RU202291U1 - Scanner "photonic jet" in the microwave and EHF ranges - Google Patents

Scanner "photonic jet" in the microwave and EHF ranges Download PDF

Info

Publication number
RU202291U1
RU202291U1 RU2020133149U RU2020133149U RU202291U1 RU 202291 U1 RU202291 U1 RU 202291U1 RU 2020133149 U RU2020133149 U RU 2020133149U RU 2020133149 U RU2020133149 U RU 2020133149U RU 202291 U1 RU202291 U1 RU 202291U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
particle
radiation
microwave
jet
photonic
Prior art date
Application number
RU2020133149U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Игорь Владиленович Минин
Олег Владиленович Минин
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Сибирский государственный университет геосистем и технологий» (СГУГиТ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Сибирский государственный университет геосистем и технологий» (СГУГиТ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Сибирский государственный университет геосистем и технологий» (СГУГиТ)
Priority to RU2020133149U priority Critical patent/RU202291U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU202291U1 publication Critical patent/RU202291U1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system

Landscapes

  • Aerials With Secondary Devices (AREA)

Abstract

Полезная модель относится к технике СВЧ и КВЧ, включая терагерцовый диапазон длин волн, и может использоваться в различных системах ближнепольного видения, неразрушающего контроля с электронным сканированием областью фокусировки излучения и, в частности, к устройствам, позволяющим отклонять фотонную струю, сформированную в СВЧ и КВЧ диапазонах длин волн.Устройства сканирования электромагнитным излучением являются одним из основных элементов фотоники. Устройства сканирования электромагнитным излучением, включая излучения в террагерцовом и оптическом диапазонах длин волн, применяются в системах построения изображения объектов с субволновым разрешением, в том числе, в конфокальном микроскопе.Задачей настоящей полезной модели является получение возможности управлять поперечным положением в пространстве формируемой фотонной струи. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.The utility model relates to microwave and EHF technology, including the terahertz wavelength range, and can be used in various near-field vision systems, non-destructive testing with electronic scanning by the radiation focusing area and, in particular, in devices that allow deflecting a photon jet formed in microwave and EHF electromagnetic radiation scanning devices are one of the main elements of photonics. Devices for scanning with electromagnetic radiation, including radiation in the terahertz and optical wavelength ranges, are used in systems for imaging objects with subwavelength resolution, including in a confocal microscope. The objective of this utility model is to obtain the ability to control the transverse position in space of the generated photon jet. 2 wp f-ly, 3 dwg

Description

Полезная модель относится к технике СВЧ и КВЧ, включая терагерцовый диапазон длин волн и может использоваться в различных системах ближнепольного видения, неразрушающего контроля с электронным сканированием областью фокусировки излучения и, в частности к устройствам, позволяющим отклонять фотонную струю, сформированную в СВЧ и КВЧ диапазонах длин волн.The utility model relates to microwave and EHF technology, including the terahertz wavelength range and can be used in various near-field vision systems, non-destructive testing with electronic scanning by the radiation focusing area and, in particular, for devices that allow deflecting a photon jet formed in the microwave and EHF length ranges waves.

Устройства сканирования электромагнитным излучением являются одним из основных элементов фотоники. Устройства сканирования электромагнитным излучением, включая излучения в террагерцовом и оптическом диапазонах длин волн, применяются в системах построения изображения объектов с субволновым разрешением, в том числе, в конфокальном микроскопе. Electromagnetic scanning devices are one of the main elements of photonics. Devices for scanning with electromagnetic radiation, including radiation in the terahertz and optical wavelength ranges, are used in systems for imaging objects with subwavelength resolution, including in a confocal microscope.

Известно устройство для формирования фотонной струи, обладающей свойствами сверхразрешения, состоящее из источника излучения и слабопоглощающей диэлектрической частицы с диаметром, сравнимым с длиной волны падающего излучения и расположенной вдоль направления распространения излучения [Гейнц Ю.Э., Земляное А.А., Панина Е.К. Сравнительный анализ пространственных форм фотонных струй от сферических диэлектрических микрочастиц // Оптика атмосферы и океана. 2012. Т. 25, №5. С. 417-424]. При этом диэлектрическая частица выполнена в виде сфероида.A device for the formation of a photon jet with superresolution properties is known, consisting of a radiation source and a weakly absorbing dielectric particle with a diameter comparable to the wavelength of the incident radiation and located along the direction of propagation of radiation [Heints Yu.E., Zemlyanoye A.A., Panina E. TO. Comparative analysis of the spatial shapes of photonic jets from spherical dielectric microparticles // Optics of the atmosphere and ocean. 2012. T. 25, No. 5. S. 417-424]. When this dielectric particle is made in the form of a spheroid.

Фотонная струя возникает непосредственно в области теневой поверхности диэлектрических микросферических частиц - т.е. в ближней зоне дифракции - и характеризуется сильной пространственной локализацией и высокой интенсивностью электромагнитного поля в области фокусировки. Протяженность фотонной струи – порядка нескольких длин волн используемого излучения, а поперечные размеры – менее половины длины волны излучения.The photonic jet arises directly in the region of the shadow surface of dielectric microspherical particles, i.e. in the near diffraction zone - and is characterized by strong spatial localization and high intensity of the electromagnetic field in the focusing area. The length of the photon jet is of the order of several wavelengths of the radiation used, and the transverse dimensions are less than half the radiation wavelength.

Позднее возможность получения фотонных наноструй была изучена для диэлектрических осесимметричных тел, например, эллиптических наночастиц [Минин И.В., Минин О.В. Квазиоптика: современные тенденции развития - Новосибирск: СГУГиТ, 2015. - 163 с.; T. Jalalia and D. Erni. Highly confined photonic nanojet from elliptical particles // Journal of Modern Optics, Vol. 61, No. 13, 1069-1076 (2014)], многослойных слоисто-неоднородных микросферических частиц с радиальным градиентом коэффициента преломления [Cesar Mendez Ruiz and Jamesina J. Simpson. Detection of embedded ultrasubwavelength-thin dielectric features using elongated photonic nanojets // 2 August 2010 / Vol. 18, No. 16 / OPTICS EXPRESS 16805], а также полусфер [Cheng-Yang Liu. Photonic nanojet shaping of dielectric non-spherical microparticles // Physica E 64 (2014), pp. 23-28.], дисков [B. Lukyanchuk, N.I. Zheludev, S.A. Maier, N.J. Halas, P. Nordlander, H. Giessenand T.C. Chong. The Fano resonance in plasmonic nanostructures and metamaterials. Nat. Mater.9, 707-715 (2010); C-Y. Liu and C-C. Li. Photonic nanojet induced modes generated by a chain of dielectric microdisks. Optik 127, 267-273 (2016).], цилиндра-сферы [Jinlong Zhu and Lynford L. Goddard. Spatial control of photonic nanojets // Optics Express, Vol. 24, No. 26, 2016, 30445].Later, the possibility of obtaining photonic nanojets was studied for dielectric axisymmetric bodies, for example, elliptical nanoparticles [IV Minin, OV Minin. Quasi-optics: modern development trends - Novosibirsk: SGUGiT, 2015. - 163 p .; T. Jalalia and D. Erni. Highly confined photonic nanojet from elliptical particles // Journal of Modern Optics, Vol. 61, No. 13, 1069-1076 (2014)], multilayer layered inhomogeneous microspherical particles with a radial gradient of refractive index [Cesar Mendez Ruiz and Jamesina J. Simpson. Detection of embedded ultrasubwavelength-thin dielectric features using elongated photonic nanojets // 2 August 2010 / Vol. 18, No. 16 / OPTICS EXPRESS 16805], as well as hemispheres [Cheng-Yang Liu. Photonic nanojet shaping of dielectric non-spherical microparticles // Physica E 64 (2014), pp. 23-28.], Discs [B. Lukyanchuk, N.I. Zheludev, S.A. Maier, N.J. Halas, P. Nordlander, H. Giessenand T.C. Chong. The Fano resonance in plasmonic nanostructures and metamaterials. Nat. Mater. 9, 707-715 (2010); C-Y. Liu and C-C. Li. Photonic nanojet induced modes generated by a chain of dielectric microdisks. Optik 127, 267-273 (2016).], Cylinder-sphere [Jinlong Zhu and Lynford L. Goddard. Spatial control of photonic nanojets // Optics Express, Vol. 24, No. 26, 2016, 30445].

Также было обнаружено, что фотонные струи могут быть сформированы несимметричными мезоразмерными диэлектрическими частицами, например, куб, усеченный шар, пирамида, усеченная пирамида, призма, объемный шестигранник и т.д. [I.V. Minin and O.V. Minin. Diffractive optics and nanophotonics: Resolution below the diffraction limit, Springer, 2016 http://www.springer.com/us/book/9783319242514#aboutBook; V. Pacheco-Pena, M. Beruete, I.V. Minin and O.V. Minin. Terajets produced by 3D dielectric cuboids. Appl. Phys. Lett. 105, 084102 (2014); I.V. Minin, O.V. Minin and Geintz Y.E. Localized EM and photonic jets from non-spherical and non-symmetrical dielectric mesoscale objects: brief review. Annalen der Physik (AdP), May 2015 DOI: 10.1002/andp.201500132; Yu. E. Geintz, A.A. Zemlyanov and E. K. Panina. Photonic Nanonanojets from Nonspherical Dielectric Microparticles. Russian Physics Journal 58, 904-910 (2015); Yu. E. Geints, A.A. Zemlyanov and E.K. Panina. Characteristics of photonic jets from microcones. Optics and Spectroscopy 119, 849-854 (2015); И.В. Минин, О.В. Минин. Фотоника изолированных диэлектрических частиц произвольной трехмерной формы - новое направление оптических информационных технологий // "Вестник НГУ. Серия: Информационные технологии". 2014, №4, С. 4-10]. Во всех известных случаях, фотонная струя формировалась вдоль оптической оси диэлектрической частицы.It was also found that photonic jets can be formed by asymmetric mesoscale dielectric particles, for example, a cube, a truncated sphere, a pyramid, a truncated pyramid, a prism, a three-dimensional hexagon, etc. [I.V. Minin and O.V. Minin. Diffractive optics and nanophotonics: Resolution below the diffraction limit, Springer, 2016 http://www.springer.com/us/book/9783319242514#aboutBook; V. Pacheco-Pena, M. Beruete, I.V. Minin and O.V. Minin. Terajets produced by 3D dielectric cuboids. Appl. Phys. Lett. 105, 084102 (2014); I.V. Minin, O.V. Minin and Geintz Y.E. Localized EM and photonic jets from non-spherical and non-symmetrical dielectric mesoscale objects: brief review. Annalen der Physik (AdP), May 2015 DOI: 10.1002 / andp.201500132; Yu. E. Geintz, A.A. Zemlyanov and E. K. Panina. Photonic Nanonanojets from Nonspherical Dielectric Microparticles. Russian Physics Journal 58, 904-910 (2015); Yu. E. Geints, A.A. Zemlyanov and E.K. Panina. Characteristics of photonic jets from microcones. Optics and Spectroscopy 119,849-854 (2015); I.V. Minin, O. V. Minin. Photonics of isolated dielectric particles of arbitrary three-dimensional shape - a new direction of optical information technologies // Vestnik NSU. Series: Information technologies. 2014, No. 4, S. 4-10]. In all known cases, the photon jet was formed along the optical axis of the dielectric particle.

Известны различные типы сканаторов (дефлекторов): оптико-механические, электронные, электрооптические, электрооптические и микроэлектромеханические системы (MEMS) [Выскуб В.Г. Возможности и ограничения составных сканаторов // Вопросы радиоэлектроники, 2018, № 5, с. 74-82; Измерительные сканирующие приборы / В.Г. Выскуб, В.А. Канцеров, И.М. Кольцов и др. под ред. Б.С. Розова. М.: Машиностроение, 1980, 198 с.]. Например, известны сканирующие устройства, в которых сканирующим элементом являются вращающиеся зеркальные ромбы или зеркальная пирамида с пространственным расположением оси вращения [Патент Великобритании N 1393535, кл. G 02 B 26/10, 1975; Авторское свидетельство СССР N 1628041, кл. G 02 B 26/10, 1991; Авторское свидетельство СССР N 1582170, кл. G 02 B 26/10, 1990].There are various types of scanners (deflectors): optical-mechanical, electronic, electro-optical, electro-optical and microelectromechanical systems (MEMS) [Vyskub V.G. Possibilities and limitations of composite scanners // Questions of radio electronics, 2018, no. 5, p. 74-82; Measuring scanning devices / V.G. Vyskub, V.A. Kantserov, I.M. Koltsov and others, ed. B.S. Rozova. M .: mechanical engineering, 1980, 198 p.]. For example, there are known scanning devices in which the scanning element is a rotating mirror rhombus or a mirror pyramid with a spatial arrangement of the axis of rotation [UK Patent No. 1393535, cl. G 02 B 26/10, 1975; USSR author's certificate N 1628041, class. G 02 B 26/10, 1991; USSR author's certificate N 1582170, class. G 02 B 26/10, 1990].

Известен дефлектор на базе двух вращающихся с разной скоростью оптических клиньев, расположенных на одной оптической оси [Патент РФ 2650776, лидарный комплекс, опубликовано 17.04.2018, бюл. № 11]. A deflector is known based on two optical wedges rotating at different speeds located on the same optical axis [RF Patent 2650776, lidar complex, published 04/17/2018, bull. No. 11].

Известен дефлектор микроволнового излучения [Патент РФ 1042113, дефлектор микроволнового излучения, опубл. 15.09.83, Бюл № 34], состоящий из ферритовой пластины, катушки намагничивания, ось которой совпадает с нормалью к плоскости ферритовой пластины, на которой закреплен возбудитель звука. Known microwave deflector [RF Patent 1042113, microwave deflector, publ. 09/15/83, Bulletin No. 34], consisting of a ferrite plate, a magnetization coil, the axis of which coincides with the normal to the plane of the ferrite plate on which the sound exciter is fixed.

Возбудитель звука (например, пьезопреобразователь) создает в ферритовой пластине звуковую волну, которая вызывает периодическое изменение показателя преломления, т.е. создает решетку показателя преломления. СВЧ или КВЧ излучение отклоняется от первоначального направления распространения излучения вследствие дифракции на решетке показателя преломления. A sound exciter (for example, a piezoelectric transducer) creates a sound wave in the ferrite plate, which causes a periodic change in the refractive index, i.e. creates a refractive index grating. Microwave or EHF radiation deviates from the initial direction of radiation propagation due to diffraction by the refractive index grating.

Все известные типы сканаторов имеют большие габариты и не предназначены для управления положением фотонной струи.All known types of scanners are large and are not designed to control the position of the photonic jet.

Известно устройство акустооптического дефлектора на объемных акустических волнах для управления параметрами лазерного излучения [Патент РФ 2349945, Акустооптический дефлектор, Опубликовано: 20.03.2009, Бюл. № 8; Патент РФ 2355007, Способ двухкоординатного отклонения оптического излучения, опубликовано 10.05.2009, Бюл. № 13; Д. П. Волик, В. В. Роздобудько. Акустооптический СВЧ – дефлектор с поверхностным аподизированным пьезопреобразователем // Приборы и техника эксперимента. - 2009, № 1, с. 176-177] на основе пьезокристалла в виде параллелепипеда, в котором с помощью пьезоэлектрического преобразователя, расположенного на одной из боковых граней, генерируются акустические волны. Known device acousto-optic deflector on bulk acoustic waves to control the parameters of laser radiation [RF Patent 2349945, Acousto-optic deflector, Published: 20.03.2009, bull. No. 8; RF patent 2355007, Method of two-coordinate deflection of optical radiation, published 05/10/2009, Bul. No. 13; D.P. Volik, V.V. Rozdobudko. Acousto-optic microwave - deflector with surface apodized piezoelectric transducer // Instruments and experimental techniques. - 2009, No. 1, p. 176-177] based on a piezoelectric crystal in the form of a parallelepiped, in which acoustic waves are generated using a piezoelectric transducer located on one of the lateral faces.

В основу принципа работы устройства положено известное свойство оптического излучения - дифрагировать на периодической структуре, возникающей вследствие упругооптического эффекта при распространении в твердом теле ультразвуковой волны.The principle of operation of the device is based on the well-known property of optical radiation - to diffract on a periodic structure arising from the elasto-optical effect when an ultrasonic wave propagates in a solid.

Общим недостатком известных сканаторов являются большие габариты (больше длины волны излучения) и они не предназначены для работы в ближней зоне формирующего устройства.A common disadvantage of the known scanners is their large size (more than the radiation wavelength) and they are not intended for operation in the near zone of the forming device.

Известно применение электрически управляемых линзовых антенн на основе сегнетоэлектрических материалов [Patent US 4588994, Continuous ferrite aperture for electronic scanning antennas; Patent US 4480254, Electronic beam steering methods and apparatus; Patent US 4576441, Variable fresnel lens device; Patent US 5729239, Voltage controlled ferroelectric lens phased array; Patent US 6195059, Scanning lens antenna; Patent US 9591793, Deflecting device for electromagnetic radiation; Patent US 9490547, Electrical steering lens antenna]. Электрическое управление диаграммой направленности сегнетоэлектрических квазиоптических антенных устройств миллиметрового диапазона длин волн осуществляется за счет изменения показателя преломления сегнетоэлектрика в электрическом поле.Known application of electrically controlled lens antennas based on ferroelectric materials [Patent US 4588994, Continuous ferrite aperture for electronic scanning antennas; Patent US 4480254, Electronic beam steering methods and apparatus; Patent US 4576441, Variable fresnel lens device; Patent US 5729239, Voltage controlled ferroelectric lens phased array; Patent US 6195059, Scanning lens antenna; Patent US 9591793, Deflecting device for electromagnetic radiation; Patent US 9490547, Electrical steering lens antenna]. Electrical control of the radiation pattern of ferroelectric quasi-optical antenna devices of the millimeter wavelength range is carried out by changing the refractive index of the ferroelectric in an electric field.

В общем случае антенна оптического типа состоит из первичного источника излучения и квазиоптического устройства, преобразующего амплитудно-фазовое пространственное распределение волны первичного излучателя. В качестве первичного излучателя, как правило, используется слабонаправленная антенна (например, диполь, открытый конец волновода), осуществляющий широкоугольное облучение квазиоптического устройства (линзы, зонные фазовые пластинки и т.д.). Основным свойством сегнетоэлектрика является зависимость величины его диэлектрической проницаемости от напряженности приложенного электрического поля, что позволяет создавать конструкции сканирующих линзовых антенн. In the general case, an optical-type antenna consists of a primary radiation source and a quasi-optical device that converts the amplitude-phase spatial distribution of the primary radiator wave. As a primary emitter, a weakly directional antenna (for example, a dipole, an open end of a waveguide) is usually used, which carries out a wide-angle irradiation of a quasi-optical device (lenses, zone phase plates, etc.). The main property of a ferroelectric is the dependence of its dielectric constant on the strength of the applied electric field, which makes it possible to create designs for scanning lens antennas.

Недостатком устройств являются большие габариты формирующего элемента, характерный размер апертуры линзы составляет десятки и сотни длин волн используемого излучения, электрически управляемые линзовые антенны на основе сегнетоэлектрических материалов предназначены для формирования диаграммы направленности и управления ее в пространстве в дальней зоне.The disadvantages of the devices are the large dimensions of the forming element, the characteristic size of the lens aperture is tens and hundreds of wavelengths of the radiation used, electrically controlled lens antennas based on ferroelectric materials are designed to form the directional pattern and control it in space in the far zone.

В качестве прототипа принято устройство для формирования фотонной струи, состоящее из источника излучения и диэлектрической частицы с характерным размером, сравнимым с длиной волны падающего излучения, при этом частица выполнена в виде частицы с плоской боковой поверхностью и равной толщины, а непосредственно на боковой поверхности частицы, перпендикулярно падающему излучению, установлен металлический экран на расстоянии от освещенного торца частицы, находящегося в диапазоне от 0 до L, где L - длина частицы вдоль направления падения на нее излучения. [Минин И.В., Минин О.В. Устройство для формирования фотонной струи // Патент РФ 191638, Опубликовано: 18.04.2019 Бюл № 23.]As a prototype, a device for the formation of a photonic jet is adopted, consisting of a radiation source and a dielectric particle with a characteristic size comparable to the wavelength of the incident radiation, while the particle is made in the form of a particle with a flat lateral surface and equal thickness, and directly on the lateral surface of the particle, perpendicular to the incident radiation, a metal screen is installed at a distance from the illuminated end of the particle, ranging from 0 to L, where L is the length of the particle along the direction of incidence of radiation on it. [Minin I. V., Minin O. V. Device for the formation of a photon jet // RF Patent 191638, Published: 18.04.2019 Bulletin No. 23.]

Достоинство устройства выражается в возможности изменения пространственного положения формируемой фотонной струи (ее длины) без изменения относительного показателя преломления материала диэлектрической частицы.The advantage of the device is expressed in the possibility of changing the spatial position of the formed photonic jet (its length) without changing the relative refractive index of the material of the dielectric particle.

Недостатком устройства является невозможность изменения поперечного относительно оптической оси положения фотонной струи. The disadvantage of the device is the impossibility of changing the position of the photon jet transverse to the optical axis.

Задачей настоящей полезной модели является устранение указанных недостатков, а именно получение возможности управлять поперечным положением в пространстве формируемой фотонной струи.The objective of this useful model is to eliminate the indicated disadvantages, namely, to obtain the ability to control the transverse position in space of the formed photonic jet.

Указанная задача достигается тем, что сканатор «фотонной струи» в СВЧ и КВЧ диапазонах, состоит из источника излучения и диэлектрической частицы с характерным размером, сравнимым с длиной волны падающего излучения и выполненной в виде частицы с плоской боковой поверхностью и равной толщины, а непосредственно на боковой поверхности частицы, перпендикулярно падающему излучению, установлен металлический экран, на расстоянии от освещенного торца частицы, находящегося в диапазоне от 0 до L, где L - длина частицы вдоль направления падения на нее излучения, согласно полезной модели экран установлен несимметрично относительно оптической оси на одной из боковых сторон частицы. Кроме того, частица выполнена в форме куба. Кроме того, частица выполнена в форме цилиндра.This task is achieved by the fact that the "photon jet" scanner in the microwave and EHF ranges consists of a radiation source and a dielectric particle with a characteristic size comparable to the wavelength of the incident radiation and made in the form of a particle with a flat lateral surface and equal thickness, and directly on the lateral surface of the particle, perpendicular to the incident radiation, a metal screen is installed, at a distance from the illuminated end face of the particle, which is in the range from 0 to L, where L is the length of the particle along the direction of incidence of radiation on it, according to the utility model, the screen is installed asymmetrically relative to the optical axis on one from the sides of the particle. In addition, the particle is shaped like a cube. In addition, the particle is in the form of a cylinder.

Заявляемое устройство для формирования фотонной струи обладает совокупностью существенных признаков, неизвестных из уровня техники для изделий подобного назначения и неизвестных из доступных источников научной, технической и патентной информации на дату подачи заявки на полезную модель.The claimed device for the formation of a photonic jet has a set of essential features unknown from the prior art for products of a similar purpose and unknown from available sources of scientific, technical and patent information on the date of filing an application for a utility model.

Полезная модель поясняется чертежами.The utility model is illustrated by drawings.

На фиг. 1 показан сканатор «фотонной струи» в СВЧ и КВЧ диапазонах с частицей в форме куба.FIG. 1 shows a "photon jet" scanner in the microwave and EHF ranges with a cube-shaped particle.

На фиг. 2 показан сканатор «фотонной струи» в СВЧ и КВЧ диапазонах с частицей в форме цилиндра.FIG. 2 shows a "photonic jet" scanner in the microwave and EHF ranges with a particle in the form of a cylinder.

На фиг. 3 показаны результаты моделирования управления пространственным положением фотонной струи в зависимости от положения тонкого и широкого экранов на боковой поверхности диэлектрической частицы без изменения контраста показателя преломления.FIG. 3 shows the results of modeling the control of the spatial position of the photonic jet depending on the position of the thin and wide screens on the lateral surface of the dielectric particle without changing the contrast of the refractive index.

Обозначения: 1 - падающее на частицу излучение от источника излучения, 2 - диэлектрическая слабопоглощающая частица в форме куба, 3 - металлический экран, 4 - фотонная струя, 5 - диэлектрическая слабопоглощающая частица в форме цилиндра.Designations: 1 - radiation incident on a particle from a radiation source, 2 - a dielectric weakly absorbing particle in the form of a cube, 3 - a metal screen, 4 - a photon jet, 5 - a dielectric weakly absorbing particle in the form of a cylinder.

В результате моделирования падения плоской волны на диэлектрический куб и цилиндр с установленным несимметрично относительно оптической оси на одной из боковых сторон частицы непрозрачным для освещающего излучения экраном показало, что положение экрана оказывает влияние на пространственное расположение фотонной струи, смещения фотонной струи от оптической оси устройства.As a result of modeling the incidence of a plane wave on a dielectric cube and a cylinder with a screen installed asymmetrically relative to the optical axis on one of the lateral sides of the particle, it was shown that the position of the screen affects the spatial arrangement of the photonic jet, the displacement of the photonic jet from the optical axis of the device.

Экспериментальные исследования проводились в СВЧ диапазоне на частоте 20 ГГц.Experimental studies were carried out in the microwave range at a frequency of 20 GHz.

Размеры диэлектрической частицы в форме куба равнялись длине волны излучения λ, коэффициент преломления материала частицы равен 1,45-1,46, толщина металлического экрана варьировалась от 0,1λ до 0,5λ.The dimensions of the dielectric cube-shaped particle were equal to the radiation wavelength λ, the refractive index of the particle material was 1.45-1.46, the thickness of the metal screen varied from 0.1λ to 0.5λ.

В результате исследований было обнаружено, что наиболее сильное влияние экрана наблюдается в случаях, когда экран расположен около основания куба, ближнего к падающей волне. С продвижением экрана в сторону дальнего основания диэлектрического объекта, влияние экрана ослабевает и оно минимально, когда экран расположен в плоскости дальнего основания куба. Аналогичные зависимости оказались и для цилиндрической частицы. Формируемая фотонная струя отклоняется от оптической оси в сторону расположения экрана на боковой стороне диэлектрической частицы.As a result of research, it was found that the strongest effect of the screen is observed in cases when the screen is located near the base of the cube, closest to the incident wave. As the screen moves towards the far base of the dielectric object, the effect of the screen weakens and it is minimal when the screen is located in the plane of the far base of the cube. Similar dependences were found for a cylindrical particle. The formed photonic jet is deflected from the optical axis towards the location of the screen on the lateral side of the dielectric particle.

При расположении экрана непосредственно на боковой поверхности диэлектрической частицы несимметрично относительно оптической оси устройства, пространственное положение формируемой фотонной струи зависит от положения экрана на его боковой поверхности. При расположении экрана на границе освещенного торца частицы (L=0), в зависимости от величины показателя материала частицы, фотонная струя поворачивается в сторону расположения экрана. При расположении экрана на расстоянии L параметры фотонной струи практически не меняются и она распространяется вдоль оптической оси.When the screen is located directly on the lateral surface of the dielectric particle asymmetrically relative to the optical axis of the device, the spatial position of the generated photon jet depends on the position of the screen on its lateral surface. When the screen is located at the boundary of the illuminated end face of the particle (L = 0), depending on the value of the index of the particle material, the photonic jet turns towards the location of the screen. When the screen is located at a distance L, the parameters of the photonic jet practically do not change and it propagates along the optical axis.

Ширина металлического экрана выбирается не менее толщины скин-слоя в материале металлического экрана на частоте источника излучения. При меньшей толщине металлический экран становится прозрачным для падающего излучения и интерференция волн от дифракции излучения на металлическом экране и волн, распространяющихся через диэлектрическую частицу, становится недостаточной для изменения пространственного положения формируемой фотонной струи.The width of the metal shield is chosen not less than the thickness of the skin layer in the material of the metal shield at the frequency of the radiation source. With a smaller thickness, the metal screen becomes transparent to the incident radiation and the interference of waves from the diffraction of radiation on the metal screen and waves propagating through the dielectric particle becomes insufficient to change the spatial position of the formed photonic jet.

Экран может быть изготовлен из оптически управляемого материала, например, из полупроводника, например, кремния, германия. Известно, что при облучении оптическим излучением полупроводникового материала он переходит в проводящее состояние и становится непрозрачным для терагерцового и СВЧ излучения [Reed GT, Mashanovich G, Gardes FY, Thomson DJ. Silicon optical modulators. Nat Photon. 2010;4:518-26; Liu J, Beals M, Pomerene A, Bernardis S, Sun R, Cheng J, et al. Waveguide-integrated, ultralow-energy GeSi electro-absorption modulators. Nat Photon. 2008;2:433-7.]. При изготовлении оптически управляемого экрана из монослоя графена и облучении его оптическим излучением в диапазоне, например, 1550 нм [Bergen, M.H., Born, B., Geoffroy-Gagnon, S., and Holzman, J.F., "Terahertz microjets and graphene: Technologies toward ultrafast all-optical modulation," Proc. IEEE Photonics Society Summer Topical Meeting Series (SUM), 10-12 July 2017, San Juan, Puerto Rico, paper 17103908 (2017); Wen, Q., Tian, W., Mao, Q., Chen, Z., Liu, W., Yang, Q., Sanderson, M. and Zhang, H. “Graphene based all-optical spatial terahertz modulator,” Sci. Reports, 4, 1-5 (2014)], он переходит в состояние, не пропускающее терагерцовое и СВЧ излучение.The screen can be made of an optically controlled material, for example, a semiconductor, for example, silicon, germanium. It is known that when a semiconductor material is irradiated with optical radiation, it passes into a conducting state and becomes opaque for terahertz and microwave radiation [Reed GT, Mashanovich G, Gardes FY, Thomson DJ. Silicon optical modulators. Nat Photon. 2010; 4: 518-26; Liu J, Beals M, Pomerene A, Bernardis S, Sun R, Cheng J, et al. Waveguide-integrated, ultralow-energy GeSi electro-absorption modulators. Nat Photon. 2008; 2: 433-7.]. In the manufacture of an optically controlled screen from a monolayer of graphene and its irradiation with optical radiation in the range, for example, 1550 nm [Bergen, MH, Born, B., Geoffroy-Gagnon, S., and Holzman, JF, "Terahertz microjets and graphene: Technologies toward ultrafast all-optical modulation, "Proc. IEEE Photonics Society Summer Topical Meeting Series (SUM), 10-12 July 2017, San Juan, Puerto Rico, paper 17103908 (2017); Wen, Q., Tian, W., Mao, Q., Chen, Z., Liu, W., Yang, Q., Sanderson, M. and Zhang, H. “Graphene based all-optical spatial terahertz modulator,” Sci. Reports, 4, 1-5 (2014)], it goes into a state that does not transmit terahertz and microwave radiation.

Работа устройства происходит следующим образом. Падающее на диэлектрическую слабо поглощающую частицу 2 или 5, электромагнитное излучение 1 в результате интерференции волн на частице и экране 3, расположенном непосредственно на боковой поверхности диэлектрической частицы 2 или 5, формируют фотонную струю 4. При изменении положения экрана 3 вдоль боковой поверхности диэлектрической частицы 2 или 5 изменяются условия интерференции волн и пространственное положение фотонной струи 4 изменяется.The device operates as follows. Electromagnetic radiation 1 incident on a weakly absorbing dielectric particle 2 or 5, as a result of wave interference on the particle and the screen 3 located directly on the lateral surface of the dielectric particle 2 or 5, forms a photon jet 4. When the position of the screen 3 changes along the lateral surface of the dielectric particle 2 or 5 the conditions of wave interference are changed and the spatial position of the photonic jet 4 changes.

Достигаемый в такой конструкции сканатора «фотонной струи» в СВЧ и КВЧ диапазонах технический результат выражается в возможности изменения пространственного положения формируемой фотонной струи, смещения ее в поперечном направлении относительно оптической оси устройства, без изменения относительного показателя преломления материала диэлектрической частицы.The technical result achieved in this design of the "photonic jet" scanner in the microwave and EHF ranges is expressed in the possibility of changing the spatial position of the formed photonic jet, displacing it in the transverse direction relative to the optical axis of the device, without changing the relative refractive index of the material of the dielectric particle.

Claims (3)

1. Сканатор «фотонной струи» в СВЧ и КВЧ диапазонах, состоящий из источника излучения и диэлектрической частицы с характерным размером, сравнимым с длиной волны падающего излучения, и выполненной в виде частицы с плоской боковой поверхностью и равной толщины, а непосредственно на боковой поверхности частицы, перпендикулярно падающему излучению, установлен металлический экран, на расстоянии от освещенного торца частицы, находящегося в диапазоне от 0 до L, где L - длина частицы вдоль направления падения на нее излучения, отличающийся тем, что экран установлен несимметрично относительно оптической оси на одной из боковых сторон частицы. 1. Scanner "photon jet" in the microwave and EHF ranges, consisting of a radiation source and a dielectric particle with a characteristic size comparable to the wavelength of the incident radiation, and made in the form of a particle with a flat lateral surface and equal thickness, and directly on the lateral surface of the particle , perpendicular to the incident radiation, a metal screen is installed, at a distance from the illuminated end of the particle, which is in the range from 0 to L, where L is the particle length along the direction of incidence of radiation on it, characterized in that the screen is installed asymmetrically relative to the optical axis on one of the side sides of the particle. 2. Сканатор «фотонной струи» в СВЧ и КВЧ диапазонах по п.1, отличающийся тем, что частица выполнена в форме куба. 2. The "photonic jet" scanner in the microwave and EHF ranges according to claim 1, characterized in that the particle is made in the form of a cube. 3. Сканатор «фотонной струи» в СВЧ и КВЧ диапазонах по п.1, отличающийся тем, что частица выполнена в форме цилиндра.3. The "photonic jet" scanner in the microwave and EHF ranges according to claim 1, characterized in that the particle is made in the form of a cylinder.
RU2020133149U 2020-10-08 2020-10-08 Scanner "photonic jet" in the microwave and EHF ranges RU202291U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020133149U RU202291U1 (en) 2020-10-08 2020-10-08 Scanner "photonic jet" in the microwave and EHF ranges

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020133149U RU202291U1 (en) 2020-10-08 2020-10-08 Scanner "photonic jet" in the microwave and EHF ranges

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU202291U1 true RU202291U1 (en) 2021-02-10

Family

ID=74551029

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020133149U RU202291U1 (en) 2020-10-08 2020-10-08 Scanner "photonic jet" in the microwave and EHF ranges

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU202291U1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2809980C1 (en) * 2023-05-24 2023-12-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет геосистем и технологий" Method and device for forming inclined photon jet formed by meso-sized particle

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1042113A1 (en) * 1982-02-02 1983-09-15 Киевский Ордена Ленина Государственный Университет Им.Т.Г.Шевченко Microwave radiation detector
RU44902U1 (en) * 2004-11-25 2005-03-27 Борцов Александр Анатольевич FREQUENCY-MODULATED SIGNALS FORMER
RU2282302C1 (en) * 2004-11-25 2006-08-20 Александр Анатольевич Борцов Generator of frequency-modulated signals
US20100117885A1 (en) * 2005-02-15 2010-05-13 Holbrook David S Electromagnetic scanning imager
RU103431U1 (en) * 2010-03-25 2011-04-10 Александр Анатольевич Борцов NANOSTRUCTURAL FORMER OF FREQUENCY-MODULATED SIGNALS

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1042113A1 (en) * 1982-02-02 1983-09-15 Киевский Ордена Ленина Государственный Университет Им.Т.Г.Шевченко Microwave radiation detector
RU44902U1 (en) * 2004-11-25 2005-03-27 Борцов Александр Анатольевич FREQUENCY-MODULATED SIGNALS FORMER
RU2282302C1 (en) * 2004-11-25 2006-08-20 Александр Анатольевич Борцов Generator of frequency-modulated signals
US20100117885A1 (en) * 2005-02-15 2010-05-13 Holbrook David S Electromagnetic scanning imager
RU103431U1 (en) * 2010-03-25 2011-04-10 Александр Анатольевич Борцов NANOSTRUCTURAL FORMER OF FREQUENCY-MODULATED SIGNALS

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2809980C1 (en) * 2023-05-24 2023-12-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет геосистем и технологий" Method and device for forming inclined photon jet formed by meso-sized particle
RU2813487C1 (en) * 2023-06-08 2024-02-12 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет геосистем и технологий" Method of controlling position and shape of photon jet

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Chen et al. Superoscillation: from physics to optical applications
Minin et al. Diffractive optics and nanophotonics
Wong et al. Binary Huygens’ metasurfaces: Experimental demonstration of simple and efficient near-grazing retroreflectors for TE and TM polarizations
US9105978B2 (en) Metamaterial surfaces
Guven et al. Spectral negative refraction and focusing analysis of a two-dimensional left-handed photonic crystal lens
Dubois et al. Time-driven superoscillations with negative refraction
Cheng et al. Achromatic terahertz Airy beam generation with dielectric metasurfaces
Ma et al. Advances in the hyperlens
Mote et al. Focusing behavior of 2-dimensional plasmonic conical zone plate
Zhai et al. Goos-Hänchen shift of an Airy beam reflected in an epsilon-near-zero metamaterial
Abbaszadeh et al. A compact polarization insensitive all-dielectric metasurface lens for Gaussian to tophat beam shaping in sub-terahertz regime
RU202291U1 (en) Scanner "photonic jet" in the microwave and EHF ranges
Baryshnikova et al. Metalenses for subwavelength imaging
Martynyuk-Lototska et al. Acoustooptic operation of optical vortex beams
Mokhayer et al. Reconfigurable Graphene-Based metasurface for THz transmission angle control
RU191638U1 (en) Device for forming a photon stream
Ozbay et al. Negative refraction, subwavelength focusing and beam formation by photonic crystals
RU181086U1 (en) LENS
Kargar et al. Tunable multifocal THz metalens based on metal-insulator transition of VO2 film
Ozbay et al. Negative refraction and subwavelength focusing using photonic crystals
RU2756882C1 (en) Photon jet shaping device
Geng et al. All angle negative refraction with the effective phase index of-1
RU2735916C1 (en) Scanning acoustic microscope
Gao et al. Wideband Far-field Super-resolution Focusing Based on Composite Metalens
Al-Musawi et al. Properties and applications of negative refractive index metamaterials