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

Detta arbete stöds av teknik och Physical Science Research Council licensnummer EP/I017461/1. Vi vill också att erkänna bidrag spelas av teknisk personal av James Watt Nanotekniklaboratoriet Centre.

<p class="jove_title"&gt; 1. Simulering av ett enda band THz metamaterial Absorber</p&gt;<p class="jove_content"&gt; En 3D bild av simuleringen uppställning visas i<strong&gt; Figur 2</strong&gt;.</p&gt;<ol&gt;<li&gt; Lumerical FDTD används för att optimera överföringen, reflektion och absorption egenskaper THz metamaterial absorbatorn. Alla enheter ges i pm.</li&gt;<li&gt; Definiera THz polyimid materialegenskaper genom att vänsterklicka<em&gt; Material, Add (n, k) material</em&gt; Och inmata 1,68 som n och 0,06 som k.. Dubbelklicka vän...

<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>

Detta protokoll beskriver simulering, tillverkning och karakterisering av THz metamaterial absorbenter. Det är väsentligt sådana sub-våglängd strukturer exakt simuleras innan någon ansträngning har åtagit sig att kostsamma tillverkningsprocedurer. Lumerical FDTD simuleringar ger information om inte bara MM absorptionsspektrum, men också platsen för absorption, grundläggande kunskaper för att hjälpa placering av givare och få maximal respons. Dessutom optimeringsalgoritm i Lumerical kan genomföras för att...

Detta protokoll beskriver simulering, tillverkning och karakterisering av enstaka band och bredband THz absorbenter MM. Anordningen, som visas i figur 1, består av en metall kors och ett dielektriskt skikt på toppen av en metall jordplan. Den korsformade konstruktionen är ett exempel på en elektrisk ringresonatom (ERR) 20,21 och kopplar starkt till enhetliga elektriska fält, men försumbart till ett magnetfält. Genom att para ERR med ett jordplan, inducerar den magnetiska komponenten av infallande vågen THz en ström i de sektioner av ERR som är parallella med riktningen av E-fältet. Den elektriska och magnetiska svar kan sedan avstämmas oberoende och impedansen hos strukturen anpassas till fritt utrymme genom att variera geometrin hos ERR och avståndet mellan de två metalliska elementen. Såsom visas i figur 1 (d), symmetrin av strukturen resulterar i en polarisationsokänslig absorptions respons.

<table border="1"><tbody><tr><td> Namn på reagens / material </td><td> Företag </td><td> Katalognummer </td><td> Kommentarer </td></tr><tr><td> Lumerical FDTD </td><td> Lumerical </td><td></td><td></td></tr><tr><td> Kiselskiva </td><td> IDB-teknik </td><td></td><td> Enkelsidig polerad </td></tr><tr><td> Plassys 450 MEB förångare </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> Metylisobutylketon </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 fat Asher </td><td> Gala Instrumente </td><td></td><td></td></tr><tr><td> VB6 UHR EWF elektronstråle författare </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> Polymetylmetakrylat (PMMA) </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> 293.261 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 reflektion enhet </td><td> Pike Technologies </td><td> &lt;/ Td&gt; <td></td></tr><tr><td> Hg båglampa </td><td> Bruker </td><td></td><td></td></tr><tr><td> Au spegel </td><td> Thor Labs </td><td> PF05-03-M01 </td><td></td></tr><tr><td> Leica INM20 optiskt mikroskop </td><td> Leica Microsystems </td><td></td><td></td></tr><tr><td> 6 mm Mylar stråldelaren </td><td> Bruker </td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

simulation, fabrication and characterization of thz metamaterial absorbers

Metamaterial (MM), har konstgjorda material konstruerade att ha egenskaper som inte kan finnas i naturen, varit allmänt undersökts sedan den första teoretiska en och experimentell demonstration 2 av deras unika egenskaper. MMS kan ge en mycket styrbar elektromagnetisk svar och hittills har visats i alla tekniskt relevanta spektralområde inkluderande den optiska 3, nära IR 4, i mitten IR 5, THz 6, mm-våg 7, mikrovågsugn 8 och radio 9 band. Applikationer inkluderar perfekta linser 10, sensorer 11, telekommunikation 12, slängkappor osynlighet 13 och filter 14,15. Vi har nyligen utvecklat enda band 16, dual band 17 och bredband 18 THz metamaterial enheter absorbatorn kan mer än 80% absorption vid resonans topp. Konceptet med en MM-absorbator är especially viktigt vid THz frekvenser där det är svårt att hitta starka frekvensselektiva THz absorbenter 19. I vår MM absorbator den THz-strålning absorberas i en tjocklek av ~ λ/20, övervinna tjockleken begränsning av traditionella absorbenter kvarts våglängd. MM absorbenter lånar naturligtvis sig THz upptäckt applikationer, såsom värmesensorer, och om integrerat med lämpliga THz källor (t.ex. QCLs), kan leda till kompakt, mycket känslig, låg kostnad, realtid THz bildsystem.

Figur 5 (a) visar den experimentellt erhållna och simulerad absorptionsspektra för en MM-absorbator med en 3,1 fim tjock polyimid dielektriska distansskiktet. Denna MM strukturen har en upprepad period av 27 um och dimensioner K = 26 pm, L = 20 pm, M = 10 pm och N = 5 pm. Experimentella mätningar utfördes även på prov utan ERR skikt för att bekräfta att absorptionen var en följd av MM struktur och inte av den dielektriska. De 7,5 pm tjock polyimid prov utan ERR struktur har en maximal absorptio...

Watch this Scientific Journal Video about Simulation, Fabrication and Characterization of THz Metamaterial Absorbers at JoVE.com

Simulation, Fabrication and Characterization of THz Metamaterial Absorbers

Detta protokoll beskriver simulering, tillverkning och karakterisering av THz metamaterial absorbenter. Sådana absorbatorer, när den kombineras med en lämplig sensor, har tillämpningar inom THz avbildning och spektroskopi.

Simulering, tillverkning och karakterisering av THz metamaterial Absorbenter

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

Research

Education

JoVE Core

JoVE Journal

Physics

Engineering

Unit 1

Electric Potential

SCIENTISTS IN ACTION

Fabrication And Characterization Of Photonic Crystal Slow Light Waveguides And Cavities

Framställning och karaktärisering av fotoniska kristaller Slow ljusvågledare och håligheter

Slow light has been one of the hot topics in the photonics community in the past decade, generating great interest both from a fundamental point of view ...

Design, Fabrication, and Experimental Characterization of Plasmonic Photoconductive Terahertz Emitters

Konstruktion, tillverkning, och experimentell karakterisering av Plasmoniska photoconductive terahertz sändare

In this video article we present a detailed demonstration of a highly efficient method for generating terahertz waves. Our technique is based on ...

Fabrication and Characterization of Disordered Polymer Optical Fibers for Transverse Anderson Localization of Light

Tillverkning och karakterisering av oordnade Polymer optiska fibrer för Tvärgående Anderson Lokalisering av ljus

We develop and characterize a disordered polymer optical fiber that uses transverse Anderson localization as a novel waveguiding mechanism. The developed ...

Fabrication and Testing of Microfluidic Optomechanical Oscillators

Tillverkning och testning av Microfluidic optomechanical oscillatorer

Cavity optomechanics experiments that parametrically couple the phonon modes and photon modes have been investigated in various optical systems including ...

Patterning via Optical Saturable Transitions - Fabrication and Characterization

Mönstring via Optiska mätt Transitions - tillverkning och karakterisering

This protocol describes the fabrication and characterization of nanostructures using a novel nanolithographic technique called Patterning via Optical ...

Ohmic Contact Fabrication Using a Focused-ion Beam Technique and Electrical Characterization for Layer Semiconductor Nanostructures

Resistiv Kontakta Fabrication Med hjälp av en fokuserad-ion Beam Teknik och elektrisk karakterisering för Layer Semiconductor nanostrukturer

Layer semiconductors with easily processed two-dimensional (2D) structures exhibit indirect-to-direct bandgap transitions and superior transistor ...

Visualizing Hyporheic Flow Through Bedforms Using Dye Experiments and Simulation

Visualisering hyporheiska Flöde genom Bedforms Använda Dye Experiment och Simulering

Advective exchange between the pore space of sediments and the overlying water column, called hyporheic exchange in fluvial environments, drives solute ...

Printing Fabrication of Bulk Heterojunction Solar Cells and In Situ Morphology Characterization

Printing Fabrication of Bulk Heterojunction Solar Cells and In Situ Morphology Characterization

Tryckning Tillverkning av Bulk hetero solceller och<em&gt; In Situ</em&gt; Morfologi Karakterisering

Polymer-based materials hold promise as low-cost, flexible efficient photovoltaic devices. Most laboratory efforts to achieve high performance devices ...

Fabrication and Characterization of Superconducting Resonators

Tillverkning och karakterisering av supraledande resonatorer

Superconducting microwave resonators are of interest for a wide range of applications, including for their use as microwave kinetic inductance detectors ...

Knowledge Based Cloud FE Simulation of Sheet Metal Forming Processes

Kunskapsbaserad Cloud FE Simulering av plåtformningsprocesser

The use of Finite Element (FE) simulation software to adequately predict the outcome of sheet metal forming processes is crucial to enhancing the ...