

Figuur 5(a) toont de experimenteel verkregen en gesimuleerde absorptiespectra voor een MM-absorber met een 3,1 μm dikke polyimide diëlektrische spacer. Deze MM-structuur heeft een herhalingsperiode van 27 μm en afmetingen K = 26 μm, L = 20 μm, M = 10 μm en N = 5 μm. Er werden ook experimentele metingen uitgevoerd op monsters zonder ERR-laag om te bevestigen dat de absorptie een gevolg was van de MM-structuur en niet van het diëlektricum. Het 7,5 μm dikke polyimide monster zonder ERR-structuur heeft een m...

Dit protocol beschrijft de simulatie, fabricage en karakterisering van THz metamateriaal absorbers. Dergelijke absorbers hebben, wanneer gekoppeld aan een geschikte sensor, toepassingen in THz beeldvorming en spectroscopie.

Simulatie, fabricage en karakterisering van THz Metamateriaal Absorbers

Metamaterials (MM),  artificial materials engineered to have properties that may not be found in  nature, have been widely explored since the first ...

Het algemene doel van deze procedure is om een terahertz metamateriaal absorberstructuur te simuleren, te fabriceren en te karakteriseren. Voer eerst simulaties uit om het optimale metamateriaal absorberontwerp vast te stellen. Fabriqueer vervolgens dit geoptimaliseerde ontwerp.Beoordeel vervolgens de experimentele prestaties van de absorber met behulp van Fourier-transform infraroodspectroscopie. De resulterende enkele band, dubbele band en breedbandige ertz metamateriaal absorberapparaten zijn in staat tot meer dan 80% absorptie op de resonantiepiek. En wanneer gekoppeld met een geschikte sensor, hebben ze toepassingen in ertz beeldvorming en spectroscopie.De technologie waar we aan werken, stelt ons in staat om kleine, draagbare terahertz beeldvormingssystemen te maken, die handzaam zullen zijn door te werken aan Metamateriaaltechnologieën, die we hopen te integreren met sensoren zoals barometers, we hopen apparaten met hoge snelheid en hoge gevoeligheid te kunnen realiseren. De implicaties van deze techniek strekken zich uit naar de snelle ontwerpsimulatie, fabricage en karakterisering van prototype terahertz Metamateriaalapparaten. Deze methode toont niet alleen hoe een telehealth metamateriaal absorber kan worden gefabriceerd, maar kan ook worden toegepast op de ontwerp- en fabricage van andere metamateriaalapparaten en componenten zoals filters, modulatoren, perfecte lenzen en onzichtbaarheidsmantels.Volg de simulatiesectie in het protocol van het tijdschriftartikel om een metamateriaal absorber met de gewenste absorptiespectrumkenmerken te ontwerpen. Reinig het silicium in opeenvolgende oplossingen van optisch heldere aceton en isopropanol. Dompel eerst onder in het oplosmiddel bij 50 graden Celsius gedurende 10 minuten en onderwerp vervolgens aan ultrasone agitatie.Vervolgens verdampt u een metalen bi-laag van titanium en goud op het silicium met behulp van een elektronenbundel verdamper. Merk op dat de dikte van het metaal groter moet zijn dan de huiddiepte bij de gewenste bedrijfsfrequentie. Na reiniging in oplosmiddelen zoals eerder beschreven, pipet VM 651 primer op het monster en laat het 20 seconden rusten.Slinger vervolgens het monster gedurende vijf seconden op 4.000 RPM en bak het op een contact hot plate bij 120 graden Celsius gedurende 60 seconden. Pipet de polyamide op het monster en laat het 20 seconden rusten. Vergeet niet de polyamide de tijd te geven om kamertemperatuur te bereiken na verwijdering uit de vriezer.Dit is om de vuleigenschappen na verloop van tijd te behouden. Slinger het monster eerst gedurende vijf seconden op 500 RPM met een versnelling van 100 RPMs naar de negatieve een en verhoog naar 6.000 RPM met een versnelling van 500 RPMs naar de negatieve een gedurende 60 seconden. Bak vervolgens het monster op een contact hot plate bij 140 graden Celsius gedurende vijf minuten.Voor een dikkere polyamidefilm, slinger meerdere lagen of verlaag de uiteindelijke slingersnelheid. Bak de polyamide op een contact hot plate bij 220 graden Celsius gedurende 10 minuten. Deponeer vervolgens 15%2010 PMMA op het monster, slinger gedurende 60 seconden op 5.000 RPM.Verwijder eventueel overtollig resist dat op de achterkant van het monster is gekropen met aceton. Bak vervolgens in een convectieoven bij 180 graden Celsius gedurende 30 minuten. Zodra het monster is afgekoeld tot kamertemperatuur, deponeer 4%2041 PMMA op het monster, slinger en bak zoals eerder getoond.Ontwerp nu het taakbestand in Tanner L.Edit breuk in polygonen door layout Beamer. En dien ten slotte in bij de beam writer met behulp van de Java-gebaseerde bell software. Schrijf de gewenste taak met een dosis van 450 micro curies centimeter vierkant op de VB zes elektronenbundelrijder.Ontwikkel vervolgens het monster in een oplossing van een-op-een MIBK naar IPA bij 23 graden Celsius gedurende 60 seconden. Spoel af met isopropanol. Inspecteer vervolgens de patroonnauwkeurigheid op een optisch microscoop.Als functies slecht zijn opgelost, verwijder de resistente optische aceton en isopropanol en begin opnieuw. Des scum het monster met zuurstof met behulp van een gala, plasma prep vat lasher en verdampt vervolgens 20 nanometer titanium en 150 nanometer goud met behulp van een elektronenbundel verdamper. Plaats het monster in een beker met warm aceton en verwarm het tot 50 graden Celsius in een waterbad gedurende vier uur met behulp van een pipet.Was het monster royaal met het warme aceton. Inspecteer nu het monster met het blote oog op metaal dat loskomt van de gebieden waar het PMMA aanwezig was. Als de liftoff langzaam verloopt, plaats de beker gedurende twee minuten in het ultrasone waterbad.Inspecteer ten slotte het monster onder de optische microscoop. Schakel de stikstoftoevoer naar de Fourier-transform infraroodspectrometer in. Druk op de FIR-knop aan de voorkant van de spectrometerbesturingseenheid om de kwikbooglamp in te schakelen.Plaats de zes micron meerlaagse bundelsplitter in de juiste sleuf in de interferometereenheid. Ventileer vervolgens het monstercompartiment van de spectrometer en plaats de pike 30 graden reflectie-eenheid. Plaats de zeven millimeter opening bovenop de opening van de reflectie-eenheid en plaats er bovenop een gouden spiegel.Evacueer nu het monstercompartiment tot een druk van vijf millibar. Start de opus software en laad het configuratiebestand voor het nemen van metingen in het bereik van 30 tot 300 inverse centimeters. En zorg ervoor dat de LED aan de voorkant van het detectorcompartiment groen knippert, wat aangeeft dat de scanner actief is.Controleer of de vorm van het interferogram zoals verwacht is. Voer 100 achtergrondscans uit om het achtergrondspectrum te verkrijgen. Ventileer het monstercompartiment, verwijder de spiegel en plaats het monster met de achterkant naar beneden op de opening.Zorg ervoor dat het midden van het monster in het midden van de opening staat en vacueer vervolgens het monstercompartiment. Voer vervolgens 1000 monsterscans uit om het monsterspectrum te verkrijgen. De software vergelijkt automatisch het monsterspectrum met de achtergrond en het ware reflectiespectrum van het monster wordt op het scherm weergegeven.Deze figuren tonen absorptiespectra voor metamateriaal absorbers met verschillende diëlektrische tussenlaagdiktes. He

simulation-fabrication-characterization-thz-metamaterial

Research

JoVE Journal

Engineering

Techniek

Metamaterialen bij terahertz frequenties bieden unieke mogelijkheden, maar zijn uitdagend om te fabriceren in bulk. Wij passen de fabricage procedure voor micro polymere optische vezels mogelijk om goedkoop te fabriceren metamaterials op industriële schaal. Wij produceren polymethylmethacrylaat vezels met ~ 10 micrometer diameter indium draden gescheiden door ~ 100 um, die een terahertz plasmonische reactie vertonen.

Fabriceren Metamaterialen Met behulp van de Fiber tekenmethode

De wijze van toepassing van een brekingsindex sensor voor terahertz frequenties gebaseerd op een gegroefde parallelle plaat golfgeleider geometrie beschreven. De werkwijze levert een meting van de brekingsindex van een klein volume vloeistof door controle van de verschuiving van de resonantiefrequentie van de...

Terahertz Microfluïdische Sensing via een parallelle-plaat Waveguide Sensor

We beschrijven methoden voor het ontwerp, de fabricage en karakterisering van plasmonische fotogeleidende emitters, die twee ordes van grootte hoger terahertz vermogen in vergelijking met conventionele fotogeleidende emitters bieden.

Ontwerp, fabricage en karakterisatie van Plasmonische Fotogeleidende Terahertz emitters

Supergeleidende magnetron resonatoren van belang zijn voor de detectie van licht, quantum computing toepassingen en materialen karakterisering. Dit werk geeft een gedetailleerde procedure voor de fabricage en karakterisering van supergeleidende magnetron resonator verstrooiing parameters.

Fabricage en karakterisering van Supergeleidende Resonators

Een protocol voor het ontwerp en de fabricage van een nieuw-nanopillar gebaseerde split ring resonator (SRR) wordt gepresenteerd.

Fabricage van Nanopillar-Based Split Ring Resonators voor Displacement Current gemedieerde resonanties in Terahertz Metamaterials

Een protocol voor een vaste-fixed beam-ontwerpen met behulp van een laser Doppler vibrometer (LDV), met inbegrip van de meting van de frequentie afstemmen, wijziging van tuning mogelijkheden, en het vermijden van apparaatfout en stiction, wordt gepresenteerd. De superioriteit van de LDV-methode over de netwerkanalyse blijkt toe te schrijven aan zijn hogere modus vermogen.

Design en karakterisatie methodologie voor efficiënte Wide Range afstembare MEMS Filters

Additief vervaardigde polymeren worden veel gebruikt voor de productie van elastische metamaterialen. Het visco-elastische gedrag van deze polymeren bij ultrasone frequenties blijft echter slecht bestudeerd. Deze studie rapporteert een protocol om de visco-elastische eigenschappen van 3D-geprinte polymeren te schatten en te laten zien hoe deze kunnen worden gebruikt om de dynamiek van metamaterialen te analyseren.

Karakterisering van dissipatieve elastische metamaterialen geproduceerd door additive manufacturing 

Gebruik van fotonisch kristal langzaam licht golfgeleiders en holtes is op grote schaal door de fotonica gemeenschap in veel verschillende toepassingen. Daarom fabricage en karakterisering van deze apparaten zijn van groot belang. Dit document schetst onze fabricage techniek en twee optische karakterisatie methoden, te weten: interferometrische (golfgeleiders) en resonante verstrooiing (holten).

Fabricage en karakterisering van fotonische kristallen Slow lichtgolfgeleiders en holtes

Wij ontwikkelen en karakteriseren van een ongeordende polymeer optische vezel die dwars Anderson lokalisatie gebruikt als een roman golfgeleidend mechanisme. Dit microgestructureerde vezel kan een kleine gelokaliseerde bundel transporteren met een straal die vergelijkbaar is met de bundel straal van conventionele optische vezels.

Fabricage en karakterisering van wanordelijke polymeer optische vezels voor Transversale Anderson lokalisatie van Licht

Parametrische optomechanische excitaties zijn onlangs experimenteel aangetoond in microfluïdische optomechanische resonatoren door middel van optische stralingsdruk en gestimuleerde Brillouin-verstrooiing. Dit artikel beschrijft de fabricage van deze microfluïdische resonatoren samen met methodologieën voor het genereren en verifiëren van optomechanische oscillaties.

Fabricage en testen van Microfluidic Optomechanische oscillators

Leer de simulatie, fabricage en karakterisatie van terahertz metamateriaal-absorbers met Fourier-transformatie-infraroodspectroscopie. Deze methode bereikt meer dan 80% absorptie bij resonantiepieken voor toepassingen in beeldvorming.

Simulatie, fabricage en karakterisering van THz Metamateriaal Absorbers

Meer video's verkennen