Analiza numeryczna absorberów metamateriałowych dla zakresu terahercowego

• Autorzy: Grześkiewicz B. , Wolarz E. , Ładniak L.

Warianty tytułu

EN

Analysis of teraherz metamaterial absorbers

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Przy użyciu pakietu programów CST Microwave Studio zaprojektowano szereg struktur metamateriałowych realizujących funkcje absorberów terahercowych. Komórka elementarna sieci tych metamateriałów składa się z elementów metalowych położonych na dwóch równoległych powierzchniach, oddzielonych warstwą dielektryka, wykonanych na podłożu z wysokorezystywnego krzemu. Symulacje numeryczne pozwoliły wyznaczyć współczynniki transmisji i odbicia fal elektromagnetycznych na granicy ośrodka metamateriałowego i próżni oraz absorpcję promieniowania terahercowego przez strukturę metamateriałową w funkcji częstotliwości. Analiza numeryczna potwierdziła występowanie silnej, selektywnej absorpcji promieniowania terahercowego przez zaprojektowane metamateriały. Przeprowadzono również analizę oddziaływań fal terahercowych z rozważanymi metamateriałami posługując się modelem linii transmisyjnej.

EN

Using CST Microwave Studio programming package, a series of structures performing the functions of terahertz metamaterial absorbers were designed. A unit cell of such metamaterials consists of two-layer metal structures, separated by a thin layer of dielectric material, deposited on the substrate of high-resistive silicon. The simulations allowed the determination of transmission, reflection and absorption parameters for electromagnetic waves on the boundary between metamaterial medium and vacuum as a function of frequency. Numerical analysis confirmed the presence of a strong, selective absorption of terahertz radiation by designed metamaterials. The analysis of the interaction of terahertz radiation with the considered metamaterials based on the equivalent transmission line model was also done.

Słowa kluczowe

PL

absorber metamateriałowy; promieniowanie terahercowe; model linii transmisyjnej

EN

metamaterial absorber; terahertz radiation; transmission line model

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2013
• Tom: R. 89, nr 2a
• Strony: 45--50
• Opis fizyczny: Bibliogr. 29 poz., schem., wykr.

Twórcy

autor

Grześkiewicz B.

• Politechnika Poznańska, Wydział Fizyki Technicznej, ul. Nieszawska 13A, 60-965 Poznań

autor

Wolarz E.

• Politechnika Poznańska, Wydział Fizyki Technicznej, ul. Nieszawska 13A, 60-965 Poznań

autor

Ładniak L.

• Politechnika Wrocławska, Wydział Elektryczny, Wybrzeże Wyspiańskiego 27, 50-370 Wrocław

Bibliografia

• [1] Veselago V. G., The electrodynamics of substances with simultaneously negative values of ε and μ, Sov. Phys. Usp., 10 (1968), No. 4, 509-514
• [2] Pendry J. B., Holden A. J., Stewart W. J., Youngs J., Extremaly low frequency plasmons in metallic mesostructures, Phys. Rev. Lett., 84 (1996), No. 25, 4773-4776
• [3] Pendry J.B., Holden A.J., Robbins D. J., Stewart W.J., Magnetism from conductors and enhanced nonlinear phenomena, IEEE Trans. Microwave Theory Tech., 47 (1999), No. 11, 2075-2084
• [4] Smith D. R., Padilla W. J., Vier D. C., Nemat-Nasser S. C., Schultz S., Composite medium with simultaneously negative permeability and permittivity, Phys. Rev. Lett., 84 (2000), No. 18, 4184-4187
• [5] Engheta N., Ziolkowski R. W. (Ed.), Metamaterials. Physics and Engineering Explorations, John Wiley & Sons, Inc., New York (2006)
• [6] Ramakrishna S. A., Grzegorczyk T. M., Physics and Applications of Negative Refractive Index Materials, Taylor & Francis Group, Boca Raton (2009)
• [7] Yen T. J., Padilla W. J., Fang N., Vier D. C., Smith D. R., Pendry J. B., Basov D. N., Zhang X., Terahertz magnetic response from artificial materials, Science, 303 (2004), No. 5663, 1494-1496
• [8] Linden S., Enkrich C., Wegener M., Zhou J., Koschny T., Soukoulis C. M., Magnetic response of metamaterials at 100 terahertz, Science, 306 (2004), No. 5700, 1351-1353
• [9] Padilla W. J., Taylor A. J., Highstrete C., Lee M., Averitt R. D., Dynamical electric and magnetic metamaterial response at terahertz frequencies, Phys. Rev. Lett., 96 (2006), No. 10, 107401
• [10] Singh R., Al-Naib I. A. I., Koch M., Zhang W., Sharp Fano resonances in THz metamaterials, Optics Express, 19 (2011), No. 7, 6312- 6319
• [11] Chowdhury D. R., Singh R., Taylor A. J., Chen Hou-Tong, Zhang W., Azad A. K., Coupling schemes in terahertz planar metamaterials, Intern. J. Optics, (2012), art. no. 148985
• [12] O’Hara J. F., Withayachumnankul W., Al-Naib I., A Review on Thin-film sensing with terahertz waves, millimeter, and terahertz waves, 33 (2012), No. 3, 245-291
• [13] Mittleman D. (Ed.), Sensing with terahertz radiation, Springer Series in Optical Sciences, New York, 85 (2003),
• [14] Y. Lee, Principles of Terahertz Science and Technology Springer, New York, (2009)
• [15] Beard M. C., Turner G. M., Schmuttenmaer C. A., Transient photoconductivity in GaAs as measured by time-resolved terahertz spectroscopy, Phys. Rev. B, 62 (2000), No. 23, 15764-15777
• [16] Averitt R. D., Rodriguez G., Siders J. L. W., Trugman S. A., Taylor A. J., Conductivity artifacts in optical-pump THz-probemeasurements of YBa2Cu3O7, J. Opt. Soc. Am. B, 17 (2000), No. 2, 327-331
• [17] Siegel P. H., Terahertz technology in biology and medicine, IEEE Trans. Microwave Theory Techniq., 52 (2004), No. 10, 2438-2447,
• [18] Kawase K., Ogawa Y., Watanabe Y., Non-destructive terahertz imaging of illicit drugs using spectral fingerprints, Optics Express, 11 (2003), No. 20, 2549-2554
• [19] Shen Y. C., Lo T., Taday P. F., Cole B. E., Tribe W. R., Kemp M. C., Detection and identification of explosives using terahertz pulsed spectroscopic imaging, Appl. Phys. Lett., 86 (2006), 241116
• [20] Wen Qi-Ye, Xie Yun-Song, Zhang Huai-Wu, Yang Qing-Hui, Li Yuan-Xun, Liu Ying-Li, Transmission line model and fields analysis of metamaterial absorber in the terahertz band, Optics Express, 17 (2009), No. 22, 20256-20265
• [21] Singh R., Al-Naib I. A. I., Koch M., Zhang W., Asymmetric planar terahertz metamaterials, Optics Express, 18 (2010), No. 12, 13044-13050
• [22] Schweizer H., Fu L., Guo H., Liu N., Giessen H., Analysis of metamaterials using transmission line models, Appl. Phys. B, 86 (2007), No. 3, 425-429
• [23] Fu L., Schweizer H., Guo H., Liu N., Giessen H., Synthesis of transmission line models for metamaterial slabs at optical frequencies, Phys. Rev. B, 78 (2008), No. 11, 115110
• [24] Landy N. I., Sajuyigbe S., Mock J. J., Smith D. R., Padilla W. J., Perfect metamaterials absorber, Phys. Rev. Lett., 100 (2008), 207402
• [25] Hu Tao, Landy N. I., Bingham C. M., Zhang X., Averitt R. D., Padilla W. J., A metamaterial absorber for the terahertz regime: Design, fabrication and characterization, Optics Express, 16 (2008), No. 10, 7181-7188
• [26] Smith D. R., Vier D. C., Koschny Th., Soukoulis C. M., Electromagnetic parameter retrieval from inhomogeneous metamaterials, Phys. Rev. E, 71 (2005), 036617
• [27] Pozar D. M., Microwave Engineering, John Willey & Sons, Inc., New York (2004)
• [28] Eleftheriades G. V., Balmain K. G., Negative-refraction metamaterials – Fundamental Principles and Applications, IEEE Press (2005)
• [29] Azad A. K., Taylor A. J., Smirnova E., O'Hara J. F., Characterization and analysis of terahertz metamaterials based on rectangular split-ring resonators, Appl. Phys. Lett., 92 (2008), No. 1, 011119