Name: simulation, fabrication and characterization of thz metamaterial absorbers
Uploaded: 2012-12-27T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Simulation, Fabrication and Characterization of THz Metamaterial Absorbers at JoVE.com

Ce travail est soutenu par le génie et sciences physiques Research Council subvention nombre EP/I017461/1. Nous tenons également à souligner la contribution joué par le personnel technique du Centre James Watt Nanofabrication.

<p class="jove_title"&gt; 1. Simulation d&#39;un absorbeur de THz bande unique métamatériaux</p&gt;<p class="jove_content"&gt; Une vue 3D de la simulation set-up est indiqué dans<strong&gt; Figure 2</strong&gt;.</p&gt;<ol&gt;<li&gt; Lumerical FDTD est utilisé pour optimiser les caractéristiques de transmission, de réflexion et d&#39;absorption de l&#39;absorbeur THz métamatériaux. Toutes les unités sont données en um.</li&gt;<li&gt; Définir le THz polyimide propriétés du matériau par un clic gauche<em&gt; Matériaux, Add (n, k) le...

<ol>
	<li>Pendry, J. B., Holden, A. J., Robbins, D. J., Stewart, W. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Magnetism+from+conductors+and+enhanced+nonlinear+phenomena.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Magnetism+from+conductors+and+enhanced+nonlinear+phenomena.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Composite+medium+with+simultaneously+negative+permeability+and+permittivity.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Realization+of+a+three-functional-layer+negative-index+photonic+metamaterial.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimental+demonstration+of+near-infrared+negative-index+metamaterials.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Magnetic+response+of+metamaterials+at+100+terahertz.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Design,+theory,+and+measurement+of+a+polarization-insensitive+absorber+for+terahertz+imaging.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimental+demonstration+of+a+left-handed+metamaterial+operating+at+100+GHz.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Negative+refractive+index+in+left-handed+materials.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microstructured+magnetic+materials+for+RF+flux+guides+in+magnetic+resonance+imaging.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Negative+refraction+makes+a+perfect+lens.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Plasmonic+nanorod+metamaterials+for+biosensing.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Low-loss+negative-index+metamaterial+at+telecommunication+wavelengths.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Metamaterial+electromagnetic+cloak+at+microwave+frequencies.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimental+demonstration+of+frequency-agile+terahertz+metamaterials.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=THz+band+pass+filter+on+plastic+substrates+and+its+application+on+biological+sensing.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Polarization+insensitive+terahertz+metamaterial+absorber.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+terahertz+polarization+insensitive+dual+band+metamaterial+absorber.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Polarization+insensitive,+broadband+terahertz+metamaterial+absorber.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cutting-edge+terahertz+technology.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microwave+Cloaking+Realized.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrically+resonant+terahertz+metamaterials:+Theoretical+and+experimental+investigations.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electromagnetic+parameter+retrieval+from+inhomogeneous+metamaterials.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Perfect+metamaterial+absorber.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High+performance+optical+absorber+based+on+a+plasmonic+metamaterial.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Interference+theory+of+metamaterial+perfect+absorbers.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Real-time,+continuous-wave+terahertz+imaging+by+use+of+a+microbolometer+focal-plane+array.">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://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> An Introduction to Fourier Transform Infared Spectroscopy. , (2001).</li></ol>

Ce protocole décrit la simulation, la fabrication et la caractérisation des absorbeurs THz métamatériaux. Il est essentiel de tels sous-longueur d&#39;onde structures sont simulées avec précision avant tout effort s&#39;est engagé à des procédés de fabrication coûteux. Lumerical simulations FDTD fournir des informations non seulement sur le spectre d&#39;absorption mm mais également l&#39;emplacement de l&#39;absorption, les connaissances essentielles pour faciliter le placement d&#39;un transducteur et d&#3...

Ce protocole décrit la simulation, la fabrication et la caractérisation de bande unique et amortisseurs à large bande THz MM. Le dispositif, représenté sur la figure 1, se compose d&#39;une croix métallique et une couche diélectrique au-dessus d&#39;un plan de masse métallique. La structure en forme de croix est un exemple d&#39;un anneau résonateur électrique (TRE) et 20,21 couples fortement à champs électriques uniformes, mais de façon négligeable à un champ magnétique. En couplant l&#39;ERR avec un plan de masse, la composante magnétique de l&#39;onde incidente THz induit un courant dans les sections de l&#39;ERR qui sont parallèles à la direction du champ E. La réponse électrique et magnétique peut alors être réglé de manière indépendante et l&#39;impédance de la structure adaptée à l&#39;espace libre en faisant varier la géométrie du TRE et la distance entre les deux éléments métalliques. Comme le montre la Figure 1 (d), la symétrie de la structure est dans une réponse insensible à la polarisation d&#39;absorption.

<table border="1"><tbody><tr><td> Nom de réactif / Matériel </td><td> Entreprise </td><td> Numéro de catalogue </td><td> Commentaires </td></tr><tr><td> Lumerical FDTD </td><td> Lumerical </td><td></td><td></td></tr><tr><td> Plaquette de silicium </td><td> Technologies de la BID </td><td></td><td> Simple face polie </td></tr><tr><td> Plassys 450 MEB évaporateur </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> Méthylisobutylcétone </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 Asher baril </td><td> Gala Instrumente </td><td></td><td></td></tr><tr><td> VB6 UHR EWF faisceau d&#39;électrons écrivain </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> Beamer Mise en page </td><td> GeniSys Inc </td><td></td><td></td></tr><tr><td> Polyméthacrylate de méthyle (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> Unité de Pike réflexion 30spec </td><td> Technologies Pike </td><td> &lt;/ Td&gt; <td></td></tr><tr><td> Lampe à arc de mercure </td><td> Bruker </td><td></td><td></td></tr><tr><td> Au miroir </td><td> Thor Labs </td><td> PF05-03-M01 </td><td></td></tr><tr><td> Leica INM20 microscope optique </td><td> Leica Microsystems </td><td></td><td></td></tr><tr><td> 6 Beamsplitter Mylar mm </td><td> Bruker </td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

simulation, fabrication and characterization of thz metamaterial absorbers

Les métamatériaux (MM), des matériaux artificiels conçus pour avoir des propriétés qui ne peuvent être trouvés dans la nature, ont été largement explorée depuis la première démonstration expérimentale théorique 1 et 2 de leurs propriétés uniques. MMs peut fournir une réponse électromagnétique hautement contrôlable, et à ce jour ont été mis en évidence dans toutes les gammes de technologies pertinentes spectrale y compris les 3 optique, le proche infrarouge 4, mi IR 5, THz 6, ondes millimétriques 7, 8 et micro-ondes de radio 9 bandes. Les applications comprennent les lentilles parfaites capteurs 10, 11, 12, télécommunications capes d&#39;invisibilité filtres 13 et 14,15. Nous avons récemment développé une seule bande 16, bi-bande 17 et 18 appareils à large bande d&#39;absorption THz métamatériaux capables de plus de 80% d&#39;absorption au pic de résonance. Le concept d&#39;un absorbeur de MM especially importante aux fréquences THz où il est difficile de trouver de solides sélectifs en fréquence THz absorbeurs 19. Dans notre absorbeur du rayonnement THz MM est absorbé dans une épaisseur d&#39;environ λ/20, surmonter la limitation de l&#39;épaisseur quart d&#39;onde absorbeurs traditionnels. Absorbeurs MM se prêtent naturellement à des applications de détection THz, tels que les capteurs thermiques, et s&#39;ils sont intégrés à des sources THz appropriés (LCQ, par exemple), pourrait conduire à des systèmes compacts, hautement sensible, à faible coût, en temps réel des systèmes d&#39;imagerie THz.

La figure 5 (a) montre les spectres d&#39;absorption obtenus expérimentalement et simulés pour un absorbeur avec MM de 3,1 um d&#39;épaisseur polyimide espaceur diélectrique. Cette structure a une répétition MM-période de 27 um et dimensions K = 26 um, L = 20, M = um 10 um et N = 5 um. Des mesures expérimentales ont également été réalisées sur des échantillons sans ERR couche de confirmer que l&#39;absorption était une conséquence de la structure MM et non du diélectrique. Les 7,5 pm d&...

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Simulation, Fabrication and Characterization of THz Metamaterial Absorbers

Ce protocole décrit la simulation, la fabrication et la caractérisation des absorbeurs THz métamatériaux. Ces absorbeurs, lorsqu&#39;il est couplé avec un capteur approprié, ont des applications dans l&#39;imagerie THz et spectroscopie.

Simulation, fabrication et caractérisation de THz Absorbeurs métamatériaux

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

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