Name: Düzensiz Fotonik Bandgap Malzemelerin Fotonik Properties Çalışması Mikrodalga ve Dielektrik Katı makroskopik Örnekleri kullanma (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-09-26T13:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 35 s
Description: Öğrenin, düzensiz fotonik bant aralığı malzemelerinin fotoni özelliklerini mikrodalga ölçekli dielektrik katı örnekler kullanarak nasıl inceleneceğini. Bu yöntem, malzemelerin bant aralığı davranışlarını hızlı ve ekonomik bir şekilde karakterize etmeyi sağlar.

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

playerTrialDesktop

Bu çalışma kısmen Biz yararlı tartışmalar için NYU bizim işbirlikçi Paul M. Chaikin teşekkür WM Bilim İlerlemesi İçin Araştırma Kurumu (Hibe 10626), Ulusal Bilim Vakfı (DMR-1308084), ve San Francisco Eyalet Üniversitesi İç ödül tarafından desteklenen deneysel tasarım ve bize SFSU sitesinde kullanmak için VNA sistemi sağlamak için. Biz teorik işbirlikçilere, çeşitli tartışmalar için HD PBG malzemeleri, Marian Florescu, Paul M. Steinhardt ve Sal Torquato mucidi teşekkür ve bize HD nokta desen ve sürekli tartışmalar tasarımını sağlamak için.

1. 2D Hyperuniform Düzensiz Dielektrik Yapı Tasarımı 11 <ol><li> Delaunay mozaiklemede kullanarak bir 2D hyperuniform bozukluk bir nokta örneği alt sınıfı (Şekil 2&#39;de mavi daireler) ve bölme (Şekil 2&#39;de mavi çizgi) seçti. Bir 2D Delaunay mozaikleme her üçgen için minimum açı oluşmuş üst düzeye çıkarır ve her üçgenin 11 circumcircle içinde hiçbir noktaları var garanti bir nirengi noktasıdır. </li><li> Her üçgenin merkezlerini (Şekil 2 katı siyah daireler) bulun; Bu sentroidler yarıçapı r 11 dielektrik çubuklarının konumları vardır. </li><li> Her noktadan yaklaşık 11 hücrelerini oluşturmak için komşu üçgenler (Şekil 2 kalın kırmızı çizgiler) ağırlık merkezlerini bağlayın. </li><li> Çubuklar ve duvarlar 14 monte edileceği delikleri ve yuvaları ile 2 cm boyunda HD baz şablon için CAD ​​tasarım dosyası oluşturun. Kullandığınız birHD = 1.33 cm, ortalama iç-çubuk aralığı ile desen ve delik yarıçapı ayarlayın 2.5 mm ve slot genişliği 0.38 mm olmak içindi. Delikleri ve yuvaları takılmış çubukları ve duvarları stabilize derin 1 cm olması için derinliği ayarlayın. </li><li> Karşılaştırma 14 için kristalin temel şablon için benzer bir CAD tasarım dosyası (kare kafes) oluşturun. HD yapısında (1.33 cm) ve aynı delik-yarıçap (2,5 mm) ve slot-genişliği (0.38 mm) gibi aynı kafes sabitini kullanın. </li></ol> 2. Örnek İnşaat ve Hazırlama <ol><li> Şablonu Üretiyor. Ultraviyole lazer foto-polimerizasyonu ile sağlam bir plastik modelini üreten bir stereolitografi makinesi ile HD ve Kare kafes plastik üsleri imalatı. Örneğin polikarbonat gibi plastikler için, açık bir reçine içerir. Çözünürlük hem yanal hem de dikey yönde 0.1 mm dir. (Merkez paneli Şekil 3). </li><li> Yapı taşlarını hazırlayın: Sipariş piyasada mevcut Alümina rods ve hassas boyutları (Şekil 3, sol paneline bakın) kesilmiş ince duvarlar. Örneğin 10.0 cm, bir kaç dalga boyu daha az olması için yükseklik ayarlayın. Tüm çubuklar çapı 5,0 mm&#39;dir. Duvar kalınlığı daima 0.38 mm ve genişlikleri 0.2 mm artışlarla birlikte, 1.0 mm&#39;den 5.3 mm&#39;ye değişir. </li><li> Bandaralıklı ölçümleri için hatasız bir test yapısını oluşturun. İstenilen yapı mimarisi için üssü haline çubuklarını ve duvarlar yerleştirin. Polimer baz üzerindeki her çubuklar ve duvarların inşa ağının yandan görünüşüdür, Şekil 3, sağ panelde gösterilmektedir. </li><li> Bir dalga kılavuzu veya kavite kusur Tasarım: doğrudan çıkarma veya Şekil 9A ve 9C &#39;de gösterildiği gibi, tasarlanan yolu boyunca çubukları ve duvarlar değiştirerek örnekler vasıtasıyla, çeşitli dalga kılavuzlarının oluşturun. Numunelerin modüler tasarımı nokta, çizgi veya eğri kusurların hızlı ve kolay değiştirilmesine izin verir. </li></ol> 3. Büyük Aletleri <ol><li> Hassas 1 Hz frekans çözünürlüğü ile 50 GHz 45 MHz frekans kapsama ile mikrodalga sağlamak için sentezlenmiş bir stoper (mikrodalga jeneratörü) kullanın. Iki port (terminalleri) arasındaki iletim parametreleri ölçmek için bir S-parametre test seti jeneratör bağlayın. Sweeper ve test seti arasındaki iletişim için Genel Amaçlı Arayüz Otobüs (GPIB) bağlantıları ve kabloları kullanın. </li><li> S-parametre alınan sinyali işlemek için Mikrodalga Vektör Network analizörü (VNA) kullanın test seti ve sinyalin büyüklüğünü ve faz ölçmek için. VNA, frekansın bir fonksiyonu olarak bağlantı 2 kaynak sinyale göre giriş 1 de tespit edilen e-alanın gerçek ve sanal bileşenleri içeren bir veri dosyası üretir, böylece S21 moduna ayarlanmış S-parametre ayarlama testi </li></ol> 4. Cihaz Kurulumu <ol><li> / Bitiş Frekansı başlatın. VNA bize kullanılarak ölçümü için frekans aralığının uygun başlangıç ​​ve bitiş değerlerini seçiner menüsü. PBG ile bağlantılı ilgili frekans aralığı örneklerin kafes aralığı dielektrik endeksi bağlıdır. Kafes boşluklar = 1.33 cm Alümina numuneler için 15 GHz mikrodalgalar için 7 GHz kullanın. </li><li> Faktörü Averaging. Vektör analizörü rastgele gürültüyü azaltmak için birden fazla ölçüm ortalamasına göre her veri noktasını hesaplar. VNA tuş takımındaki istenen birden girerek 4096 512 ile bir ortalama faktörü seçin. Gürültüyü en aza indirmek için daha yüksek bir ortalama faktörü seçin ve hızlı bir tarama için bir alt ortalama faktörü seçti. </li><li> Nokta sayısı. 7 GHz GHz ila 15 aralığında ölçümler için, 10 MHz frekans çözünürlüğü elde etmek, VNA ekran menüsünde, veri noktaları (801) sayısını seçti. </li><li> Kalibrasyon. Doğrudan nispi iletim oranını ölçmek sayesinde sistemi kalibre ve aynı arka plan ve boynuz ANTENN arasındaki numune olmadan önceden kalibre ayarının iletimi karşı normalizegibi. Bunu yaparak, kablolar, adaptörler, dalga kılavuzları ve antenler nedeniyle tüm plan kaybı ortadan kaldırılabilir ve ve test numune olmadan bağıl iletim oranı, doğrudan kaydedilir. <ol><li> Bandaralıklı ölçümlerde, 28 a mesafeden birbirine bakacak boynuzları arasındaki serbest uzayda mikrodalga iletimi ölçmek ve VNA ayarlanmış bir kalibrasyon olarak sonuçları kaydedin. Boynuzları arasında bir yapıyla gerçek deneme için veri almadan önce, VNA monitörde &quot;ON CALIBRATION&#39;ın&quot; seçerek belirlenen kalibrasyon açın. VNA hesaplanan veriler kalibrasyon kümesi ile otomatik olarak normalleştirilmiş ile ve yerine numune olmadan iletim gücünün oranı döndürür. </li><li> Örnek dalga kılavuzları aracılığıyla iletim kolayca boş alana iki boynuzu arasında kalibre iletimini aşabilir beri dalga ölçümleri için anlamlı bir kalibrasyon, iyi tanımlanmış değildir. DönüşVNA üzerinde kalibrasyon kapalı izlemek ve kaynak sinyali üzerindeki algılanan sinyal ham iletim, kaydedin. En iyi kavrama verim elde etmek hemen yanında dalga kanal açıklıklar boynuzları yerleştirin. </li></ol></li></ol> 5. Deney Düzeneği <ol><li> Şekil 4&#39;te gösterilen deney düzeneği yapılandırın. Giriş / çıkış dalga kılavuzları ile S-parametre test set noktalarını bağlamak için yüksek kaliteli yarı-esnek koaksiyel kablolar kullanın. Doğrusal polarize olması için radyasyon sağlamak için dikdörtgen tek modlu dalga kılavuzlarının ve adaptör aracılığıyla bağlantı noktaları ile piramidal huni antenler bağlayın, boynuz radyasyonun E-alan boynuz kısa kenarına paralel. </li><li> Bandaralıklı ölçümleri için: kusur ücretsiz numune PBG karakterize etmek hatasız örnekler üzerinden iletimini ölçmek için aşağıdaki adımlara uyun. <ol><li> Birbirlerine yüz dikey ve yatay boynuzları hizalayın. H düzenleyinBir yeteri kadar mesafede orns ortalama dalga boyu gibi 20 kat, böylece örnek ulaşan uzak-alan radyasyon düzlem dalgası yaklaştırılabilir. Test numunesi olmadan uzayda bakan boynuzları arasında iletimini kalibre ve kalibrasyon bellekte saklayabilirsiniz. </li><li> İki bakan boynuzu arasına dönen sahnede çubuklar ve duvarlar yapılmış hatasız yapılar yerleştirin. Adım 5.2.1 esnasında VNA belleğe kaydedilen kalibrasyon sette açın. Sistem şimdi kalibre bellek iletim gücü karşısında normalize numune boyunca nispi iletim oranını ölçmek için hazırdır. </li></ol></li><li> Dalga kılavuzları ve kavite kusurlar ölçümleri için: deneyler kurulum için aşağıdaki adımları uyun: <ol><li> Şekil 9A ve 9C &#39;de gösterildiği gibi, çıkarma veya kusur içermeyen yapılarda çubuklar ve duvarlar değiştirerek, çeşitli dalga kılavuzlarının ve boşluk oluşturmak. </li><li> Düzenleyinmümkün olduğunca kanal açıklıklar kadar yakın boynuzları kanala iyi bağlanmasını sağlamak için. Kavisli veya bükülmüş kanal açıklığına paralel kenar ile kanal ortasında boynuzları merkezi için. </li><li> Kalibrasyonu kapatın. Şimdi VNA sistemi ölçmek ve port 1 de kaynak gücü üzerinde port 2&#39;den tespit gücün ham iletim oranını kaydetmek için hazırdır. </li></ol></li></ol> 6. Veri Toplama ve Analizi <ol><li> Numunelerin fotonik özelliklerinin açısal bağımlılığını Karakterize: <ol><li> İki bakan boynuzları arasında dönen bir sahnede neredeyse dairesel bir sınır ile çubuklar ve duvarlar yapılmış Yeri yapıları. </li><li> VNA hafızasına kaydedilen kalibrasyon adımda 5.2.2 açık olduğundan emin olun. Sıfır yapısı ile döner sahne ve tedbir iletim açısı ölçek. Sıfır olay açıyla ilk ölçümden sonra, örnek döndürmek ve eşit açı ARTIM şanzımanı ölçmekörneğin 180 ° dönme kadar her 2 ° olarak hastalar, ulaşılır. </li></ol></li><li> Numuneler için fotonik özelliklerinin polarizasyon bağlılığını karakterize: Boynuz açılış yönelimleri değiştirerek, sırasıyla iki farklı polarizasyonlar Yukarıda açıklanan tüm ölçümleri yapın. TM polarizasyon için, çubuklar için örnek taban ve paralel yatay düzleme dik borularını &quot;ve kısa kenarı (E alan yönü) olarak ayarlanır. Kısa kenarları (E-alan yönü) yatay düzlemde böylece TE polarizasyon için, boynuzları 90 derece döndürün. </li><li> Çeşitli dalga kılavuzları kanallar karakterize: kalibrasyon adımda 5.3.3 kapalı olduğundan emin olun. En iyi bağlantı için numune yanındaki boynuzları yerleştirin. Kaldırılması ve / veya kanal yolu boyunca çubukları ve duvarlar değiştirmek sureti ile farklı kanallardan iletim ölçün. Gerçek zamanlı olarak Vna ile iletim sinyalini kontrol ederek bir reklam tarafından kanal yolunu değiştirmekding ve ekstra çubuklar ve optimize iletim gücü veya istenilen filtreleme, bant genişliği için duvarları kaldırarak. </li><li> Karşılaştırma için bir kare kafes fotonik kristal yukarıda tarif ne benzer benzer ölçümleri yapın. </li><li> Veri analizi. Analiz ve MATLAB gibi bir bilgisayar programı kullanarak verilerin grafiğini. Konu dalga kılavuzu kanallar arasında ya da iletim örnekleri tur boyunca bir önlem incelemek için, Şekil 5, Şekil 2 ve Şekil 9B ve 9D gibi bir işlev frekansı (hattı arsa) gibi iletim ölçülmüştür. Şekil 6 ve Şekil 7&#39;de gösterildiği gibi, frekans ve açı (renkli kontur arsa) bir fonksiyonu olarak, Konu iletim yapılar ve bunların açısal bağımlılığı durma bantları özelliklerini analiz etmek. </li><li> Bu protokol, polar Coordi frekans ve eğim açısının bir fonksiyonu olarak numunelerin ile ölçülen iletim sunulması önerirdoğrudan dönme simetri ve fotonik özellikleri açısal bağımlılığını canlandırmak için, 12, süresini ortadan kaldırmaktadır. Doğrudan kristal yapıların Brillouin bölge sınırlarını göstermek ve kristaller ve yarı kristal olarak PBG oluşumu ve Bragg saçılma uçakları (Brilluoin bölge sınırları) arasındaki ilişkiyi ortaya çıkarmak için polar koordinat araziler oluşturmak. </li></ol>

<ol><li>Strut, J. W. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aStrut%2C+JW+%22The+propagation+of+waves+through+a+Medium+Endowed+with+a+Periodic+structure.+Philosophical+magazine%22">The propagation of waves through a Medium Endowed with a Periodic structure. Philosophical magazine</a>. XXIV, 145-159 (1887).</li>
<li>Yablonovitch, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Inhibited+spontaneous+emission+in+solid-state+physics+and+electronics%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+Lett%22%5BJournal%5D)">Inhibited spontaneous emission in solid-state physics and electronics.</a> Phys. Rev. Lett. 58, 2059-2062 (1987).</li>
<li>Yablonovitch, E., Gmitter, T. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Photonic+band+structure%3A+The+face-centered-cubic+case%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+Lett%22%5BJournal%5D)">Photonic band structure: The face-centered-cubic case.</a> Phys. Rev. Lett. 63, 1950-1953 (1989).</li>
<li>Sajeev, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Strong+localization+of+photons+in+Certain+Disordered+Dielectric+super+lattices%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+Lett%22%5BJournal%5D)">Strong localization of photons in Certain Disordered Dielectric super lattices.</a> Phys. Rev. Lett. 58, 2486-2489 (1987).</li>
<li>Joannopoulos, J., Johnson, S. G., Winn, J. N., Mead, R. D. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aJoannopoulos%2C+J+%22Photonic+Crystals%3A+Molding+the+Flow+of+Light%22">Photonic Crystals: Molding the Flow of Light</a>. , 2nd ed, Princeton University Press. Princeton, New Jersey. 243-248 (2008).</li>
<li>Noda, S., Chutinan, A., Trappin Imada, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((emission+of+photons+by+a+single+defect+in+a+photonic+bandgap+structure%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">emission of photons by a single defect in a photonic bandgap structure.</a> Nature. 407, 608-610 (2000).</li>
<li>Cao, H., Zhao, Y. G., Ho, S. T., Seeling, E. W., Wang, Q. H., Chang, R. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Random+laser+action+in+semiconductor+powder%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+Lett%22%5BJournal%5D)">Random laser action in semiconductor powder.</a> Phys. Rev. Lett. 82, 2278-2281 (1999).</li>
<li>Chutinan, A., John, S., Toader, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Diffractionless+flow+of+light+in+all-optical+microchips%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+Lett%22%5BJournal%5D)">Diffractionless flow of light in all-optical microchips.</a> Phys. Rev. Lett. 90, 123901(2003).</li>
<li>Vynck, K., Burresi, M., Riboli, F., Wiersma, D. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Photon+management+in+two-dimensional+disordered+media%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Mater%22%5BJournal%5D)">Photon management in two-dimensional disordered media.</a> Nature Mater. 11, 1017-1022 (2012).</li>
<li>Ishizaki, K., Koumura, M., Suzuki, K., Gondaira, K., Noda, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Realization+of+three-dimensional+guiding+of+photons+in+photonic+crystals%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Photon%22%5BJournal%5D)">Realization of three-dimensional guiding of photons in photonic crystals.</a> Nature Photon. 7, 133-137 (2013).</li>
<li>Florescu, M., Torquato, S., Steinhardt, P. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Designer+disordered+materials+with+large%2C+complete+PBGs%5BTitle%5D)+AND+%22Proc.+Natl.+Acad.+Sci%22%5BJournal%5D)">Designer disordered materials with large, complete PBGs.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. 106, 20658-20663 (2009).</li>
<li>Man, W., Megens, M., Steinhardt, P. J., Chaikin, P. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Experimental+measurement+of+the+photonic+properties+of+icosahedral+quasicrystals%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Experimental measurement of the photonic properties of icosahedral quasicrystals.</a> Nature. 436, 993-996 (2005).</li>
<li>Torquato, S., Stillinger, F. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Local+density+fluctuations%2C+hyperuniformity%2C+and+order+metrics%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+E%22%5BJournal%5D)">Local density fluctuations, hyperuniformity, and order metrics.</a> Phys. Rev. E. 68, 041113(2003).</li>
<li>Man, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Isotropic+band+gaps+and+freeform+waveguides+observed+in+hyperuniform+disordered+photonic+solids%5BTitle%5D)+AND+%22Proc.+Natl.+Acad.+Sci%22%5BJournal%5D)">Isotropic band gaps and freeform waveguides observed in hyperuniform disordered photonic solids.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. 110, 15886-15891 (2013).</li>
<li>Man, W., et al. Freeform wave-guiding and tunable frequency splitting in isotropic disordered photonic band gap materials. Frontiers in Optics 2012/Laser Science XXVIII, OSA Technical Digest (online). , Optical Society of America. Available from:
 <a target="_blank" href="https://www.osapublishing.org/abstract.cfm?uri=FiO-2012-FTh2G.5">https://www.osapublishing.org/abstract.cfm?uri=FiO-2012-FTh2G.5</a> (2012).</li>
<li>Tsitrin, S., et al. Cavity Modes Study in Hyperuniform Disordered Photonic Bandgap Materials. Frontiers in Optics 2012/Laser Science XXVIII, OSA Technical Digest (online). , Optical Society of America. Available from:
 <a target="_blank" href="https://www.osapublishing.org/abstract.cfm?uri=FiO-2012-FTh3F.4">https://www.osapublishing.org/abstract.cfm?uri=FiO-2012-FTh3F.4</a> (2012).</li>
<li>Man, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Photonic+band+gap+in+isotropic+hyperuniform+disordered+solids+with+low+dielectric+contrast%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Express%22%5BJournal%5D)">Photonic band gap in isotropic hyperuniform disordered solids with low dielectric contrast.</a> Opt. Express. 21, 19972-19981 (2013).</li>
<li>Man, W., et al. Experimental observation of photonic bandgaps in Hyperuniform disordered materials. Conference on Lasers and Electro-Optics, 2010 May 16-21, San Jose, United States, , (2010).</li>
<li>Schelew, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Characterization+of+integrated+planar+photonic+circuits+fabricated+by+a+CMOS+foundry%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Lightwave+Technology%22%5BJournal%5D)">Characterization of integrated planar photonic circuits fabricated by a CMOS foundry.</a> Journal of Lightwave Technology. 31 (2), 239(2013).</li>
<li>Guo, Y. B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sensitive+molecular+binding+assay+using+a+photonic+crystal+structure+in+total+internal+reflection%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Express%22%5BJournal%5D)">Sensitive molecular binding assay using a photonic crystal structure in total internal reflection.</a> Opt. Express. 16, 11741-11749 (2008).</li>
</ol>

Yazarlar ifşa hiçbir şey yok.

Bir hyperuniform düzensiz bir nokta örneği başlayarak, 2 HD yapıları çubuklar ve / veya duvar ağı polarizasyon 11 için tam bir PBG elde etmek üzere dizayn edilebilir oluşmaktadır. Tasarım dayanarak, biz mikrodalga fırın ile test edilebilir cm-ölçeğinde 2D Alümina çubukları ve duvarları yapıların montaj için delik ve yuvaları ile bir şablon oluşturduk. Böyle Alümina çubuklar ve duvarlar gibi cm ölçekli yapı taşları, ucuz ve kolayca ele çünkü biz, mikrodalgalar ile çalışmayı seçti. Bu deneysel 2B hyperuniform b...

Fotonların bandaralıklı varlığı tek boyutlu stop-bant, periyodik orta 1 ile yayılma yasaktır frekans aralığında Lord Rayleigh tarafından yapılan daha önceki çalışmalardan başlayarak, birçok bilimsel eser odak noktası olmuştur. Periyodik yapılarda elektromanyetik dalga (EM) yayılımı içine Araştırma gerçekten E. Yablonovitch 2,3 ve S. John 4 seminal yayınların ardından son iki yılda gelişti. Terimi &quot;fotonik kristal&quot; bir fotonik bandgap (PBG) sahip periyodik dielektrik yapılarını tanımlamak için Yablonovitch tarafından icat edildi. Fotonik kristaller dönemsellik yönde çevirilerde altında değişmeyen onları render, ayrık öteleme simetri sahip periyodik dielektrik yapılardır. Bu dönemsellik gelen elektromanyetik (EM) dalgaların dalga boyları ile eşleşen, bir grup of frekansları oldukça zayıflatılmış olur ve çoğaltım vermeyebilir. Yeterince geniş değilse, ayrıca durdurma bantları denilen yasak frekansların aralıkları, belirli frekansların fotonların varlığını yasaklayan, bir PBG oluşturmak için her yöne çakışabilir. Kavramsal olarak, fotonik kristaller EM dalga yayılımı da bandaralıklı olarak bilinen elektron enerjileri, bir yasak bölge var yarı iletken materyaller, dalga yayılımını elektron benzer. Mühendisleri kontrol ve yarı iletkenler aracılığıyla elektronların akışını değiştirmek için yarı iletkenler istihdam var benzer şekilde, PBG malzemeler optik kontrolünü gerektiren çeşitli uygulamalar için kullanılabilir. Örneğin, PBG malzemeler dalga boyu boşluk boyutları belirli frekanslarda ışık hasredebilir ve onlara 5 hat defektleri boyunca rehberlik veya filtre ışığı. PBG maddeler telekomünikasyon 6 uygulamalar için ışık akışını kontrol etmek için kullanılmak üzere önerilmektedir, Lazerler 7, optik devreler ve optik işlem 8 ve güneş enerjisi hasat 9. Bir iki boyutlu (2D) kare kafes fotonik kristal 4 kat dönme simetrisi vardır. Geliş farklı açılarda kristali giren EM dalgaları (örneğin, 0 ° ve kafes düzlemlerine göre 45 °) farklı dönemlilik karşılaşacaktır. Farklı yönlere Bragg saçılma malzemelerin çok yüksek indeksli kontrast olmadan, PBG oluşturmak için tüm yönlerde üst üste olmayabilir farklı dalga boylarında bantları durdurmak yol açar. Ayrıca, 2D yapılarda, iki farklı EM dalga kutuplaşmalar, Enine Elektrik (TE) ve Enine Manyetik (TM), sık sık bile zor tüm polarizasyonlarda 5 için her yöne tam PBG oluşturmakta, farklı frekanslarda band aralığına oluştururlar. Periyodik yapılarda, dönme simetrisi sınırlı seçenekler içsel anisotropisinden kurşun (angulasadece zorlaştırır r bağımlılığı), tam bir PBG oluşturmak, aynı zamanda büyük ölçüde fonksiyonel kusurların tasarım özgürlüğü sınırlandırır. Örneğin, dalga tasarımlar fotonik kristaller 10 büyük simetri yönleri çok sınırlı seçenek boyunca sınırlı kanıtlanmıştır. Dönemsellik nedeniyle bu sınırlamaları aşmak için ilham kaynağı, çok fazla araştırma alışılmamış PBG malzemelerin son 20 yıl içinde yapılmıştır. Hyperuniform Bozukluğu (HD) PBG yapı 11: en son dağınık malzeme, yeni bir sınıf bir periyodik ya da quasiperiodicity yokluğunda tam PBG bir izotropik sahip önerilmiştir. Fotonik bant bozukluğu yapılarda tam analitik çözümü yoktur. Düzensiz yapıların fotonik özellikleri Teorik çalışma zaman alıcı sayısal simülasyonları ile sınırlıdır. Bantları hesaplamak için simülasyon süper hücre yaklaşım metodu ve Avaide alması gerekmektediretikel bilgisayar gücü süper hücrenin sonlu boyutunu sınırlayabilir. Bu yapılar yoluyla iletimini hesaplamak için, bilgisayar simülasyonları genellikle ideal koşullar ve kaynağı ve detektör, gerçek olay EM dalga profili arasındaki bağlantı gibi bu şekilde ihmal gerçek dünya problemlerini varsayalım, ve hizalama 12, kusurları. Ayrıca, simüle yapının herhangi bir değişiklik (kusur tasarım) simülasyon başka yuvarlak gerektirecektir. Nedeniyle süper bir hücre için asgari anlam büyüklüğü nedeniyle, sistematik olarak bu düzensiz malzemeler için çeşitli kusur tasarım mimarileri keşfetmek için çok sıkıcı ve pratik değildir. Biz deneysel düzensiz fotonik yapıları inceleyerek bu hesaplama sorunları önleyebilirsiniz. Deneylerde sayesinde biz HD yapılarda tam PBG varlığını doğrulamak mümkün. Mikrodalga deneyleri kullanarak, biz de faz bilgileri elde etmek ve saha distri ortaya çıkarabilironları mevcut fotonik devletlerin Katkı ve dağılma özellikleri. Cm-ölçeğinde kolayca değiştirilebilir ve modüler örneği kullanarak, düzensiz sistemlerinde çeşitli dalga kılavuzu ve boşluk (kusur) tasarımlarınızı test ve PBGs sağlamlığını analiz edebilirsiniz. Karmaşık düzensiz fotonik yapıların Bu tür analizler sayısal ya da kuramsal çalışmalar yoluyla elde etmek için ya imsansız olmasıdır. Tasarım süreci bir &quot;gizli&quot; hyperuniform nokta desen 13 seçerek başlar. Hyperuniform nokta desenler R yarıçaplı bir &quot;küresel&quot; örnekleme pencere içerisinde noktalarının sayısı varyans, d-boyutta R d daha yavaş, yani büyük Ar pencere hacminin daha yavaş büyüdüğü sistemlerdir. Örneğin, bir nokta örneği bir 2D Poisson dağılımı, etki R noktalarının sayısının varyans R &lt;orantılıdırsup&gt; 2. Ancak, hyperuniform bozukluk nokta desen, R yarıçaplı bir pencerede puan varyans, R orantılıdır. 1 hyperuniform düzensiz nokta desen ve Poisson nokta örneği 11 arasında bir karşılaştırma göstermektedir. Biz 11 &quot;sinsi&quot; olarak adlandırılan hyperuniform düzensiz nokta desenler bir alt sınıfı kullanın. Arkadaşları 11 Florescu et açıklanan tasarım protokolü kullanarak, bir kristal benzer bir 2D hyperuniform dielektrik yapısı oluşturarak, dielektrik duvarlar ve çubuklar ağı kurma, ancak dönemsellik ve izotropi doğasında sınırlamalar olmadan. Çubuklar TM-polarizasyonda bant boşluk oluşturulması için tercih edilen ise duvar ağlar, TE-polarizasyon bandaralıklı için uygundur. Yapılan deneylerde farklı polarizasyonlar ve introd kullanım için modifiye edilebilir, böylece modüler tasarım geliştirilmiştirSerbest biçimli dalga kılavuzlarının ve kavite kusurları ucing. Maxwell denklemlerinin ölçek değişmezliği nedeniyle, mikrodalga rejimi gözlenen elektromanyetik özellikleri örnekleri mikron ve mikron altı ölçeklerde olacağını kızılötesi ve optik rejimler, doğrudan uygulanabilir.

<table><tbody><tr><td>Stereolitografi makinesi</td><td>3D Sistemler</td><td>SLA-7000</td><td></td></tr><tr>Temel <td>3D Sistemler</td><td>için Reçine</td><td>Accura 60</td><td></td></tr><tr><td>Alümina çubuklar</td><td></td><td></td><td>r = 2,5 mm, 10,0 cm yüksekliğe kadar kesilmiş</td></tr><tr><td>Alümina levhalar</td><td></td><td></td><td>Kalınlık 0,38 mm, çeşitli genişlik: 0,2 mm'lik artışlarla 1,0 mm'den 5,3 mm'ye</td></tr><tr><td>Mikrodalga jeneratörü</td><td>Agilent/HP</td><td>83651B</td><td></td></tr><tr><td>S-Parametre test seti</td><td>Agilent/HP</td><td>8517B</td><td></td></tr><tr><td>Mikrodalga Vektör Ağ Analizörü</td><td>Agilent/HP</td><td>8510C</td><td></td></tr></tbody></table>

düzensiz fotonik bandgap malzemelerin fotonik properties Çalışması mikrodalga ve dielektrik katı makroskopik Örnekleri kullanma

Using Microwave and Macroscopic Samples of Dielectric Solids to Study the Photonic Properties of Disordered Photonic Bandgap Materials

Son zamanlarda, düzensiz fotonik malzeme tam bir foton bandaralıklı (PBG) oluşumu için periyodik kristaller alternatif olarak önerilmiştir. Bu yazıda inşa ve mikrodalga fırın kullanarak makroskopik düzensiz fotonik yapıları tanımlamak için yöntemleri anlatacağız. Mikrodalga rejim PBG ortamı oluşturmak ve test etmek için en uygun deneysel örneklem boyutu sunar. Kolayca manipüle dielektrik kafes bileşenleri önceden basılmış plastik şablonlar üstüne çeşitli 2B yapılarını inşa esneklik. Inşa kez, yapıları hemen serbest formlu dalga kılavuzlarının ve filtreleri yapmak için nokta ve çizgi kusurları ile modifiye edilebilir. Test yaygın kullanılabilir Vector Ağ Analyzer ve mikrodalga boynuz anten çiftleri kullanılarak yapılır. Elektromanyetik alanların ölçek değişmezliği özelliği nedeniyle, Mikrodalga bölgede elde edilen sonuçların doğrudan kızıl ötesi ve optik bölgelere uygulanabilir. Bizim yaklaşımımız basit ama exci sunarhafif ve düzensiz madde etkileşim doğasının içine ting yeni bir fikir. Bizim temsilcisi sonuçları iki boyutlu (2D) hyperuniform düzensiz dielektrik yapısı tam ve izotropik PBG varlığının ilk deneysel gösteri yer alıyor. Ayrıca deneysel olarak keyfi şekli serbest formlu mikromercek yoluyla elektromanyetik dalgaları (EM) kılavuz bu yeni fotonik yapının yeteneğini göstermelidir.

Biz şimdiye hyperuniform bozukluğu dielektrik yapıların bir izotropik tam PBG mevcut ilk onay elde ettik. Burada, bizim HD yapısı sonuçlarını sunmak ve periyodik kare kafes fotonik kristal bu bunları karşılaştırmak. Şekil 5 bir olay açıyla hyperuniform bozukluğu yapısı için frekans (GHz) vs TE polarizasyon iletimi (dB) bir yarı-log grafiği göstermektedir. Bu grafik, durdurma bandı bölgesi iletim yoğunluğu büyüklüklerin fazla iki sipariş damla 8.5 ve 9.5 GHz arasında, yaklaşı...

Düzensiz yapılar fonksiyonel kusur tasarımlar fotonik band aralığına ve eşi görülmemiş bir özgürlük oluşturulması için yeni mekanizmalar sunuyoruz. Düzensiz sistemlerin hesaplamalı zorlukları aşmak için, biz PBG malzemelerin yeni sınıf modüler makroskopik örnekleri inşa ve kolay ve ucuz bir şekilde, onların ölçek değişmeyen fotonik özelliklerini karakterize etmek için mikrodalga kullanın.

Düzensiz Fotonik Bandgap Malzemelerin Fotonik Properties Çalışması Mikrodalga ve Dielektrik Katı makroskopik Örnekleri kullanma

Recently, disordered photonic materials have been suggested as an alternative to periodic crystals for the formation of a complete photonic bandgap (PBG). ...

Aşağıdaki deneyin genel amacı, düzensiz fotonik bant aralığı malzemelerinin fotonik özelliklerini incelemek için mikrodalga ölçekli dielektrik katı numuneler kullanmaktır. Bu, belirli düzenli veya düzensiz desenler oluşturacak şekilde düzenlenmiş deliklere ve yuvalara sahip, 3D yazıcıyla basılmış bir temel şablona dielektrik bileşenlerin yerleştirilmesiyle oluşturulan test numuneleri hazırlanarak gerçekleştirilir. İkinci adım olarak, numuneyi bir çift mikrodalga horn anten arasında dönen bir platforma yerleştirin ve farklı geliş açıları için geniş bir frekans aralığında iletim ölçümleri yapın; bu işlem, yapının bant aralığı özelliklerinin belirlenmesini sağlayacaktır.Ardından, fonksiyonel bir kusur oluşturmak için yapıyı modifiye edin ve modifiye edilmiş yapıların dalga kılavuzlama ve rezonans özelliklerini incelemek amacıyla iletim ölçümleri gerçekleştirin. Ölçülen iletim spektrumunun analizi sonucunda, yapıların bant boşluğunun frekans aralığı ve açısal bağımlılığının yanı sıra fonksiyonel kusurlarının performansını gösteren sonuçlar elde edilir. Sayısal simülasyon ve alt mikron ölçekli deneysel yöntemden oluşan bu tekniğin temel avantajı, çok miktarda rakip kaynak kullanımından

using-microwave-macroscopic-samples-dielectric-solids-to-study

Research

JoVE Journal

Engineering

Mühendislik

Fotonik kristal yavaş ışığın dalga kılavuzları ve boşlukların kullanımı yaygın olarak pek çok farklı uygulamada fotonik topluluğu tarafından kabul edilmiştir. Bu cihazların Bu nedenle imalat ve karakterizasyonu büyük bir öneme sahiptir. Interferometrik (dalga kılavuzları) ve rezonans saçılması (kaviteler): Bu kağıt, yani bizim üretim tekniği ve iki optik karakterizasyon yöntemleri, özetliyor.

Fotonik Kristal Yavaş Işık Dalga Kılavuzları Ve Çürükler Üretimi ve Karakterizasyonu

Ultra-yüksek Q fısıldayan galeri modu rezonatörler dayalı mikrodalga fotonik sistemleri kurmak için laboratuarda geliştirilen özel teknikler sunulmaktadır. Bu rezonatörler almak ve karakterize etmek için protokoller ayrıntılı olarak, ve mikrodalga fotonik uygulamaları bazı bir açıklama verilir.

Mikrodalga Fotonik Sistemleri Whispering-galeri-mod Rezonatörler dayanarak

El yazması, hem lazerle sınırlı çözünürlük hem de fotolüminesans (PL) spektroskopisini içeren fonon destekli yarı rezonans floresan spektroskopisi yöntemini açıklar. Bu yöntem, enerji alanındaki atom benzeri yarı iletken yapıların çizgi genişliği sınırlı çözünürlük spektrumlarını sağlamak için optik fononları kullanır. Yöntem ayrıca tek bir spektrometre optik spektroskopi kurulumu ile kolayca gerçekleştirilir.

Yüksek Çözünürlüklü Fonon destekli Yarı-rezonans Floresans Spektroskopisi

Doğrudan ve tuzak aracılı rekombinasyon dinamiklerini araştırmak ve ince film yarı iletkenlerinin taşıyıcı hareketliliklerini belirlemek için Zaman Çözümlü Mikrodalga İletkenlik tekniği burada sunulmuştur.

Zaman çözülmesi Mikrodalga İletkenlik aracılığıyla İnce film Fotovoltaik Malzemeler rekombinasyon Dinamikleri

Moleküler hidrodinamik oluşum yoğun sıvılar içinde çalışmak için deneysel olarak erişilebilir bir analog yöntem sunulmaktadır. Teknik partikül imaj velosimetri sıkıştırılmış, yüksek-restitüsyon tahıl kazık kullanır ve doğrudan, makroskopik gözlem dinamik süreçlerin bilinen ve güçlü etkileşim, yüksek yoğunluk gaz ve sıvı var tahmin sağlar.

Moleküler hidrodinamik süreçlerinde yoğun gaz ve sıvı için Analog bir makroskopik yüntem

Burada, bir sütun halinde photoexcited molekülleri etrafında yerel yapıların deformasyonlar gözlemleri sağlayan diferansiyel-algılama analizleri zaman karar vermek kızılötesi titreşim spektroskopisinin ve elektron kırınım protokolleri mevcut sıvı kristal, yapısı ve bu fotoaktif malzeme dinamikleri arasındaki ilişki üzerine atomik bir bakış açısı veren.

Yapısal Photoresponsive sıvı kristaller dinamikleri gözlemlemek için yeni teknikleri

Burada malzemelerin ve sipariş edilen nanoporous karbon (4.6 nm gözenek boyutu) olan ve SBA-15 (5.3 nm gözenek boyutu) olan raporu. Çalışma yüzeyi ve nanoporous moleküler elekler dokusal özellikleri, onların wettability ve D2malzemeler sınırlı O erime davranışını açıklar.

Silikat Matrisler ve sentezlenmiş Nanoporous karbon yüzey özellikleri

Yarı iletkenler önemli fiziksel parametrelerden biri, taşıyıcı ömür boyu burada mikrodalga photoconductivity çürüme yöntemi kullanan bir iletişim kuralı ölçülür.

Taşıyıcı ömür boyu ölçümlerde mikrodalga Photoconductivity çürüme yöntemi aracılığıyla yarı iletkenler

Fotonik bant yapısı, sınırlı elektromanyetik modların fotonik kristal içinde nasıl yayDığını anlamanızı sağlar. Manyetik elementleri içeren fotonik kristallerde, bu tür sınırlı ve rezonanslı optik modlara gelişmiş ve modifiye edilmiş manyeto-optik aktivite eşlik eder. Fourier uzay mikroskobu ile manyeto-optik bant yapısını çıkarmak için bir ölçüm prosedürü tanımladık.

Fotonik Nanoyapıların Spektral ve Açı Çözümlü Manyeto-Optik Karakterizasyonu

Burada, ilk prensipkuantum kimyasal hesaplamalarından moleküler maddelerin optik soğurma spektrumları ve optoelektronik özelliklerini hesaplamak için sıkı bağlayıcı bir eksitonik Hamiltonian parametrizing için bir protokol sıyoruz.

Moleküler Agrega ve Katıların Optik Soğurma Spektrumları ve Optoelektronik Özelliklerini Hesaplamak için Eksitonik Hamiltonians

Bu makale, yerel yıkıcı olmayan termal karakterizasyon ve görüntüleme için Frekans Alanı Termorefleksiyon (FDTR) tekniğini sunmaktadır.

Termal Özellik Ölçümleri İçin Frekans Alanı Termoyansıması Tekniği

Öğrenin, düzensiz fotonik bant aralığı malzemelerinin fotoni özelliklerini mikrodalga ölçekli dielektrik katı örnekler kullanarak nasıl inceleneceğini. Bu yöntem, malzemelerin bant aralığı davranışlarını hızlı ve ekonomik bir şekilde karakterize etmeyi sağlar.

Düzensiz Fotonik Bandgap Malzemelerin Fotonik Properties Çalışması Mikrodalga ve Dielektrik Katı makroskopik Örnekleri kullanma

Daha fazla video keşfet