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

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 ve pahalı alt mikron imalatından kaçınmasıdır; böylece düzensiz yapılar ve fotonik bant boşluğu malzemeleri hızlı ve düşük maliyetli bir şekilde oluşturulabilir, bunlar rastgele kusur tasarımlarıyla modifiye edilebilir ve fotonik özellikleri doğrudan karakterize edilebilir.

Bu tekniğin etkileri, görünür ışık bölgesi ve kızılötesi bölge dahil olmak üzere herhangi bir fotonik sisteme yayılmaktadır. Mikro denklemler ölçekleme açısından değişmez olduğu için, zaper'lar 10.000 kat küçültüldüğünde aynı tasarım ve sonuçlar görünür ışığa uygulanabilir. Bilgiler. Bu video, iki boyutlu hiperüniform düzensiz bir dielektrik yapı tasarlanmış ve tabanı imal edilmiş olduktan sonra başlar.

Taban şeffaf bir reçineden yapılmıştır ve üzerinde düzensiz yapının monte edileceği delikler ve yuvalar bulunmaktadır. Karşılaştırma amacıyla ikinci bir kare örgü taban da hazırlanmıştır. Bu elemanlarla birlikte her bir tabanın yüksekliği iki santimetredir.

Yapıları oluşturmak için kullanılacak yapı taşlarına odaklanın. Burada, yüksekliği en az birkaç dalga boyu kadar olan 10 santimetrelik Illumina çubuklarını ve ince duvarları temin edin. Tüm çubukların çapı beş milimetredir ve duvar kalınlığı, değişen genişliklere rağmen her zaman 0,38 milimetredir.

Ardından, bant boşluğu ölçümleri için neredeyse dairesel bir sınıra sahip, kusursuz bir test yapısı oluşturun. Bunu, istenen yapı mimarisi için çubukları ve duvarları tabana yerleştirerek yapın. Bu, hiperüniform düzensiz yapıdır.

İnşa işlemi, kare örgü yapısını aynı şekilde oluşturdu. Kare örgü için nihai sonuç burada görülmektedir. Deneyi bir tezgah üzerinde kurun.

45 megahertz ile 50 gigahertz aralığında, bir hertz çözünürlükte radyasyon sağlamak için sentezlenmiş bir süpürmeli mikrodalga jeneratörü kullanın. İletim parametrelerini ölçmek ve S parametresi test setinden gelen sinyali ölçüp işlemek için bu jeneratörü bir S parametresi test setine bağlayın. Bir mikrodalga vektör ağ analizörü bağlayın, ardından E alanının lineer polarizasyonunu sağlamak için S parametresi test seti portlarını giriş ve çıkış dalga kılavuzlarına bağlamak üzere yüksek kaliteli yarı esnek koaksiyel kablolar kullanın.

Parametrik horn antenlere bağlı dikdörtgen tek modlu dalga kılavuzları ve adaptörler kullanın. Antenler, yapının yerleştirileceği döner bir platformun her iki yanındadır. Ardından, kontrol panelinden deney için cihaz parametrelerini ayarlayın.

Vektör network analizörü için, burada ölçüm frekans aralığını 7 GHz ile 15 GHz olarak seçin. Ardından gürültüyü kontrol etmek için bir ortalama faktörü seçin. Son olarak, bu 7 ila 15 GHz ölçümü için 10 MHz'lik bir frekans çözünürlüğü elde etmek üzere gerekli veri noktası sayısını belirleyin.

Ölçümleri ve veri kaydını otomatikleştirmek için bir bilgisayar düzenlemesi yapın. Sistem kalibrasyonu ile bant aralığı ölçümlerine başlayın. İlk olarak, boynuzları, aralarında yaklaşık 40 santimetre mesafe olacak şekilde dikey ve yatay olarak birbirlerine bakacak şekilde hizalayın; bu mesafe, boynuzlar arasında numune yokken, ölçümlerdeki düzenleme ile yapılacak tarama için ortalama dalga boyunun yaklaşık 15 katıdır.

Serbest uzay üzerinden iletimi ölçmek için bir mikrodalga taraması başlatın. Tarama bir ila iki dakika içinde tamamlandığında, sonuçları vektör ağ analizöründe bir kalibrasyon seti olarak kaydedin. Burada, frekansın bir fonksiyonu olarak serbest uzay üzerinden iletimin tipik bir grafiği yer almaktadır.

Öncelikle, tablasının açı ölçeğini sıfırladığınızdan emin olun. Şimdi, iki horn arası döner tabla üzerine, neredeyse dairesel sınıra sahip, kusursuz bir yapıyı merkezleyin. Bu durumda, ölçüm için vektör ağ analizörünü hazırlamak amacıyla hiperüniform düzensiz yapı kullanılmıştır.

Numune üzerinden göreceli geçirgenliğin ölçülmesine olanak sağlamak için kaydedilmiş kalibrasyon setini aktif hale getirin. Bir tarama tamamlandığında ve veriler kaydedildiğinde, veri toplamak için mikrodalga taramasını başlatın. Radyasyonun yapıya başka bir yönden gelmesini sağlayın.

Bunu yapmak için, kaydedilen kalibrasyon verileriyle bir sonraki ölçüme hazırlanmak amacıyla tablasını iki derece saat yönünün tersine döndürün ve bağıl iletimin bir başka ölçümünü gerçekleştirin. Sıfır ile 180 derece arasındaki tüm ölçümler tamamlandığında, yapıyı antenlerin arasından çıkarın. Farklı bir alan polarizasyonu elde etmek için her bir horn anteni 90 derece döndürün.

Polarizasyon, transvers manyetikten transvers elektriğe değiştirilmektedir. Kalibrasyonu ve ölçümleri yapı ile gerçekleştirin. Band aralığı ölçümlerinden sonra, yapıyı dalga kılavuzu ölçümleri için tekrar hazırlayın.

Elemanları çıkararak hızlıca bir dalga kılavuzu oluşturmak için modüler tasarımdan yararlanın. Bu durumda, kusursuz bir hiperüniform yapıyı, içinden bir kanal geçen bir yapıya dönüştürün. Dalga kılavuzu ölçümü için daha küçük huni antenlere geçin.

Ardından antenleri kanal açıklıklarına mümkün olduğunca yakınlaştırın. Antenlerin kanala göre bu düzenlemesi iyi bir kuplaj sağlar; vektör ağ analizöründeki kalibrasyonu kapatın ve mikrodalga taramasını başlatın. Vektör ağ analizörü, tespit edilen gücün kaynak güce oranını ham iletim oranı olarak gösterecek ve kaydedecektir.

Ölçüm tamamlandığında, her iki boynuzu 90 derece döndürün. Polarizasyona bağlı yapısal özelliklerin karakterize edilebilmesi için, bu yeni konfigürasyondaki transmisyon oranını ölçün.

Bu, hiperuniform bir yapının TE polarizasyon transmisyonudur. Bir açıda, dikey eksen desibel cinsindendir. Yatay eksen ise frekanstır.

Gigahertz cinsinden, 8.5 gigaherz ve 9.5 gigaherz arasında iki büyüklük mertebesinden fazla bir düşüş, bir stop bandı bölgesine işaret eder. Yaklaşık 13 gigahertz'deki düşüş ise anten performansından kaynaklanmaktadır. Bunlar, kare bir kafes ve hiperüniform bir kusur yapısı üzerinden iletimin polar grafikleridir.

Radyal doğrultu boyunca, ışık hızının örgü aralığına oranı biriminde ifade edilen frekans yer almaktadır. Açı, geliş açısına karşılık gelmektedir. Düşük iletim bölgeleri, Bragg saçılması nedeniyle kare örgü durdurma bantları için mavi renktedir ve kare şekilli BRI ile sınırlar boyunca görünmektedir.

Buna karşılık, hiperüniform kusur yapısı, bant aralıkları oluşturur ve izotropik fotonik bant aralığına sahiptir. Burada, düz bir kanal dalga kılavuzuna sahip hiperüniform düzensiz bir örnek yer almaktadır. Kanal genişliği, ortalama iç çubuk aralığının iki katıdır.

Bu, kanal boyunca TM dalgaları için tespit edilen gücün kaynak gücüne oranının, ortalama iç çubuk aralığı üzerinden ışık hızı birimleriyle ölçülmüş değeridir. Pembe bölge, kanalsız numunenin TM bant boşluğunu temsil eder. Kanalın eklenmesiyle birlikte, numune üzerinden geniş bantlı bir iletim sağlanır.

Bir kez ustalaş Once mastered, modüler numunenin tasarımı, inşası ve iletim ölçümü, geliştirme aşamasından sonra uygun şekilde gerçekleştirildiğinde birkaç saat içinde tamamlanabilir. Bu teknik, araştırmacıların düzensiz malzemelerin fotonik özelliklerini ve olası uygulamalarını keşfetmelerinin yolunu açmıştır.