Usando microondas e amostras macroscópicas de dielétricos sólidos para estudar as propriedades fotônicas de desordenados fotônicos Bandgap Materiais

Summary

Estruturas desordenadas oferecer novos mecanismos para a formação de bandgaps fotônicos e liberdade sem precedentes em projetos funcionais de defeitos. Para driblar os desafios computacionais de sistemas desordenados, construímos amostras macroscópicas modulares da nova classe de materiais PBG e utilizar microondas para caracterizar suas propriedades fotônicas escala invariante, de uma forma fácil e barata.

Abstract

Recentemente, materiais fotónicas desordenados têm sido sugeridos como uma alternativa aos cristais periódicas para a formação de uma banda proibida fotónica completo (PBG). Neste artigo vamos descrever os métodos para a construção e caracterização de estruturas fotônicas desordenados macroscópicas utilizando microondas. O regime de microondas oferece o tamanho da amostra experimental mais conveniente para construir e testar meios PBG. Componentes de treliça dielétricos manipulados facilmente estender flexibilidade na construção de diversas estruturas 2D em cima de modelos de plástico pré-impressos. Uma vez construídas, as estruturas podem ser rapidamente modificado com defeitos pontuais e linha para fazer guias de onda de forma livre e filtros. O teste é feito usando um amplamente disponíveis Vector Network Analyzer e pares de antenas chifre microondas. Devido à propriedade de invariância de escala de campos electromagnéticos, os resultados obtidos na região de microondas pode ser aplicado diretamente sobre as regiões de infravermelhos e ópticas. Nossa abordagem é simples, mas oferece exciting uma nova visão sobre a natureza da interação matéria leve e desordenada.

Os resultados representativos incluem a primeira demonstração experimental da existência de um PBG completa e isotrópica em uma estrutura desordenada dieléctrico bidimensional hyperuniform (2D). Além disso, demonstramos experimentalmente a capacidade dessa estrutura fotônica novela para guiar ondas eletromagnéticas (EM), através de guias de onda de forma livre de forma arbitrária.

Introduction

A existência de um bandgap para fótons tem sido o foco de muitos trabalhos científicos, a partir dos estudos anteriores feitos por Lord Rayleigh na unidimensional stop-band, uma faixa de freqüências que são proibidos de propagação através de um meio periódica ^1. A investigação sobre ondas eletromagnéticas (EM) propagação em estruturas periódicas tem realmente floresceu nas últimas duas décadas após as publicações seminais de E. Yablonovitch ^2,3 e S. João ^4. O termo "cristal fotônico" foi cunhado por Yablonovitch para descrever as estruturas dielétricas periódicas que possuíam um bandgap fotônico (PBG).

....

Protocol

1. criar uma estrutura 2D Hyperuniform desordenado dielétrica ¹¹

1. Escolheu uma subclasse de padrão ponto desordem hyperuniform 2D (círculos azuis na Figura 2) e particioná-lo (linhas azuis na Figura 2) com Delaunay tessellation. A tessellation 2D Delaunay é uma triangulação que maximiza o ângulo mínimo para cada triângulo formado e garante que não há outros pontos dentro da circunferência de cada triângulo ^11.
2. Localize os centróides de cada triângulo (círculos pretos sólidos na Figura 2); estes centroides são as localizações das varetas dieléctricas do raio r ^11. <....

Results

Conseguimos a primeira confirmação da história de um isotrópico completa PBG presentes no transtorno hyperuniform estruturas dielétricas. Aqui, apresentamos nossos resultados estrutura HD e compará-los ao de uma rede quadrada de cristal fotônico periódico.

A Figura 5 mostra um gráfico de semi-log de ​​transmissão polarização TE (dB) versus frequência (GHz) para uma estrutura em desordem hyperuniform um ângulo de incidência. Este gráfico mostra que a região de banda de parage.......

Discussion

Começando a partir de um padrão de ponto desordenada hyperuniform, estruturas HD 2D consiste hastes e / ou rede de parede podem ser concebidos para se obter uma completa PBG para todos polarização ^11. Com base no projeto, construímos um modelo com buracos e ranhuras para montagem de varas 2D alumina e paredes estruturas em cm escala que poderia ser testada com micro-ondas. Optamos por trabalhar com micro-ondas, porque blocos cm-escala, como hastes e paredes alumina, são baratos e de fácil manuseio. Temos expe.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Máquina de estereolitografia	3D Systems	SLA-7000
Resina para base	3D Systems	Accura 60
Hastes			r=2,5 mm, cortadas a 10,0 cm de altura
Folhas			Espessura 0,38 mm, largura variável: de 1,0 mm a 5,3 mm com incrementos de 0,2 mm
Gerador de microondas Agilent	/HP	83651B
Conjunto de teste de parâmetro S	Agilent/HP	8517B
Analisador de rede vetorial de microondas	Agilent/HP	8510C