Workshop Industrial, Madrid, Diciembre...

Workshop Industrial, Madrid, Diciembre 2012


Capacidades y resultados

• Metamateriales en radiofrecuencia (RF) • Metamateriales en microondas • Metamateriales en milimétricas/THz • Metamateriales en fotónica • Metamateriales en acústica


Metamateriales en RF

• Aplicación de Metamateriales en RF: imagen médica por Resonancia Magnética (RM).

• Técnicas de obtención de imagen médica: TM, TAC, PET, Ecografía. • RM y TAC: alta resolución de imagen.

– TAC: hace uso de radiación ionizante (rayos X) – RM: el tiempo de adquisición es mayor que con el TAC pero hace

uso de radiación no ionizante. • Principal objetivo en la RM: incrementar SNR y reducir tiempo de

adquisición (redunda en confort para el paciente, reduce listas de espera, esencial en cardiología).

• RM: se basa en la aplicación de ondas electromagnéticas en el rango de los MHz (RF) y campos magnéticos estáticos muy intensos (escáneres comercializados entre 0.2 y 3 Tesla) . – Avances actuales: encaminados a usar campos magnéticos más

intensos (1.5T ≈ 1M€, 3T ≈ 2M€). – Alternativa: optimización en la detección de la RF. ¡¡Los Metamateriales pueden ofrecer esta alternativa!!



• Los Metamateriales en general presentan una respuesta en frecuencia de banda estrecha: esto no es ningún incoveniente en RM donde se detectan señales de decenas MHz con anchos de banda de decenas de KHz.

• Metamateriales para RM: han de interaccionar con un campo magnético de RF a frecuencias de MHz y no interactuar con campos magnéticos estáticos.

• Como se construyen: arrays 3D de resonadores magnéticos (circuitos LC) con µ diseñada a priori.



• Capacidades

Diseño y fabricación de metamateriales para RM

Diseño y fabricación de antenas de RM y

phantoms Adquisición de imágenes en

escáner de RM y postprocesado

14cm



• Resultados

Lentes con µ=-1 para aumentar la sensibilidad de antenas de superficie



• Resultados

Láminas con µ=0 (rechazan el flujo de RF) para incrementar el

SNR localmente.

Aplicación en sistemas con número de canales reducido.



• Resultados

La reducción del tiempo de adquisición en RM se realiza mediante técnicas de imagen en

paralelo. Para ello es esencial localizar el campo de visión de cada canal.

Las lentes de Metamaterial permiten hacer esto.



•Resultados Desarrollo de antenas convencionales. Ejemplo: antena de órbitas oculares para el Servicio de Radiología del Hospital Universitario Virgen Macarena de Sevilla.

Antena de órbitas

desarrollada

Sistema de antenas

empleado normalmente

Mayor SNR incluso con

reducción del tiempo de

adquisición en un factor 2



• Resultados

Detección de pequeña lesión ( ≈ 1 mm ) con la

antena de órbitas



• Resultados

Nuevo diseño con preamplificadores de bajo ruido integrados en la máscara.


UPNa-GA

Grupo de Antenas Departamento de Ingeniería de Eléctrica y Electrónica

Universidad Pública de Navarra

Metamateriales en microondas


Metamateriales en microondas • Capacidades UPNa-GA

ANTENNAS

Multi-functional Multi-frequency

Compact Improved Gain and

matching

GPS ANTENNA ON BOARD

Same RF performance Reduced Size

Simplified BFN Low cost

TT&C ANTENNA ON

BOARD

Same RF performance Reduced Size

Low Mass Simplified BFN

Compact

RADAR (RCS REDUCTION)

Planar configuration Easily integrable High operational

bandwidth Tunability

SENSOR

Ferromagnetic microwires

Resonance frequency depends on elongation

Reduced Size


Metamateriales en microondas • Capacidades UPNa-GA

Clean-room ISO 7

DRIE NGP80 ICP65, SI3-1 with Bosch Si Etching

SUSS MJB4 Mask Aligner

QUORUM Q150 TS Sputtering System

SUSS Labspin 6

Spin

TPT HB16D Wire & Die Bonder LPKF ProtoLaser 200

LPKF ProtoMat H100

DISCO Automatic Dicing Saw DAD321

LPKF MiniContact RS

LPKF MultiPress S


• Capacidades UPNa-GA


Agilent E8361C Vector Network Analyzer Agilent PNA-X N5242A

75-110 GHz WR-10 VDI 90-140 GHz WR-08 OML. 140-220 GHz WR-05 OML. 220-340 GHz WR-3.4 VDI 340-500 GHz WR-4.4 VDI

Teraview TPS Spectra 3000

Mitutoyo Hyper MF-U measuring microscope

X Y Z positioning unit


Metamateriales en microondas • Chessboard for RCS reduction

Working Bandwidth from 14.8GHz to 21.2GHz

Bandwitdh = 36.44 %

Chess

PEC

PEC

Metallic Plane

ChessBoard Structure

Power in Specular Direction

is Minimized RCS Reduction

Working Bandwidth from

9.4GHz to 18.8GHz

-10dB

Bandwitdh= 66.67 %


• Metamaterial based antenna for GPS/TT&C satellite applications

SourceGround Plane

Partially ReflectiveSurface

Height

ApertureField

Intensity

Position

SourceGround Plane

Partially ReflectiveSurface

Height

ApertureField

Intensity

Position

Computed vs measured directivity Computed vs measured Axial Ratio

-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

25

-90 -75 -60 -45 -30 -15 0 15 30 45 60 75 90Elevation [deg]

Direc

tivity

RHCP

[dBi]

Measured, Cut Phi= 0 deg.Predicted, Cut Phi= 0 deg.Specification

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

7.0

8.0

9.0

10.0

-30 -20 -10 0 10 20 30Elevation [deg]

Axial

Ratio

[dB]

Measured, Cut Phi= 0 deg.

Predicted, Cut Phi= 0 deg.

Specification

3,78GHz 4,12GHz

Frequency

Predicted Measured Predicted Measured Predicted Measured3700 20.51 19.80 17.86 17.00 0.53 1.113710 20.67 19.99 18.00 17.13 0.46 0.963720 20.80 20.18 18.11 17.27 0.41 0.843730 20.92 20.38 18.20 17.41 0.36 0.793740 21.01 20.53 18.26 17.53 0.34 0.693750 21.08 20.69 18.31 17.61 0.34 0.603760 21.14 20.83 18.33 17.67 0.39 0.583770 21.18 20.91 18.33 17.69 0.43 0.643780 21.21 21.00 18.32 17.68 0.48 0.64

3740 20.95 20.48 18.19 17.44 0.41 0.76

3740 20.51 19.80 17.86 17.00 0.53 1.11

RHCP Peak Direcivity Worst RHCP FoV* Directivity

Worst FoV* Axial Ratio

[dBi][dBi] [dB]

* FoV is ±8.9º

[MHz]

Average over the Channel Bandwidth

Worst over the Channel Bandwidth


EBG superstrate array antenna

Central Frequency

3.63 GHz and 4.1 GHz

Bandwidth 100 MHz

Gain over Coverage > 16.6 dB

Edge of Coverage 9º

Return Loss < -37.0 dB

Polarization RHCP & LHCP

Cross-polarization < -30.2 dB

Isolation > 25.0 dB

Power handling 10 Watt

Mass 870 g

Envelope 92 mm (< 1.0 λ)

GPS

TT&C


• Multi-Functional MTM Antenna

• A dual-frequency antenna placed between two meta-surfaces working at the two antenna bands.

• The design leads to a compact, multi-functional, dual-frequency antenna, which radiates at a different half-space at each frequency band

LOW-FREQUENCY BAND HIGH-FREQUENCY BAND



Metallic Core (0.8µm - 50µm)

Pyrex Coating (2µm - 15µm)

• Ferromagnetic microwires as sensors


FE-RICH WIRES FOR SELF-SENSING MATERIALS

(a) Resistance and (b) reactance of an Fe Si B wire of metallic

radius m for different elongation values.

Properties

Resonance frequecny function of the microwire elongation


GFO-UPV

Grupo de Fenómenos Ondulatorios Departamento de Ingeniería Electrónica

Universidad Politécnica de Valencia



Metamateriales en microondas • Capacidades GFO – UPV (1/1)

Banco de medida con VNA (<24 GHz)

Sistema automático de mapeado de campo eléctrico en 2D

Prototipado de dispositivos en aluminio y otros materiales

mediante CNC

Laboratorio de simulación EM y multifísico con software licenciado:

Comsol multiphysics

Ansys HFSS

Colaboración: UPM



Sensores de posición y frecuencia a partir de metamateriales

Estructuras de múltiples capas a base de

resonadores planos (SRR)

• Resultados GFO – UPV (1/3)

Colaboración: Naval Research Laboratory

(USA)

Detección por medidas de triangulación

Detección de la frecuencia de la fuente de radiación

(b) (a) (c)

50 mm 1

0


Metamateriales en microondas • Resultados GFO – UPV (2/3)

• Resonadores de alto factor de calidad • Régimen de gran longitud de onda (rext << λ)

• Eficiencia de transferencia hasta 70% • Transferencia sin contacto a distancias

moderadas (10 x tamaño del resonador) r

a-layers

z

θ

b-layers

da

db

rext

coaxial probe

Transferencia inalámbrica de potencia (Wireless Power Transfer)



Metamateriales con modos radiativos superficiales para absorción de energía

rext = 10.5mm 10 layers

Q = 8.9

rext = 8,5mm 8 layers Q = 12.3



da = db = 1 mm rint = 0.5mm

• Modos resonantes excitados en la superficie de los dispositivos

• Misma frecuencia de resonancia independiente del tamaño total del resonador

• Factores de calidad decrecientes en función del tamaño del resonador

fres = 3.34 GHz

• Resultados GFO – UPV (3/3)


GIC-UMA Departamento de Ingeniería de Comunicaciones

E.T.S. Ingeniería de Telecomunicación Universidad de Málaga

Departamento de Electromagnetismo y Teoría de Circuitos

E.T.S. Ingenieros de Telecomunicación Universidad Politécnica de Madrid




← Semi Automatic Probe Station SUMMIT 10000

• Capacidades GIC-UMA (1)

Manual Wire Bonder K&S 4526

← PNA-X N5247A (10 MHz – 67 GHz, 4-port)

http://www.uma.es/ficha.php?id=10474



↑ Sistema híbrido de mecanizado

fresadora / láser

Fresadoras micromecanizado

↓

• Capacidades GIC-UMA (2)



• Resultados GIC-UMA (1) Síntesis analítica de dispositivos de doble banda

Respuesta Chebyshev, binomial,...

Divisor 3dB (strip-line)



• Resultados GIC-UMA (2) Software para el diseño de superficies artificiales

Wire-medium Cross patches



• Resultados GIC-UMA (3)

Simulated and measured amplifier gains Fabricated MMIC photograph

* en colaboración con la Universidad de Roma ‘Tor Vergata’

Dual-band MMIC Distributed Amplifier*



• Resultados GIC-UMA (4)


Active GaN MMIC Diplexer*



• Resultados GIC-UMA (5) The Power Recycling Distributed Amplifier



• Resultados GIC-UMA (6) The Power Recycling Distributed Amplifier (monolithic*)




• Resultados GIC-UMA (7) CRLH waveguide-based beam-stearable array with state-of-the-art performance (1)



• Resultados GIC-UMA (8) CRLH waveguide-based beam-stearable

array with state-of-the-art performance (2)

Measured performance



• Resultados GIC-UMA (9) Wideband Microstrip-Fed Slot Radiating Element (1)



• Resultados GIC-UMA (10) Wideband Microstrip-Fed Slot Radiating Element (2)


CIMITEC-UAB

Centro de Investigación en Metamateriales para la Innovación en Tecnología Electrónica y de Comunicaciones

Departamento de Ingeniería Electrónica Universitat Autònoma de Barcelona




• Capacidades CIMITEC-UAB



TEM Cell: 9 KHz-2.7 GHz

Vector Signal Analyzer: 20 Hz-3.6 GHz

Vector Signal Generator: 100 KHz-3 GHz

Amplifier: 10 MHz-1 GHz

Load (50 Ω)

Analizadores de redes: • 4-port, hasta 13.5 GHz

• 2-port, hasta 50 GHz Caracterización antenas-RFID

Fabricación prototipos en PCB

Software diseño componentes

Agilent Advanced Design System

CST Microwave Studio

• Capacidades CIMITEC-UAB



• Resultados CIMITEC-UAB

0.5 1.0 1.5 2.0 2.5-50

-40

-30

-20

-10

0

S-pa

ram

eter

s (d

B)

Frequency (GHz)

S11 Measurement S21 Measurement S31 Measurement S41 Measurement S11 EM Simulation S21 EM Simulation S31 EM Simulation S41 EM Simulation

(b)

Componentes multibanda Filtros Bandas GSM

(900-1800 MHz)

Bandas GSM (900-1800MHz) y GPS (1176.45-1575.42 MHz)

Aplicación a georadares

Colaboración con



2 3 4-50

-40

-30

-20

-10

0

30V25V20V

15V

10V5V

0V

S(2,

1) (d

B)

Frequency (GHz)

DC DC

Alumina BST

Chrome

Gold

• Resultados CIMITEC-UAB Componentes reconfigurables

Resonadores cargados con varactores

Sustrato BST

MEMS

DCBA

ABCD

DCBA

ABCD

6 8 10 12 14-60

-40

-20

0

S 21(d

B)

Frequency (GHz)-30

-20

-10

0

S11 (dB)

Colaboración con

Colaboración con



• Resultados CIMITEC-UAB Antenas - RFID

Antenas Multibanda

Antenas banda dual para tags UHF-RFID

Bandas Bluetooth, IEEE 802.11y & IEEE 802.11a/b/g/n

0,86 0,88 0,90 0,92 0,94 0,96-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

|s|2 (d

B)

Frequency (GHz)

0,80 0,85 0,90 0,95 1,000

2

4

6

8

10

Measure

Simulation Simulation (with |s|2 correction)

Read

rang

e (m

)Frequency (GHz)

Antenas para tags UHF-RFID globales




RF-bar codes

Líneas MIW para Chipless µwave-RFID

00 10

Antenas - RFID




SRR∆yW

G

l1

l2c

SRR∆x

SRR y

backside strip

vias

SRR x

Port 1

Port 2

y

x

SRR∆i (i=x, y): displacement sensing resonatorSRR i (i=x, y): direction sensing resonator

Estructuras para sensores de alineamiento, posición, rotación…

Interés de

Sensores

Síntesis automatizada de componentes Síntesis de componentes mediante Agressive Space Mapping

Colaboración con

Interés de ASM


Metamateriales en milimétricas/THz

• Capacidades UPNA-CSM Teralab

• Caracterización de sustancias y materiales

• Medida de antenas, filtros, polarizadores…

• Imagen

• Aplicaciones: biomedicina, defensa,

comunicaciones…

ABmm MVNA:

• 40 – 1000 GHz

• Margen dinámico: 110 dB

BANCO CUASIÓPTICO

• Txón y Rxón

• Posicionador angular

• Posicionador X-Y



• Capacidades UPNA-CSM Teralab

• Caracterización de sustancias y materiales: muchos

compuestos y sustancias tienen picos de absorción en FIR, MIR

• Medida de filtros, polarizadores…

• Imagen

• Aplicaciones: biomedicina, defensa, comunicaciones…

Medidas criogénicas en FIR (THz)



• Capacidades

• Sistemas de Comunicaciones

• Redes de Sensores

Código de Simulación 3D RL

• Aproximación GTD-UTD

• Lanzado de Rayos 3D

• Reflexión/Refracción/Difracción

• Scattering Difuso

• Simulación de Sistema

• Posibilidad de Hibridación de

código 3D EM completo CLUSTER COMPUTACION

• Programación Distribuida

• 60 núcleos 2.66GHz

• 320 Gb RAM

• Conmutación Ethernet 1Gbps/160Gbps

• Escalable



• Resultados

• Respuesta muy selectiva en frecuencia

• Bajas pérdidas incluso en THz!!

• Sensores, filtros…



• Resultados

• Respuesta muy selectiva en

frecuencia

• Relación de extinción: 30dB

• Conversores de

polarización, sensores…

Conversión de polarización circular a polarización lineal



• Resultados

Conversión de polarización circular a polarización lineal

• Mayor anchura de banda

• Bajas pérdidas

• Sensores, filtros…



• Resultados

Pol. vertical: refracción negativa

Pol. horizontal: refracción positiva

• Prisma basado en

polarizadores apilados

• Separación de polarización en

ángulos positivos y negativos.



• Resultados

Angle (deg)

-80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80

Pow

er in

tens

ity

(dB)

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10Freq = 53.5 GHz E-Plane co

H-Plane coE-Plane xH-Plane x

• Adaptación perfecta al espacio libre

• Alta directividad

Diagrama de radiación

Freq = 53.5 GHz

Transversal displacement (mm)

-30 -20 -10 0 10 20 30

Tra

nsm

issi

on C

oeff

icie

nt (

a.u.

)

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0z = 35 mmz = 45 mmz = 50 mmz = 75 mm

16 mm

15.5 mm

16.5 mm

19 mm

Freq = 53.5 GHz

Transversal displacement (mm)

-30 -20 -10 0 10 20 30

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0z = 35 mmz = 45 mmz = 50 mmz = 75 mm

12 mm

11 mm

11.5 mm

12.5 mm

HPBW

Foco en 45mm



• Resultados

• Estructura “no-recíproca”

20 dB


Conclusiones

• Resultados


Metamateriales en milimétricas/THz • Capacidades UPNA_GA

DRIE NGP80 ICP65, SI3-1 with Bosch Si Etching

QUORUM Q150 TS Sputtering System

SUSS Labspin 6

Spin

SUSS MJB4 Mask Aligner

Teraview TPS Spectra 3000 Agilent PNA-X N5242A

and external heads

X Y Z positioning unit

SUBMM-WAVE IMAGING SYSTEMS

High degree of integration

Planar configuration Low coupling

Improved performances



• Sub-mm wave MTM imaging technology • 3D EBG Crystals suppress the propagation of radiation inside a certain

frequency range: – Reduced excitation of substrate modes – Reduced mutual coupling – Lower losses – Increased gain – Planar configuration

cavity

LO input

RF input

diode

IF output

C2



Complete EBG Mixer Circuit

Silicon Machined Waveguide

UMS Diode Pair

EBG backed double dipole

IF output

• Sub-mm wave MTM imaging technology

Sub-harmonic MTM mixer @ 220GHz

Waveguide MTM technology (220 and 100GHz)

Dual band dipole antenna on MTM

substrate (100GHz) 4 dipole antenna array

mixer (100GHz)

Horn antenna array integrated into the MTM structure



• Capacidades: Centro de Tecnología Nanofotónica (NTC) 1. Fabricación de metamateriales planares mono y multicapa sobre sustratos

rígidos y flexibles (litografía óptica) Resolución < 1 micra Superficie > 10x10 cm2

5 micras



• Capacidades: Centro de Tecnología Nanofotónica (NTC) 2. Caracterización de metamateriales planares en el THz: espectrómetro

FTIR con bolómetro de silicio Medidas de transmisión y reflexión (módulo)

Variación ángulo de incidencia > 500 GHz

Evaluación de firmas espectrales en el THz de cualquier tipo de material



• Capacidades: Centro de Tecnología Nanofotónica (NTC) 2. Caracterización de metamateriales planares en el THz: terahertz time-

domain spectroscopy (THz-TDS) Medidas de transmisión y reflexión (módulo y fase)

2 THz > f > 50 GHz

Setup de caracterización ÚNICO en España



• Resultados: Centro de Tecnología Nanofotónica (NTC) Diseño, fabricación y caracterización de metamateriales para control de la radiación en el THz (polarizadores, filtros, absorbedores, etc.)

Aplicación: detección de sustancias tales como explosivos o drogas

Absorción



• Resultados: Centro de Tecnología Nanofotónica (NTC) Diseño, fabricación y caracterización de metamateriales para control de la radiación en el THz (polarizadores, filtros, absorbedores, etc.)

Ejemplo: absorbedor a una determinada frecuencia de THz (grupo de Willie Padilla)


Metamateriales en fotónica

UPV-NTC

Centro de Tecnología Nanofotónica (www.ntc.upv.es) Universidad Politècnica de València

http://www.ntc.upv.es/



• Capacidades: sala limpia de 500 m2 con línea de micro-nanofabricación en silicio

Equipamiento de última generación para proceso sobre obleas de 6 pulgadas

– Litografía óptica y electrónica (hasta 10 nm de resolución con EB)

– Deposición de Polisilicio y dieléctricos – Deposición de metales – Deposición de Polímeros – Deposición de Semiconductores – Ataque y limpiezas químicas – Reactive Ion Etching / ICP – Rapid Thermal Annealing – Caracterización física (FMA)



Ejemplo de micro-nano-fabricación: metamateriales fotónicos en el IR



Ejemplo de micro-nano-fabricación: estructuras nanofotónicas en silicio



• Capacidades: diseño de metamateriales fotónicos

CST Microwave Studio

COMSOL

Sin capa Con capa



• Capacidades: caracterización de metamateriales fotónicos

FTIR

Medidas espaciales y no lineales a 1550 nm

Sistemas de caracterización avanzados de dispositivos nanofotónicos a 1550 nm: nanoposicionadores, láseres,

amplificadores, láseres pulsados (ps), moduladores, EO, analizador de redes vectorial todo-óptico.



• Resultados: 1. IR absorber 2. Filtros 3. Sensores 4. Óptica de transformación



1. IR absorber Se puede realizar un absorbedor independiente de la polarización y del ángulo de incidencia a cualquier longitud de onda Ejemplo: metamaterial con pico de absorción en el IR (hasta 1 micra detectores CMOS) En el visible muestra colores que cambian según la polarización y/o la dirección de incidencia



1. IR absorber

Red 2D de nanocruces/nanorods de oro sobre una delgada capa de sílice sobre

una capa de oro (reflector perfecto) Se puede implementar en Aluminio

(más barato) y sobre sustratos flexibles (polipropileno)



1. IR absorber Muestra fabricada: Nanorods dispuestos en forma de T rodeada por nanorods de distinto periodo y orientación

IR absorpt. dep. de

pol



2. Filtros

(a) Esquemático de un hole-array rodeado por un dieléctrico de bajo índice. (b) Resultados numéricos de transmisión (CST) a través de un array de agujeros

(curva continua roja) y a través de una película de oro sin agujeros (curva discontinua azul) para un grosor de dieléctrico d = 4 μm.

Una capa metálica delgada perforada por un array periódico de agujeros soporta picos d etransmisión controlados por la periodicidad de la red (fenómeno de transmisión extraordinaria) filtros ultra compactos en IR y visible

Mejora de prestaciones mediante diseño optimizado y stacking (colocación de varias capas no acopladas)



Periodo = 5 μm

En el IR (3-5, 8-12 micras) detección de gases tóxicos

2. Filtros

-Desventajas: transmisión relativamente baja, elevado ancho de banda

-Ventajas: posibilidad de arrays de NxN filtros en un solo paso de fabricación

(mismo grosor de la capa de metal)



3. Sensores

f

T

Funcionamiento básico de un sensor bioquímico basado en metamateriales fotónicos para detectar monocapas o nanopartículas de una determinada

naturaleza



(a) Desplazamiento frecuencial de la resonancia plasmónica antes y después de la funcionalización de la superficie de

oro y del sensado del analito. (b) Fotografía de microscopio electrónico

(SEM) de la muestra de nanocruces

500 - 700 nm/RIU

3. Sensores Sensado de una monocapa de COOH-terminated alkanethiol depositada sobre el metal



Funcionalización del silicio: el sensor es reusable (se calienta y se liberan las monocapas depositadas uso comercial)

Funcionalización +inmersión en vapor de Etilendiamina

SPR

3. Sensores



Evolución: integración de miles de sensores de metamateriales en un chip con técnicas de fabricación de bajo coste Lectura de cada sensor por separado: guiado de ondas, técnicas WDM inserción de sensores plasmónicos en chips nanofotónicos de silicio fabricados con tecnología CMOS

3. Sensores



4. Óptica de transformación

Diseño de una capa adaptadora para poder excitar plasmones de superficie sobre una superficie metálica mediante una onda plana

Permite el diseño de un dispositivo que controle la luz en la forma en que nosotros deseemos metamateriales a la carta Ejemplos: capas de invisibilidad, agujeros negros, superlentes, etc. Implementación práctica: quasi conformal mapping (nanoestructuración 3D de medios dieléctricos)



4. Óptica de transformación

Diseño 3D de un acoplador sin pérdidas desde aire a una guía nanofotónica



UPM

Grupo de Ingeniería Óptica Universidad Politécnica de Madrid


¿ Qué significa Perfect Imaging ?

Plano objeto

Plano Imagen

Airy Disk

L

L ≈ 0.3λ λ, longitud de onda de la radiación

Causa: Ondas evanescentes desde el plano objeto hasta el sistema óptico



¿Cómo obtener Perfect Imaging ?

x

y

ε=1 µ=1

ε=-1 µ=-1 ε=1

µ=1

Plano objeto

Plano Imagen

Materiales con refracción negativa. Recuperan las ondas evanescentes.

Estructuras de ondas guiadas. Materiales de índice gradual. No existencia de ondas evanescentes.



Perfect Imaging con una estructura de ondas guiadas

Medida una imagen de tamaño λ/10. Máxima resolución que se puede obtener con el mismo prototipo λ/25. Experimento realizado en microondas, actualmente preparando experimento para óptica.



Aplicaciones de los sistemas con Perfect Imaging

- Litografía para industria microelectrónica. - Microscopía óptica de alta resolución. - Instrumentación óptica para alta resolución



Metamateriales en Acústica • Capacidades GFO – UPV (1/1)

Mecanizado de piezas

Caracterización de vibraciones sin contacto

Medida de impedancias en tubo y en cámara 2D

Laboratorio de simulación Acústica y visco-elasticidad software licenciado:

COMSOL multiphysics

Impresora 3D


Metamateriales en Acústica

Estructuras de cilindros microperforados para atenuación de ruido

• Diseño de barreras acústicas adaptadas a frentes de ruido

Atenuación de ruido en función de la frecuencia y su comparación con una barrera de hormigón

Ventajas de la nueva tecnología: • Permiten el paso del aire (baja o nula cimentación) • Son parcialmente transparentes al paso de luz (en contraste con las barreras de hormigón) • Altamente estéticas (apropiadas para entornos urbanos) • Diseño ajustable a frentes de ruido originado por maquinaria pesada


Metamateriales en acústica • Estructuras para la absorción acústica omnidireccional

Estructura para guiado y disipación del sonido (agujero negro acústico)

Qα =1

∆υ

α υ( )dυυ i

υ f∫ %0.591 =NQ %6.79=BHQ

Factor de calidad: Núcleo: Núcleo+Capa (Agujero Negro):

Coe

ficie

nte

de a

bsor

ción

α(ν

)


Metamateriales en Acústica • Determinadas vibraciones pueden ser absorbidas en regiones

espaciales delimitadas (Agujero negro elástico)

• Determinadas vibraciones pueden ser desviadas de regiones espaciales delimitadas (Anti Agujero negro elástico)


Metamateriales en Acústica • Diseño de dispositivos para la invisibilidad acústica

Estructura para ocultar una esfera a 8.55 KHz

Sonido objeto Pantalla


Metamateriales en Acústica • Diseño de dispositivos para la invisibilidad acústica

Características de las estructuras de invisibilidad acústica diseñadas hasta ahora: • Son dependientes de los objetos para los han sido diseñados • Funcionan en un rango de frecuencias muy reducido • Funcionan para frentes de sonido provenientes de una única dirección

Retos para el futuro: • Diseñarla para que sean independiente de la geometría de los objetos que ocultan • Diseñarlos con un mayor ancho de banda • Diseñarlos para que sean omnidireccionales • Diseñarlos para que sean sumergibles y funcionen bajo el agua


Discusión, ejemplos, ruegos y preguntas

Workshop Industrial, Madrid, Diciembre...

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