WikiDer > Резонатор с разъемным кольцом

Пример резонатора с разъемным кольцом, состоящий из внутреннего квадрата с разрезом на одной стороне, встроенного во внешний квадрат с разрезом на другой стороне. Резонаторы с разъемным кольцом находятся на передней и правой поверхностях квадратной сетки, а одиночные вертикальные провода находятся на задней и левой поверхностях.^[1][2]

Электрическое поле (вверху) и магнитное поле (внизу) электрического SRR при резонансном электрическом возбуждении. Магнитный отклик возникает из-за симметрии токовых петель.

А кольцевой резонатор (SRR) - это искусственно созданная структура, общая для метаматериалы. Их цель - произвести желаемое магнитная восприимчивость (магнитный отклик) в различных типах метаматериалов до 200 терагерц. Эти среды создают необходимую сильную магнитную связь с применяемым электромагнитное поле, недоступные иным образом из обычных материалов. Например, такой эффект, как отрицательный проницаемость производится с помощью периодической решетки кольцевых разрезных резонаторов.^[3]

SRR с одной ячейкой имеет пару замкнутых контуров с разделениями на противоположных концах. Петли сделаны из немагнитный металл как медь и между ними есть небольшой промежуток. Петли могут быть концентрическими или квадратными с зазором по мере необходимости. А магнитный поток проникновение в металлические кольца приведет к индуцировать вращающиеся токи в кольцах, которые производят свой собственный поток для усиления или противодействия поле инцидента (в зависимости от резонансных свойств SRR). Этот образец поля является диполярный. Небольшие промежутки между кольцами создают большие емкость значения, которые понижают резонансную частота. Следовательно, размеры конструкции малы по сравнению с резонансный длина волны. Это приводит к низкому радиационные потери, и очень высокий факторы качества.^[3][4][5]

Фон

Резонатор с разъемным кольцом. Обратите внимание, что ток, обозначенный маленькой буквой «i», идет по часовой стрелке.

Разрезные кольцевые резонаторы (SRR) состоят из пары концентрический металлические кольца, выгравированные на диэлектрик подложка, с протравленными на противоположных сторонах щелями. SRR могут иметь эффект меньшего электрического размера при ответе на колебания. электромагнитное поле. Эти резонаторы использовались для синтеза сред с левым и отрицательным показателем преломления, где необходимое значение отрицательной эффективной проницаемости обусловлено наличием SRR. Когда массив электрически малых SRR возбуждается с помощью изменяющегося во времени магнитное поле, структура ведет себя как эффективная среда с отрицательной эффективной проницаемостью в узкой полосе выше SRR резонанс. SRR также были соединены с планарными линии передачи, для синтеза метаматериалы линии передачи.^[6][7][8][9]

Резонатор с разъемным кольцом представляет собой микроструктуру, описанную в статье Пендри и др. В 1999 году под названием «Магнетизм проводников и расширенные нелинейные явления». Было высказано предположение, что конструкция разъемного кольцевого резонатора, построенного из немагнитного материала, могла бы увеличить магнитную активность, невидимую в природных материалах. В простой конструкции микроструктуры показано, что в массиве проводящих цилиндров с приложенным внешним ${displaystyle H_ {0}}$ поле, параллельное цилиндрам, эффективную проницаемость можно записать следующим образом. (Эта модель очень ограничена, и важно отметить, что эффективная проницаемость не может быть меньше нуля или больше единицы.)^[7]

${displaystyle mu _ {eff} = 1- {frac {pi r ^ {2}} {a ^ {2}}} влево (1 + i {frac {2sigma} {omega rmu _ {0}}} ight) ^ {-1}}$

Где ${displaystyle sigma}$ - сопротивление поверхности цилиндра на единицу площади, a - расстояние между цилиндрами, ${displaystyle omega}$ - угловая частота, ${displaystyle mu _ {0}}$ - проницаемость свободного пространства, r - радиус. Более того, когда зазоры вводятся в конструкцию с двойным цилиндром, подобную изображенной выше, мы видим, что зазоры создают емкость. Такая микроструктура конденсатора и индуктора создает резонанс, усиливающий магнитный эффект. Новая форма эффективной проницаемости напоминает знакомый отклик, известный в плазмонных материалах.

${displaystyle mu _ {eff} = 1- {frac {{frac {pi r ^ {2}} {a ^ {2}}}} {1+ {frac {2sigma i} {omega rmu _ {0}}} - {гидроразрыв {3dc_ {0} ^ {2}} {pi ^ {2} омега ^ {2} r ^ {3}}}}}}$

Где d - расстояние между концентрическими проводящими листами. В окончательной конструкции двойные концентрические цилиндры заменены парой плоских концентрических листов c-образной формы, размещенных с каждой стороны элементарной ячейки. Элементарные ячейки уложены друг на друга на длину l. Окончательный результат эффективной проницаемости можно увидеть ниже.

${displaystyle mu _ {eff} = 1- {frac {{frac {pi r ^ {2}} {a ^ {2}}}} {1+ {frac {2lsigma _ {1} i} {omega rmu _ { 0}}} - {frac {3lc_ {0} ^ {2}} {pi omega ^ {2} r ^ {3} ln ({frac {2c} {d}})}}}}}$

где c - толщина c-образного листа и ${displaystyle sigma}$ - сопротивление единицы длины листов, измеренное по окружности. ^[7]

Характеристики

Разъемный кольцевой резонатор и метаматериал сами по себе композитные материалы. Каждый SRR имеет индивидуальный отклик на электромагнитное поле. Однако периодическая конструкция многих ячеек SRR такова, что электромагнитная волна взаимодействует, как если бы они были однородные материалы. Это похоже на то, как свет действительно взаимодействует с повседневными материалами; такие материалы, как стекло или линзы, состоят из атомов, создается усредняющий или макроскопический эффект.

SRR предназначен для имитации магнитного отклика атомов, только в гораздо большем масштабе. Кроме того, как часть периодической композитной структуры они имеют более сильную магнитную связь, чем в природе. Более крупный масштаб позволяет лучше контролировать магнитный отклик, в то время как каждая единица меньше излучаемой электромагнитная волна.

SRR намного активнее, чем ферромагнитный материалы, найденные в природе. Ярко выраженный магнитный отклик в таких легких материалах демонстрирует преимущество перед более тяжелыми материалами природного происхождения. Каждый блок может иметь свой собственный магнитный отклик. По желанию отклик может быть увеличен или уменьшен. Кроме того, общий эффект снижает требования к мощности.^[3][10]

Конфигурация SRR

Существуют различные резонаторы с разъемным кольцом и периодический Структуры: стержневые разъемные кольца, вложенные разъемные кольца, одиночные разъемные кольца, деформированные разъемные кольца, спиральные разъемные кольца и удлиненные S-структуры. Варианты разъемных кольцевых резонаторов дали разные результаты, включая структуры меньших и более высоких частот. Исследования, в которых участвуют некоторые из этих типов, обсуждаются на протяжении всей статьи.^[11]

На сегодняшний день (декабрь 2009 г.) возможность достижения желаемых результатов в видимый спектр не было достигнуто. Однако в 2005 году было отмечено, что физически вложенный кольцевой резонатор с разъемным кольцом должен иметь внутренний радиус от 30 до 40 нанометры за успех в среднем диапазоне видимого спектра.^[11] Микрофабрикация и нанопроизводство методы могут использовать прямая запись лазерным лучом или же электронно-лучевая литография в зависимости от желаемого разрешения.^[11]

Различные конфигурации

В этом разделе тон или стиль могут не отражать энциклопедический тон используется в Википедии. См. Википедию руководство по написанию лучших статей для предложений. (Октябрь 2017 г.) (Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения)

Решетка резонаторов с разъемным кольцом настроен как материал что производит негатив показатель преломления. Он был построен из медных кольцевых резонаторов и проводов, установленных на соединительных листах печатной платы из стекловолокна. Полный массив состоит из 3 элементарных ячеек по 20 × 20 с габаритными размерами 10 × 100 × 100 мм.^[1][12]

Резонаторы с разъемным кольцом (SRR) - один из наиболее распространенных элементов, используемых для изготовления метаматериалы.^[13] Резонаторы с разъемным кольцом немагнитный материалы. Первые из них обычно изготавливались из печатная плата материал для создания метаматериалов.^[14]

Глядя на изображение справа, можно увидеть, что сначала одиночный SRR выглядит как объект с двумя квадратными периметрами, причем с каждого периметра удален небольшой участок. В результате на стекловолокне образуются квадратные буквы "C". печатная плата материал.^[13][14] В такой конфигурации фактически два концентрический группы немагнитный проводник материал.^[13] В каждой полосе имеется один зазор, расположенный на 180 ° относительно друг друга.^[13] Разрыв в каждой полосе придает ему характерную С-образную форму, а не полностью круглую или квадратную форму.^[13][14] Затем несколько ячеек этой двухзонной конфигурации изготавливаются на материале печатной платы методом травления и добавляются массивы полос из медных проводов.^[14] После обработки доски разрезаются и собираются в блокировку.^[14] Он построен в периодический массив с большим количеством SRR.^[14]

В настоящее время существует ряд различных конфигураций, использующих номенклатуру SRR.

Демонстрации

А периодический массив SRR был использован для первой демонстрации отрицательного показатель преломления.^[14] Для этой демонстрации квадратные SRR, с конфигурациями проводов с облицовкой, были изготовлены в периодическую структуру ячеек.^[14] Это субстанция метаматериала.^[14] Тогда метаматериал призма был вырезан из этого материала.^[14] Призменный эксперимент продемонстрировал отрицательный показатель преломления впервые в 2000 году; статья о демонстрации отправлена ​​в журнал Наука 8 января 2001 г., принято 22 февраля 2001 г. и опубликовано 6 апреля 2001 г.^[14]

Незадолго до этого эксперимента с призмой Пендри и другие. смог продемонстрировать, что трехмерный массив пересекающихся тонких проводов можно использовать для создания отрицательных значений ε. В более поздней демонстрации периодическая решетка медных резонаторов с разъемным кольцом может дать эффективный отрицательный μ. В 2000 году Smith et al. были первыми, кто успешно объединил два массива и создал LHM^{[требуется разъяснение]} которые имели отрицательные значения ε и μ для полосы частот в диапазоне ГГц.^[14]

SRR были впервые использованы для изготовления левых метаматериалов для микроволновая печь классифицировать,^[14] и несколько лет спустя для терагерц классифицировать.^[15] К 2007 году многие группы добились экспериментальной демонстрации этой структуры на микроволновых частотах.^[16] Кроме того, SRR использовались для исследования акустических метаматериалов.^[17] Объединенные SRR и провода первого левого метаматериала были сплавлены в чередующиеся слои.^[18] Затем эта концепция и методология были применены к (диэлектрическим) материалам с оптические резонансы создание отрицательной эффективной диэлектрической проницаемости для определенных интервалов частот, что приводит к "фотонная запрещенная зона частоты ».^[17] Другой анализ показал, что материал для левой руки изготовлен из неоднородных компонентов, что, тем не менее, приводит к макроскопическим результатам. однородный материал.^[17] SRR использовались для фокусировки сигнала от точечного источника, увеличивая расстояние передачи для ближнее поле волны.^[17] Кроме того, другой анализ показал, что SRR с отрицательным показателем преломления способны к высокочастотному магнитный отклик, который создал искусственное магнитное устройство, состоящее из немагнитных материалов (диэлектрическую плату).^[14][17][18]

Резонансные явления, возникающие в этой системе, необходимы для достижения желаемых эффектов.^[16]

SRR также демонстрируют резонансный электрический отклик в дополнение к их резонансному магнитному отклику.^[18] Отклик в сочетании с массивом идентичных проводов усредняется по всей композитной структуре, что дает эффективные значения, включая показатель преломления.^[19] Первоначальная логика, лежащая в основе SRR и метаматериалов в целом, заключалась в создании структуры, которая имитирует массивную атомную структуру только в гораздо большем масштабе.

Несколько типов SRR

В исследованиях, основанных на метаматериалах, в частности отрицательный показатель преломления, существуют разные типы кольцевых резонаторов. Из приведенных ниже примеров в большинстве случаев в каждом кольце есть промежутки. Другими словами, при двойной кольцевой структуре каждое кольцо имеет зазор.^[20]

Здесь 1-мерная структура с разъемным кольцом с двумя квадрат кольца, одно внутри другого. Один набор процитированных "ячейка" размеры будет внешним квадрат 2,62 мм и внутренний квадрат 0,25 мм. Такие одномерные конструкции легче изготовить по сравнению с жесткими двумерными конструкциями.^[20]

В Симметричный-Кольцо Структура еще один классический пример. По номенклатуре это два прямоугольный квадратные конфигурации типа D, точно такого же размера, лежащие горизонтально, бок о бок, в ячейка. Также это не концентрический. Один набор указанных размеров составляет 2 мм на более короткой стороне и 3,12 мм на более длинной стороне. В элементарной ячейке зазоры в каждом кольце обращены друг к другу.^[20]

В Омега Структура, как описывает номенклатура, имеет Ω-образную кольцевую структуру^[21]. В элементарной ячейке их два, вертикально стоящие бок о бок, а не лежащие ровно. В 2005 году они были признаны новым типом метаматериалов. Один набор указанных размеров представляет собой параметры кольца R = 1,4 мм и r = 1 мм, а прямая кромка составляет 3,33 мм.^[20]

Еще один новый метаматериал в 2005 г. - сдвоенная S-образная конструкция. В элементарной ячейке расположены две вертикальные S-образные структуры, расположенные бок о бок. Здесь нет зазора, как в кольцевой структуре, однако есть пространство между верхней и средней частями S и пространство между средней и нижней частью S. Кроме того, он по-прежнему обладает свойствами электрической плазменной частоты. и магнитно-резонансная частота.^[20][22]

Другими типами резонаторов с разъемным кольцом являются спиральный резонатор с 8 контурами. кольцевой резонатор с поперечной связью (BC-SRR). Двухслойный многоспиральный резонатор (TL-MSR), широкий спиральный резонатор с четырьмя витками, дополнительный разъемный кольцевой резонатор,^[23] резонатор с открытым разъемным кольцом (OSRR),^[24] и открытый дополнительный кольцевой резонатор (OCSRR).^[25] Конфигурации линии передачи включают линию передачи CRLH на основе SRR (составная правая-левая) и ее эквивалент ^[21].

Исследование разъемного кольцевого резонатора

1 мая 2000 г. симметрично размещены токопроводящие провода внутри каждой ячейки периодический кольцевой резонатор множество который добился отрицательного распространение из электромагнитные волны в микроволновая печь область, край. Эта концепция использовалась и до сих пор используется для создания взаимодействующих элементов меньшего размера, чем применяемое электромагнитное излучение. Кроме того, расстояние между ними, называемое постоянная решетки, также меньше приложенного излучения.

Кроме того, щели в кольце позволяют блоку SRR достигать резонанса на длинах волн, намного превышающих диаметр кольца. Устройство предназначено для создания большой емкости, снижения резонансной частоты и концентрации электрического поля. Объединение единиц создает дизайн как периодическую среду. Кроме того, многоблочная структура имеет сильную магнитную связь с низкими радиационными потерями.^[26] Исследования также охватили вариации магнитного резонанса для различных конфигураций SRR.^[27][28][29] Продолжаются исследования терагерцового излучения с помощью SRR.^[30] Другие связанные работы создали конфигурации метаматериалов с помощью фракталов.^[21] и не-SRR структуры. Они могут быть изготовлены из таких материалов, как периодические металлические кресты или постоянно расширяющиеся концентрические кольцевые структуры, известные как швейцарские валки.^{[31][32][33][34]} Проницаемость только для красной длины волны 780 нм была проанализирована вместе с другими соответствующими работами. ^[35][36][37]

Смотрите также

Рекомендации

дальнейшее чтение

• Атес, Дамла; Чакмак, Атилла Озгур; Чолак, Эврим; Чжао, Жункуо; Soukoulis, C.M .; Озбай, Экмель (2010). «Улучшение передачи через глубокие субволновые апертуры с использованием подключенных разъемных кольцевых резонаторов» (Бесплатная загрузка PDF). Оптика Экспресс. 18 (4): 3952–66. Bibcode:2010OExpr..18.3952A. Дои:10.1364 / OE.18.003952. HDL:11693/13284. PMID 20389408.
• Shepard, K. W. et al. Резонатор с расщепленным кольцом для бустера сверхпроводящих тяжелых ионов аргонна. IEEE Transactions по ядерной науке, VoL. НС-24, N0.3, ИЮНЬ 1977.

внешняя ссылка

Искать метаматериалы в Викисловаре, бесплатном словаре.

Искать кольцевой резонатор в Викисловаре, бесплатном словаре.

Викискладе есть медиафайлы по теме Метаматериалы.

Викискладе есть медиафайлы по теме метаматериалы.

• Видео: Лекция Джона Пендри: Наука о невидимости Апрель 2009, SlowTV
• Калькулятор резонатора с расщепленным кольцом: Онлайн-инструмент для расчета эквивалентной схемы LC и резонансной частоты топологий SRR и CSRR.