Cite this article as:
Usanov D. A., Mardanov M. K., Skripal A. V., Ponomarev D. V. Microwave Photonic Crystals. New Application Areas. Izvestiya of Saratov University. New series. Series Physics, 2015, vol. 15, iss. 1, pp. 57-73. DOI: https://doi.org/10.18500/1817-3020-2015-15-1-57-73
Microwave Photonic Crystals. New Application Areas
The theoretical and experimental justifications of the possibility to use the microwave photonic crystals for the creation of broadband loads have been presented. The possibility to simultaneously determine the thickness and the conductivity of nanometer semiconductor layered structures by use of the microwave photonic crystals has been shown. The possibility of electrical control of the microwave photonic crystals amplitude-frequency characteristic has been experimentally demonstrated. The means to reduce the sizes of the devices based on the microwaves photonic crystals have been determined.
1. Joannopoulos I. D., Villenneuve Pierre R., Fan S. Pho-tonic crystals : putting a new twist on light // Nature. 1997. Vol. 386, № 13. P. 143–149.
2. Yablonovitch E., Gmitter T. J., Leung K. M. Photonic band structure : The face-centered-cubic case employing nonspherical atoms // The American Physical Society. 1991. Vol. 67, № 17. P. 2295–2298.
3. Силин Р. А., Сазонов В. П. Замедляющие системы. М. : Сов. радио, 1966. 631 с.
4. Бреховских Л. М. Волны в слоистых средах. М. : На-ука, 1973. 342 с.
5. Ozbay E., Temelkuran B., Bayindir M. Microwave ap-plications of photonic crystals // Progress in Electromag-netics Research. 2003. Vol. 41. P. 185–209.
6. Kuriazidou C. A., Contopanagos H. F., Alexopo-los N. G. Monolithic waveguide f lters using printed photonic-bandgap materials // IEEE Transactions on microwave theory and techniques. 2001. Vol. 49, № 2. P. 297–306.
7. Burns G. W., Thayne I. G., Arnold J. M. Improvement of Planar Antenna Eff ciency When Integrated With a Millimetre-Wave Photonic // Proc. of European Conf. on Wireless Technology. Amsterdam, Netherlands, 2004. P. 229–232.
8. Wu Hsien-Shun, Tzuang Ching-Kuang C. Miniaturized High-Gain Synthetic Rectangular Waveguide Antenna of Near-Omnidirectional Radiation // Proc. of 34rd Euro-pean Microwave Conf. Amsterdam, Netherlands, 2004. Vol. 2. P. 1189–1192.
9. Беляев Б. А., Волошин А. С., Шабанов В. Ф. Исследование микрополосковых моделей полосно-пропускающих фильтров на одномерных фотонных кристаллах // Докл. АН. 2005. Т. 403, № 3. С. 319–324.
10. Helszajn J. Passive and Active Microwave Circuits. N.Y. ; Chichester ; Brisbane ; Toronto : John Wiley & Sons, 1978. 140 p.
11. Lee K. A., Guo Y., Stimson Ph. A., Potter K. A., Jung-Chih Chiao, Rutledge D. B. Thin-Film Power-Density Meter for Millimeter Wavelengths // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 1991. Vol. 39, № 3. P. 425–428.
12. Усанов Д. А., Скрипаль А. В., Абрамов А. В., Бого-любов А. С., Скворцов В. С., Мерданов М. К. Широ-кополосные волноводные согласованные нагрузки на основе фотонных кристаллов с нанометровыми металлическими слоями // Изв. вузов. Радиоэлектро-ника. 2009. № 1. С. 73–80.
13. Широкополосная волноводная согласованная нагруз-ка : пат. 2360336 Рос. Федерация : МПК H01P 7/00 / Усанов Д. А., Скрипаль А. В., Абрамов А. В., Боголю-бов А. С., Скворцов В .С., Мерданов М. К.; заявитель и патентообладатель Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Саратовский государственный университет им. Н. Г. Чернышевского». – № 2008106244/09; заявл. 21.02.09; опубл. 27.06.09, Бюл. № 18. 8 с.
14. Усанов Д. А., Скрипаль А. В., Абрамов А. В., Бого-любов А. С. Измерения толщины нанометровых слоев металла и электропроводности полупроводника в структурах металл–полупроводник по спектрам отражения и прохождения электромагнитного излу-чения // ЖТФ. 2006. Т. 76, вып. 5. С. 112–117.
15. Чаплыгин Ю. А., Усанов Д. А., Скрипаль А. В., Абра-мов А. В., Боголюбов А. С. Методика измерения электропроводности нанометровых металлических пленок в слоистых структурах по спектрам отражения электромагнитного излучения // Изв. вузов. Электроника. 2006. № 6. С. 27–35.
16. Usanov D. A., Skripal Al. V., Abramov A. V., Bogolyu-bov A. S., Kalinina N. V. Measurements of thickness of metal f lms in sandwich structures by the microwave ref ection spectrum // Proc. of 36rd European Microwave Conf. Manchester, UK, 2006. P. 921–924.
17. Усанов Д. А., Скрипаль А. В., Абрамов А. В., Бого-любов А. С., Скворцов В. С., Мерданов М. К. Использование волноводных фотонных структур для измерения параметров нанометровых металлических слоев на изолирующих подложках // Изв. вузов. Электроника. 2007. № 6. С. 25–32.
18. Yablonovitch E. Inhibited spontaneous emission in solid-state physics and electronics // Phys. Rev. Lett. 1987. Vol. 58, № 20. P. 2059–2062.
19. Oliynik V., Makarov D., Danilov V. Dielectric perme-ability measurements with waveguide bragg structure usage // Proc. of 15th Int. Crimean Conf. «Microwave &Telecommunication Technology» (CriMiCo’2005). Sevastopol, Crimea, Ukraine, 2005. P. 785–786.
20. Usanov D., Skripal A., Abramov A., Bogolubov A., Skvortsov V., Merdanov M. Measurement of the Metal Nanometer Layer Parameters on Dielectric Substrates using Photonic Crystals based on the Waveguide Struc-tures with Controlled Irregularity in the Microwave Band // Proc. of 37rd European Microwave Conf. Mu-nich, Germany, 2007. P. 198–201.
21. Usanov D. A., Skripal A. V., Abramov A. V., Bogolu-bov A. S., Kulikov M. Y. Application of waveguide and microstrip photonic crystals for measurement of param-eters of materials and structures // XVII Intern. Conf. on Microwaves, Radar and Wireless Communications. Poland, Wroclaw, 2008. Vol. 3. P. 904–907.
22. Способ измерения электрофизических параметров структуры «нанометровая металлическая пленка–полупроводниковая или диэлектрическая подложка : пат. 2349904 Рос. Федерация : МПК G01N 22/00 / Усанов Д. А., Скрипаль А. В., Абрамов А. В., Боголюбов А. С., Скворцов В. С., Мерданов М. К.; заявитель и патентообладатель Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Саратовский государственный университет им. Н. Г. Чернышевского». – № 2007134239/09; заявл. 13.09.07; опубл. 20.03.09, Бюл. № 8. 8 с.
23. Усанов Д. А., Скрипаль А. В., Абрамов А. В., Боголю-бов А. С., Куликов М. Ю., Скворцов В. С., Мерда-нов М. К. СВЧ-фотонные структуры и их использование для измерения параметров материалов и создания функциональных устройств СВЧ-электроники // Физика волновых процессов и радиотех-нические системы. 2008. Т. 11, № 3. С. 51–59.
24. Способ определения электропроводности и толщины полупроводниковых слоев : пат. 2439541 Рос. Федерация : МПК G01N 22/00 / Усанов Д. А., Постельга А. Э.; заявитель и патентообладатель Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Саратовский государственный университет им. Н. Г. Чернышевского». – № 2010128130/07; заявл. 08.07.10; опубл. 10.01.12, Бюл. № 1. 10 с.
25. Усанов Д. А., Постельга А. Э., Сысоев Н. Ю. Определение электропроводности и толщины полу-проводниковых слоев по спектру отражения СВЧ-излучения // Изв. вузов. Электроника. 2011. № 4(90). C. 71–77.26. Гуляев Ю. В., Никитов С. А., Усанов Д. А., Скрипаль А. В., Постельга А. Э., Пономарев Д. В. Определение параметров тонких полупроводниковых слоев с использованием одномерных СВЧ фотонных кристаллов // Докл. АН. 2012. Т. 443, № 3. С. 1–3.
27. Способ определения электропроводности и толщины полупроводниковых пластин или нанометровых полупроводниковых слоев в структурах «полупроводниковый слой–полупроводниковая подложка» :пат. 2517200 Рос. Федерация : МПК G01N 22/00, B82B 3/00, H01L 21/66 / Усанов Д .А., Никитов С. А., Скрипаль А. В., Пономарев Д. В.; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Саратовский го сударственный университет имени Н. Г. Чернышевского». – № 2012137649/07; заявл. 03.09.2012; опубл. 10.03.2014, Бюл. 15. 14 с.
28. Никитов С. А., Гуляев Ю. В., Усанов Д. А., Скри-паль А. В., Пономарев Д. В. Определение проводимости и толщины полупроводниковых пластин и нанометровых слоев с использованием одномерных СВЧ фотонных кристаллов // Докл. АН. 2013. Т. 448, № 1. С. 35–37.
29. Гуляев Ю. В., Никитов С. А., Усанов Д. А., Скри-паль А. В., Посадский В. Н., Тяжлов В. С., Бай-кин А. В. Низкоразмерные волноводные СВЧ фотон-ные кристаллы // Докл. АН. Т. 448, № 4. Январь 2014. С. 406–409.
30. Усанов Д. А., Горбатов С. С. Эффекты ближнего поля в электродинамических системах с неоднородностями и их использование в технике СВЧ. Саратов : Изд-во Сарат. ун-та, 2011. 392 с.
31. Sung-Il Kim, Mi-Young Jang, Chul-Sik Kee, Ikmo Park, H. Lim. Characteristics of microwave flters based on microstrip photonic bandgap ring structures // Current Applied Physics. 2005. №. 5. P. 619–624.
32. Yablonovitch E., Gmitter T. J., Meade R. D., Rappe A. M., Brommer K. D., Joannopoulos J. D. Donor and acceptor modes in photonic band structure // Phys. Rev. Lett. 1991. Vol. 67, № 24. P. 3380.
33. Беляев Б. А., Сержантов А. М., Бальва Я. Ф., Лекси-ков А. А., Галеев Р. Г. Новая конструкция миниатюр-ного микрополоскового резонатора на основе встречно-штыревой структуры // Письма в ЖТФ. 2014. Т. 40, вып. 22. С. 52–60.
34. Беляев Б. А., Сержантов А. М., Бальва Я. Ф., Лекси-ков А. А., Галеев Р. Г. Новая конструкция микро-полоскового фильтра на микрополосковых резонаторах со встречно-штыревой структурой проводни-ков // Письма в ЖТФ. 2015. Т. 41, вып. 10. С. 89–96.
35. Усанов Д. А., Никитов С. А., Скрипаль А. В., Фро-лов А. П., Орлов В. Е. Волноводы, содержащие рамочные элементы с электрически управляемыми характеристиками разрешенных и запрещенных зон // Радиотехника и электроника. 2014. Т. 59, № 11. С. 1079–1084.
36. Усанов Д. А., Орлов В. Е., Безменов А. А. Рамочные элементы связи в волноводе // Электронная техника. Сер. 1. Электроника СВЧ. 1976. Вып. 5. С. 83–89.
37. Усанов Д. А., Орлов В. Е. Использование рамочной связи в полупроводниковых устройствах для управ-ления СВЧ-мощностью // Электронная техника. Сер. 1. Электроника СВЧ. 1975. Вып. 1. С. 35–37
38. Бритун Н. В., Данилов В. В. Электронное управление параметрами структур с фотонной запрещенной зоной // Письма в ЖТФ. 2003. Т. 29, вып. 7. С. 27–32.
39. Усанов Д. А., Скрипаль А. В., Абрамов А. В., Бого-любов А. С., Скворцов В. С., Мерданов М. К. Волноводные фотонные кристаллы с характеристиками, управляемыми p–i–n-диодами // Изв. вузов. Электро-ника. 2010. № 1. С. 24–29.
40. Усанов Д. А., Никитов С. А. Скрипаль А. В., Кули-ков М. Ю. Управляемые pin-диодами фотонные кристаллы и их применение // Антенны. 2012. № 3. С. 9–14.
41. Anlage S. M., Steinhauer D. E., Feenstra B. J., Vlaha-cos C. P., Wellstood F. C. Near-f eld microwave micros-copy of materials properties // Microwave Supercon-ductivity / eds. H. Weinstock, M. Nisenoff. Amsterdam, Netherlands : Kluwer, 2001. P. 239–269.
42. Усанов Д. А., Никитов С. А. Скрипаль А. В., Фро-лов А. П. Ближнеполевой сверхвысокочастотный микроскоп на основе фотонного кристалла с резонатором и регулируемым элементом связи в качестве зонда // Радиотехника и электроника. 2013. Т. 58, № 12. С. 1071–1078.
