Published July 22, 2021 | Version v1
Publication Metadata-only

Efficient magnetic-coupling excitation of LSSPs on high-Q multilayer planar-circular-grating resonators

Creators

  • 1. Peking University

Description

Recently, ultrathin localized spoof surface plasmon (LSSP) resonators are found to have intrinsic defects of relatively low quality factors (Q-factors) because of unavoidable material and radiation losses. In this paper, multilayer structures of planar-circular-grating resonators and their magnetic-coupling schemes are proposed to achieve effective excitation of high-Q LSSPs modes. By adopting the multilayer structures with air between the layers, the power dissipation effected by both material and radiation losses is significantly suppressed. Experimental results show that the Q-factors could reach more than 200 and the excitation efficiencies could reach more than 90%. Numerical simulations show the distribution of the electromagnetic field and illustrate the principle of magnetic coupling. Besides, the Q-factors of resonators with different structural parameters were measured and analyzed. This study aims to provide some inspirations on planar gyro-devices and to improve the performance of existing applications, such as sensors and filters.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

في الآونة الأخيرة، وُجد أن رنانات البلازمون السطحية الموضعية فائقة النحافة (LSSP) بها عيوب جوهرية لعوامل الجودة المنخفضة نسبيًا (عوامل Q) بسبب فقدان المواد والإشعاع الذي لا مفر منه. في هذه الورقة، يتم اقتراح هياكل متعددة الطبقات من الرنانات الدائرية المستوية ومخططات الاقتران المغناطيسي الخاصة بها لتحقيق الإثارة الفعالة لأوضاع LSSPs عالية الجودة. من خلال اعتماد الهياكل متعددة الطبقات مع الهواء بين الطبقات، يتم قمع تبديد الطاقة الناتج عن كل من الخسائر المادية والإشعاعية بشكل كبير. تظهر النتائج التجريبية أن عوامل Q يمكن أن تصل إلى أكثر من 200 ويمكن أن تصل كفاءة الإثارة إلى أكثر من 90 ٪. تُظهر المحاكاة العددية توزيع المجال الكهرومغناطيسي وتوضح مبدأ الاقتران المغناطيسي. إلى جانب ذلك، تم قياس وتحليل عوامل Q للرنانات ذات المعلمات الهيكلية المختلفة. تهدف هذه الدراسة إلى تقديم بعض الإلهام حول أجهزة الدوران المستوية وتحسين أداء التطبيقات الحالية، مثل أجهزة الاستشعار والفلاتر.

Translated Description (French)

Récemment, on a découvert que les résonateurs LSSP (ultrathin localised spoof surface plasmon) présentent des défauts intrinsèques de facteurs de qualité relativement faibles (facteurs Q) en raison des pertes inévitables de matériau et de rayonnement. Dans cet article, des structures multicouches de résonateurs à réseau planaire-circulaire et leurs schémas de couplage magnétique sont proposés pour obtenir une excitation efficace des modes LSSP à Q élevé. En adoptant les structures multicouches avec de l'air entre les couches, la dissipation de puissance effectuée par les pertes de matériau et de rayonnement est considérablement supprimée. Les résultats expérimentaux montrent que les facteurs Q pourraient atteindre plus de 200 et les efficacités d'excitation pourraient atteindre plus de 90 %. Les simulations numériques montrent la distribution du champ électromagnétique et illustrent le principe du couplage magnétique. En outre, les facteurs Q des résonateurs avec différents paramètres structurels ont été mesurés et analysés. Cette étude vise à fournir quelques inspirations sur les gyro-dispositifs planaires et à améliorer les performances des applications existantes, telles que les capteurs et les filtres.

Translated Description (Spanish)

Recientemente, se ha descubierto que los resonadores de plasmón superficial de suplantación localizada (LSSP) ultrafinos tienen defectos intrínsecos de factores de calidad relativamente bajos (factores Q) debido a las inevitables pérdidas de material y radiación. En este documento, se proponen estructuras multicapa de resonadores de rejilla circular plana y sus esquemas de acoplamiento magnético para lograr la excitación efectiva de los modos LSSP de alta Q. Al adoptar las estructuras multicapa con aire entre las capas, se suprime significativamente la disipación de potencia efectuada por las pérdidas de material y radiación. Los resultados experimentales muestran que los factores Q podrían alcanzar más de 200 y las eficiencias de excitación podrían alcanzar más del 90%. Las simulaciones numéricas muestran la distribución del campo electromagnético e ilustran el principio de acoplamiento magnético. Además, se midieron y analizaron los factores Q de resonadores con diferentes parámetros estructurales. Este estudio tiene como objetivo proporcionar algunas inspiraciones sobre dispositivos giroscópicos planos y mejorar el rendimiento de las aplicaciones existentes, como sensores y filtros.

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
استثارة فعالة للاقتران المغناطيسي لـ LSSPs على مرنانات مستوية دائرية متعددة الطبقات عالية الجودة
Translated title (French)
Excitation de couplage magnétique efficace des LSSP sur des résonateurs à réseau planaire-circulaire multicouches à Q élevé
Translated title (Spanish)
Excitación eficiente de acoplamiento magnético de LSSP en resonadores de rejilla circular plana multicapa de alta Q

Identifiers

Other
https://openalex.org/W3179478394
DOI
10.1364/oe.432721

Is supplement to
https://openalex.org/W4321259293 (Other)
https://openalex.org/W4229009453 (Other)
https://openalex.org/W4211009247 (Other)
https://openalex.org/W2910747721 (Other)
https://openalex.org/W2806184111 (Other)
https://openalex.org/W2611896415 (Other)
https://openalex.org/W2358398140 (Other)
https://openalex.org/W2134650954 (Other)
https://openalex.org/W2068704238 (Other)
https://openalex.org/W2034661077 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
China

References

  • https://openalex.org/W1532991158
  • https://openalex.org/W1540344429
  • https://openalex.org/W1540419299
  • https://openalex.org/W1973714168
  • https://openalex.org/W1985803366
  • https://openalex.org/W2003017040
  • https://openalex.org/W2009063780
  • https://openalex.org/W2020093054
  • https://openalex.org/W2026791937
  • https://openalex.org/W2027217990
  • https://openalex.org/W2030917727
  • https://openalex.org/W2034957706
  • https://openalex.org/W2054698533
  • https://openalex.org/W2058374957
  • https://openalex.org/W2061355126
  • https://openalex.org/W2062614131
  • https://openalex.org/W2076515823
  • https://openalex.org/W2136025461
  • https://openalex.org/W2142269155
  • https://openalex.org/W2153691033
  • https://openalex.org/W2276698204
  • https://openalex.org/W2514873443
  • https://openalex.org/W2524842175
  • https://openalex.org/W2778607278
  • https://openalex.org/W2795419341
  • https://openalex.org/W2804974200
  • https://openalex.org/W2808216316
  • https://openalex.org/W2892045113
  • https://openalex.org/W2990136142
  • https://openalex.org/W2992162039
  • https://openalex.org/W3004441141
  • https://openalex.org/W3005141540
  • https://openalex.org/W3091726511
  • https://openalex.org/W3121972571
  • https://openalex.org/W3128621517