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

Aşağıdaki deneyin genel amacı, düzensiz fotonik bant aralıklı malzemelerin fotonik özelliklerini incelemek için dielektrik katıların mikrodalga ölçekli örneklerini kullanmaktır. Bu, belirli sıralı veya düzensiz desenler oluşturacak şekilde düzenlenmiş delikler ve yuvalar ile 3D baskılı bir temel şablona yerleştirilen dielektrik bileşenlerle yapılan test numunelerinin oluşturulmasıyla elde edilir. İkinci adım olarak, numuneyi bir çift mikrodalga korna anteni arasında dönen bir aşamaya yerleştirin ve farklı olay açıları için geniş bir frekans aralığında iletim ölçümleri alın, bu da yapının bant aralığı özelliklerinin belirlenmesine izin verecektir.

Daha sonra, işlevsel bir kusur oluşturmak için yapıyı değiştirin ve modifiye edilmiş yapıların dalga yönlendirme ve rezonans özelliklerini incelemek için iletim ölçümleri yapın. Yapıların bant aralığının frekans aralığını ve açısal bağımlılığını ve ayrıca ölçülen iletim spektrumunun analizine dayalı olarak fonksiyonel kusurlarının performansını gösteren sonuçlar elde edilir. Sayısal simülasyon ve mikron altı ölçekli deneysel yöntemin bu tekniğinin temel avantajı, bu tekniğin muazzam miktarda rekabet eden kaynakların kullanımından ve pahalı mikron altı fabrikasyondan kaçınmasıdır, böylece hızlı ve ucuz bir şekilde düzensizlik, fotonik bant aralığı malzemesi oluşturulabilir, bunları keyfi kusur tasarımı ile değiştirebilir ve fotonik özelliklerini doğrudan karakterize edebilir.

Bu tekniğin etkileri, görünür ışık bölgesi ve kızılötesi bölge dahil olmak üzere herhangi bir fotonik sisteme kadar uzanır. Mikro denklemler varyant olarak ölçeklendiğinden, zaper 10.000 kez küçültüldüğünde aynı tasarım ve sonuçlar görünür ışığa uygulanabilir. Anlayış. Bu video, iki boyutlu hiperuniform düzensiz bir dielektrik yapı tasarlandıktan ve tabanı üretildikten sonra başlar.

Taban şeffaf bir reçineden yapılmıştır ve düzensiz yapının monte edileceği deliklere ve yuvalara sahiptir. Karşılaştırma için ikinci bir kare kafes taban da yapılmıştır. Her taban iki santimetre uzunluğundadır ve bu elemanlar hazırdır.

Yapıları inşa etmek için kullanılacak yapı taşlarına dikkat edin. Burada en az birkaç dalga boyu yüksekliğinde 10 santimetre olan Illumina çubukları ve ince duvarlar elde edin. Tüm çubukların çapı beş milimetredir ve duvar kalınlığı her zaman değişen genişliklerde 0.38 milimetredir.

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

İnşaattan sonra kare kafes yapı aynı şekilde üretildi. İşte kare kafes için nihai sonuç. Deneyi bir tezgah üzerinde kurun.

Bir hertz çözünürlükle 45 megahertz ila 50 gigahertz aralığında radyasyon sağlamak için sentezlenmiş bir süpürücü mikrodalga jeneratörü kullanın. S parametresi test setinden gelen sinyali ölçmek ve işlemek için iletim parametrelerini ölçmek için bunu bir S parametre test setine bağlayın. Bir mikrodalga vektör ağ analizörü bağlayın, ardından E alanının doğrusal polarizasyonunu sağlamak için S parametresi test seti bağlantı noktalarını giriş ve çıkış dalga kılavuzlarına bağlamak için yüksek kaliteli yarı esnek koaksiyel kablolar kullanın.

Parametal korna antenlerine bağlı dikdörtgen tek modlu dalga kılavuzları ve adaptörler kullanın. Antenler, yapının yerleştirileceği dönen bir aşamanın her iki tarafındadır. Ardından, kontrol panelinde deney için cihaz parametrelerini ayarlayın.

Vektör ağ analizörü için, burada ölçüm için frekans aralığını seçin, yedi gigahertz ila 15 gigahertz. Ardından gürültüyü kontrol etmek için bir ortalama faktörü seçin. Son olarak, bu yedi ila 15 gigahertz ölçümü için, 10 megahertz'lik bir frekans çözünürlüğü elde etmek için gerekli sayıda veri noktası seçin.

Ölçümleri ve veri kaydını otomatikleştirmek için bir bilgisayar düzenleyin. Sistemi kalibre ederek bant aralığı ölçümlerine başlayın. İlk olarak, boynuzları dikey ve yatay olarak, yaklaşık 40 santimetrelik bir mesafede, ölçümler için olacağı gibi kurulumla tarama için ortalama dalga boyunun kabaca 15 katı olacak şekilde birbirlerine bakacak şekilde hizalayın, ancak boynuzlar arasında bir örnek olmadan.

Boş alandan iletimi ölçmek için bir mikrodalga taraması başlatın. Tarama bir ila iki dakika içinde yapıldıktan sonra, sonuçları vektör ağ analizöründe bir kalibrasyon seti olarak kaydedin. İşte frekansın bir fonksiyonu olarak boş uzaydan tipik bir iletim grafiği.

İlk olarak, sahne alanının açı ölçeğini sıfırladığınızdan emin olun. Şimdi, iki boynuz arasındaki dönen aşamada neredeyse dairesel bir sınıra sahip hatasız bir yapıyı ortalayın. Bu durumda, vektör ağ analizörünü ölçüm için hazırlamak için hiperüniform düzensiz yapı kullanılır.

Numune üzerinden bağıl iletimin ölçülmesine izin vermek için kaydedilen kalibrasyon setini açın. 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 hazırlık olarak sahneyi saat yönünün tersine iki derece çevirin. Sıfır ile 180 derece arasındaki tüm ölçümler tamamlandıktan sonra, antenler arasındaki yapıyı çıkarın. Farklı bir alan polarizasyonu elde etmek için her kornayı 90 derece döndürün.

Polarizasyon, enine manyetikten enine elektriğe değiştiriliyor. Kalibrasyonu ve ölçümleri yapı ile gerçekleştirin. Yine bant aralığı ölçümlerinden sonra yapıyı dalga kılavuzu ölçümleri için hazırlayın.

Öğeleri kaldırarak hızlı bir şekilde bir dalga kılavuzu oluşturmak için modüler tasarımdan yararlanın. Bu durumda, hatasız bir hiperüniforma yapısını, içinden bir kanal geçen bir yapıya dönüştürün. Dalga kılavuzu ölçümü için daha küçük korna antenlerine geçin.

Ardından antenleri kanal açıklıklarına mümkün olduğunca yaklaştırın. Antenlerin kanala göre bu şekilde düzenlenmesi, iyi bir bağlantı sağlar, vektör ağ analizöründe kalibrasyonu kapatır ve mikrodalga taramasını başlatır. Vektör ağ analizörü, tespit edilen gücün kaynak gücü üzerindeki ham iletim oranını gösterecek ve kaydedecektir.

Ölçüm tamamlandığında. Her iki boynuzu da 90 derece döndürün. Polarizasyonun karakterizasyonuna izin vermek için, yapının bağımlılığı, bu yeni konfigürasyondaki iletim oranını ölçün.

Bu, hiperüniform bir yapının TE polarizasyon iletimidir. Bir açıda, dikey eksen desibel cinsindendir. Yatay eksen frekanstır.

Gigahertz'de, 8,5 gigaherz ile 9,5 gigaherz arasında iki büyüklükten fazla bir düşüş, bir durma bandı bölgesini gösterir. Yaklaşık 13 gigahertz'deki düşüş, anten performansından kaynaklanmaktadır. Bunlar, kare bir kafes ve hiperüniform bir kusur yapısı boyunca iletimin kutupsal grafikleridir.

Radyal yön boyunca, kafes aralığı üzerindeki ışık hızının birimleri cinsinden frekanstır. Açı, olayların açısına karşılık gelir. Düşük iletim bölgeleri, övünme nedeniyle kare kafes durdurma bantları için mavi renktedir, kare şeklindeki BRI ve sınırlar boyunca saçılma görülür.

Buna karşılık, hiperüniform kusur yapısı, durdurma aralığı formları ve izotropik fotonik bant aralığı. İşte düz kanal dalga kılavuzuna sahip hiperüniforma düzensiz bir örnek. Kanalın genişliği, ortalama iç çubuk aralığının iki katıdır.

Bu, ortalama iç çubuk aralığı üzerinden ışık hızı birimi cinsinden kanal boyunca TM dalgaları için algılanan gücün kaynak gücüne ölçülen oranıdır. Pembe bölge, kanalsız numunenin TM bandı aralığıdır. Kanalın tanıtılmasıyla birlikte, örnek boyunca geniş bir bant yönlendirilir.

Bir kez ustalaştıktan sonra, modüler numunenin tasarımı, yapımı ve iletim ölçümü, geliştirildikten sonra düzgün bir şekilde gerçekleştirilirse birkaç saat içinde yapılabilir. Bu teknik, araştırmacıların düzensiz malzemelerin fotonik özelliklerini ve olası uygulamalarını keşfetmelerinin yolunu açtı.