Terahertz range double direction isolator based on stratified antiferromagneticdielectric structures : theoretical investigation

• Autorzy: Vytovtov K. , Hnatushenko V. , Zouhdi S.

Identyfikatory

DOI

10.15199/13.2015.2.18

Warianty tytułu

PL

Dwukierunkowy izolator pracujący w paśmie terahercowym wykorzystujący antyferromagnetyczne, wielowarstwowe struktury dielektryczne : analiza teoretyczna

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

A double direction isolator based on a stratified antiferromagnetic-dielectric structure is proposed in the paper. Frequency dependence of the reflection coefficient on the incident angle and the anisotropy axis orientation is investigated analytically as the key feature of the isolator. Instead of well-known Faraday effect, we use strongly nonlinear frequency dispersion of the structure response to achieve desired non-reciprocal performance. It is shown that proposed isolator provides directional isolation of the incident plane wave at two frequencies of 0.55 THz and 1.65 THz with the half-power level bandwidths of 0.16 THz and 0.22 THz, respectively. Tuning of the isolator operating frequencies is the second issue solved in the paper. Frequency tuning is realized by a changing of external magnetic field. Both fine and broadband frequency tuning are demonstrated.

PL

Dwukierunkowy izolator pracujący w paśmie terahercowym, wykorzystujący antyferromagnetyczne, warstwowe struktury dielektryczne, przedstawiony jest w artykule. Charakterystyka częstotliwościowa współczynnika odbicia w zależności od kąta padania fali i orientacji osi anizotropii została przeanalizowana jako podstawowy parametr izolatora. Zamiast dobrze znanego efektu Faradaya wykorzystano fakt silnego rozproszenia częstotliwości odpowiedzi do analizy zachowania struktury izolatora. Wykazano, że proponowany izolator zapewnia izolację kierunkową dla dwóch częstotliwości 0,55 THz i 1,65 THz przy szerokości pasma 0,16 THz i 0,22 THz odpowiadającej mocy połówkowej. Przestrajanie częstotliwości pracy izolatora jest drugim zagadnieniem analizowanym w tej pracy. Przestrajanie częstotliwości pracy realizowane jest za pomocą zewnętrznego pola magnetycznego. Przedstawione zostały charakterystyki przestrajania izolatora.

Słowa kluczowe

EN

reflection; multilayer design; thin film devices and applications; reflectance anisotropy; antiferromagnetic; isolator

PL

odbicie; projekt wielowarstwowy; urządzenia i aplikacje cienkowarstwowe; anizotropia; antyferromagnetyzm; izolator

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania
• Rocznik: 2015
• Tom: Vol. 56, nr 2
• Strony: 75--78
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., wykr.

Twórcy

autor

Vytovtov K.

• Dnepropetrovsk National University named by O. Honchar, Ukraine, Department of Physics, Electronics and Computer Systems

autor

Hnatushenko V.

• Dnepropetrovsk National University named by O. Honchar, Ukraine, Department of Physics, Electronics and Computer Systems

autor

Zouhdi S.

• Laboratoire de Génie Electrique de Paris, France

Bibliografia

• [1] R. J. Potton, „Reciprocity in optics”, Reports on Progress in Physics, V. 67, N. 5, 2004, 717p.
• [2] M. Shalaby, et al.: Terahertz Faraday rotation in a magnetic liquid: High magneto-optical figure of merit and broadband operation in a ferrofluid, Applied Physics Letters, V. 100 N. 24, pp. 241107–241107, 2012.
• [3] A. Shuvaev, et al., Room temperature electrically tunable terahertz Faraday effect, Applied Physics Letters, V. 102, pp. 241902, 2013.
• [4] F. Fan, S. Chen, X.-H. Wang, Sh.-J. Chang, Tunable nonreciprocal terahertz transmission and enhancement based on metal/magneto-optic plasmonic lens, Optics Express, V. 21, N.7, pp. 8614–8621, 2013.
• [5] M. Shalaby, F. Vidal, M. Peccianti, R. Morandotti, F. Enderli, T.Feurer, B. D. Patterson Terahertz macrospin dynamics in insulating ferrimagnets Phys. Rev. B V. 88, 140301(R) 2013.
• [6] M. Rotter, W. Ruile and A. Wixforth: Non-reciprocal SAW devices for RF applications, Ultrasonics Symposium, 2000 IEEE, V. 1, 2000.
• [7] J. Koch, et al, Time-reversal-symmetry breaking in circuit-QEDbased photon lattices, Physical Review A, V.82, N4, pp. 043811, 2010.
• [8] N. R. Anderson and R. E. Camley, Attenuated total reflection study of bulk and surface polaritons in antiferromagnets and hexagonal ferrites: Propagation at arbitrary angles, Journal Applied Physics, V. 113, pp. 013904, 2013.
• [9] T. J. Fal, R. E. Camley, Non-reciprocal devices using attenuated total reflection and thin film magnetic layered structures, Journal of Applied Physics, V. 110, N5, pp. 053912-053912, 2011.
• [10] U. K. Chettiar, A. R. Davoyan, N. Engheta Hotspots from nonreciprocal surface waves Optical Letters, V. 39, N. 7, pp. 1760–1763, 2014.
• [11] M. R. F. Jensen et al, Fourier Transform Spectroscopy of Magnetic Materials at Terahertz Frequencies, Science and Technology, V. 2, pp. 105–119, 2009.
• [12] D. W. Berreman. Optics in stratified and anisotropic media: 4x4 matrix formulation, Journal Optical Society of America, V. 62, pp. 502–510, 1972.
• [13] S. Teitler and B.W. Henvis Refraction in stratified anisotropic media, Journal Optical Society of America, V. 60, pp. 830–834. 1970.
• [14] Rardin, Ronald L. Optimization in operations research. Prentice Hall. 919 p. 1997.
• [15] T. Kleine-Ostmann, T. Nagatsuma A review on terahertz communications research Journal of Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves, V. 32, N. 2, pp. 143–171, 2011.
• [16] M. Y Glyavin, A. G. Luchinin, G. Y. Golubiatnikov, Generation of 1.5-kW, 1-THz coherent radiation from a gyrotron with a pulsed magnetic field. Physical review letters, V. 100, N1, 015101, 2008.
• [17] K. A. Vytovtov, (2013, June). Frequency detectors of the terahertz domain. In Physics and Engineering of Microwaves, International Kharkov Symposium on Millimeter and Submillimeter Waves IEEE (MSMW), pp. 265–267, 2013.