Category Archives: ФОП.16.01

Мэмс планарный фазовращатель Kа-диапазона на подложке с высокой диэлектрической проницаемостью / Ka-Band MEMS Planar Phase Shifthers Using High Dielectric Constant Substrate

Абдель Азиз А. / Abdel, Aziz A.
Университет Ватерлоо / University of Waterloo
Абделлатиф А.С. / Abdellatif, A. S.
Университет Ватерлоо / University of Waterloo
Гигоян С. / Gigoyan, S.
Ереванский государственный университет / Institute of Radiophysics and Electronics NAS RA
Итуах С. / Ituah, S.
Университет Ватерлоо / University of Waterloo
Мартиросян Р.М. / Martirossyan, R. M.
Ереванский государственный университет / Institute of Radiophysics and Electronics NAS RA
Мансур Р. / Mansour, R.
Университет Ватерлоо / University of Waterloo
Сафави-Наеини С. / Safavi-Naeini, S.
Университет Ватерлоо / University of Waterloo
Выпуск в базе РИНЦ
DOI: 10.25210/jfop-1601-036041

Абдель Азиз А., Абделлатиф А.С., Гигоян С., Итуах С., Мартиросян Р.М., Мансур Р., Сафави-Наеини С. Мэмс планарный фазовращатель Kа-диапазона на подложке с высокой диэлектрической проницаемостью // Физические основы приборостроения. 2016. Т. 5. № 1(18). С. 36–41.
Abdel, Aziz A., Abdellatif, A. S., Gigoyan, S., Ituah, S., Martirossyan, R. M., Mansour, R., Safavi-Naeini, S. Ka-Band MEMS Planar Phase Shifthers Using High Dielectric Constant Substrate // Physical Bases of Instrumentation. 2016. Vol. 5. No. 1(18). P. 36–41.


Аннотация: Разработана новая техника реализации планарных миниатюрных фазовращателей с управляемыми линиями задержки, выполненных по технологии микроэлектромеханических систем (МЭМС). Предложенный компактный фазовращатель с малыми потерями основан на копланарном волноводе (КПВ) Ka диапазона частот, выполненном на подложке с высокой диэлектрической проницаемостью ( εr =100), где сигнальный электрод подвешен над подложкой. Благодаря высокой диэлектрической проницаемости воздушный зазор величиной 1.2 нм между сигнальной линией и подложкой подвешенного КПВ приводит к значительному погонному фазовому сдвигу с малыми вариациями вводимых потерь. Так на длине подвешенного КПВ 0.8 мм в окрестности 35 ГГц достигается фазовый сдвиг 61° с пульсацией уровня вносимых потерь не более 0.5 дБ. Продемонстрировано каскадное соединение четырех ступеней фазовращателей с измеренным значением общего фазового сдвига 250°.

Abstract: A novel technique for implementing planar time delay miniature MEMS phase shifters has been developed and tested. The proposed compact and low-loss phase shifter is based on a CPW line with a suspended signal line fabricated on a high dielectric constant substrate ( εr =100) and operating in the Ka-band frequency range. An air gap of 1.2 µm between the suspended CPW signal line and its substrate yields a relatively large phase shift with limited variations in the insertion loss in a small area due to the high dielectric constant. For a suspended length of 0.8 mm, a phase shift of 61° is realized with a 0.5 dB loss variation in the vicinity of 35 GHz. A cascade of four stages with a measured phase shift of 250° is demonstrated.

Ключевые слова: плоский фазовращатель, BLT керамика, миллиметровые волны, Coplanar waveguide (CPW), planar phase shifter, BLT ceramic, плоский фазовращатель


Литература / References
  1. Franc, A. -L., Karabey, O. H., Rehder, G., Pistono, E., Jakoby, R., and Ferrari, P. Compact and Broadband Millimeter-Wave Electrically Tunable Phase Shifter Combining Slow-Wave Effect with Liquid Crystal Technology. // IEEE Trans. Microwave Theory & Tech., Vol. 61, no. 11, pp. 3905-3915, November 2013
  2. Abdellatif, A. S., Faraji-Dana, M., Ranjkesh, N., Taeb, A., Fahimnia, M., Gigoyan, S., and Safavi-Naeini, S. Low Loss, Wideband, and Compact CPW-Based Phase Shifter for Millimeter-Wave Applications. // IEEE Trans. Microwave Theory & Tech. Vol. 62. No. 12. P. 3403-3413, December 2014
  3. Vélu, G., Blary, K., Burgnies, L., Carru, J. C., Delos, E., Marteau, A., and Lippens, D. A 310/3.6-dB K-Band Phase Shifter Using Paraelectric BST Thin Films. // IEEE Microwave and Wireless Components Letters. 2006. Vol. 16. No. 2. P. 87-89.
  4. Kim, S.Y., Kang, D. -W., Koh, K. -J., and Rebeiz, G. M. An Improved Wideband All-Pass I/Q Network for Millimeter-Wave Phase Shifters. // IEEE Trans. Microwave Theory & Tech., Vol. 60, no. 11, pp. 3431-3439, November 2012.
  5. Perruisseau-Carrier, J., Topalli, K., and Akin, T. Low-Loss Ku-Band Artificial Transmission Line with MEMS Tuning Capability. // IEEE Microwave Wireless Components Lett. June 2009. Vol. 19. No. 6. P. 377-379.
  6. Bakri-Kassem, M., Masnour, R., and Safavi-Naeini, S. Novel Millimeter-Wave Phase Shifter Using MEMS Technology. // Proc. European Microwave Conf. October 2011. P. 1079-1082.
  7. Weller, B., Weller, T.M. Optimization and Implementa-tion of Impedance-Matched True-Time-Delay Phase Shifters on Quartz Substrate. // IEEE Trans. Microwave Theory & Tech. February 2007. Vol. 55. No. 2. P. 335-342.
  8. Palego, C., Ning, Y., Gholizadeh, V., Luo, X., Hwang, J. C. M., and Goldsmith, C.L. Compact, Wideband, Low-Dispersion, Metamaterial-Based MEMS Technology. // Proc. European Microwave Conf. October 2011. P. 1079-1082.
  9. Weller, B., Weller, T.M. Optimization and Implementa-Tion of Impedance-Matched True-Time-Delay Phase Shifters on Quartz Substrate. // IEEE Trans. Microwave Theory & Tech. February 2007. Vol. 55. No. 2. P. 335-342.
  10. Palego, C., Ning, Y., Gholizadeh, V., Luo, X., Hwang, J.C.M., Goldsmith, C.L. Compact, Wideband, Low-Dispersion, Metamaterial-Based MEMS Phase Shifters. // IEEE MTT-S International Microwave Symposium (IMS). 1-6 June 2014. Tampa. FL. P. 1-4.

Маркеры оптической частоты на основе наноячеек с парами щелочных металлов / Optical Frequency References Based on Alkali Metal Vapor Nanocells

Папоян А. В. / Papoyan, A. V.
Институт физических исследований НАН РА / RUS Институт физических исследований НАН РА
Саркисян Д. Г. / Sarkisyan, D. H.
Институт физических исследований НАН РА / RUS Институт физических исследований НАН РА
Выпуск в базе РИНЦ
DOI: 10.25210/jfop-1601-042049

Папоян А. В., Саркисян Д. Г. Маркеры оптической частоты на основе наноячеек с парами щелочных металлов // Физические основы приборостроения. 2016. Т. 5. № 1(18). С. 42–49.
Papoyan, A. V., Sarkisyan, D. H. Optical Frequency References Based on Alkali Metal Vapor Nanocells // Physical Bases of Instrumentation. 2016. Vol. 5. No. 1(18). P. 42–49.


Аннотация: Продемонстрирована работа маркера частот атомных оптических переходов, основанного на спектре пропускания ячейки нанометровой толщины с парами щелочных металлов. Проведено сравнение предложенного метода с широко используемой техникой насыщенного поглощения. Экспериментально продемонстрирован ряд преимуществ метода формирования узких резонансов в наноячейке, в частности: отсутствие перекрестных резонансов, соответствие зарегистрированных амплитуд атомных прерходов силам осциллятора, однопроходный режим работы с использованием маломощного лазера. Показана возможность перестройки частоты маркера при помещении наноячейки во внешнее магнитное поле.

Abstract: Operation of a frequency reference for atomic optical transitions based on transmission spectrum of an alkali metal vapor cell of nanometric thickness is demonstrated. The proposed method is compared with conventionally used saturated absorption technique. Advantages of formation of narrow resonances in nanocells are experimentally demonstrated, in particular: absence of crossover resonances; correspondence of recorded amplitudes of atomic transitions to their oscillator strengths; single-passage operation regime with the use of a low-power laser. A possibility to tune the frequency reference by placing the nanocell in external magnetic field is shown.

Ключевые слова: частотный репер, атомарные пары, атомные переходы, допплеровская ширина, лазерная спектроскопия, магнитное поле, optical resonance, frequency reference, atomic vapor, atomic transitions, Doppler width, laser spectroscopy, частотный репер


Литература / References
  1. Todorov, P., Slavov, D., Vaseva, K., Taslakov, M., Cartaleva, S., and Saltiel, S. High-Resolution Spectroscopy of a Cesium-Vapor Layer with Micrometric Thickness for the Development of Frequency Reference // Physica Scripta. 2012. Vol. 149. P. 014014.
  2. Fleischhauer, M., Imamoglu, A., and Marangos, J.P. Electromagnetically Induced Transparency: Optics in Coherent Media // Rev. Mod. Phys. 2005. Vol. 77. P. 633.
  3. Sarkisyan, D., Bloch, D., Papoyan, A., and Ducloy, M. Sub-Doppler Spectroscopy by Sub-Micron Thin Cs Vapour Layer // Opt. Commun. 2001. Vol. 200. P. 201.
  4. Dutier, G., Yarovitski, A., Saltiel, S., Papoyan, A., Sarkisyan, D., Bloch, D., and Ducloy, M. Collapse and Revival of a Dicke-Type Coherent Narrowing in a Sub-Micron Thick Vapor Cell Transmission Spectroscopy // Europhys. Lett. 2003. Vol. 63. P. 35.
  5. Sarkisyan, D., Varzhapetyan, T., Sarkisyan, A., Malakyan, Yu., Papoyan, A., Lezama, A., Bloch, D., and Ducloy, M. Spectroscopy in an Extremely Thin Vapor Cell: Comparing the Cell-Length Dependence in Fluorescence and in Absorption Techniques // Phys. Rev. A. 2004. Vol. 69. P. 065802.
  6. Sargsyan, A., Sarkisyan, D., Papoyan, A., Pashayan-Leroy, Y., Moroshkin, P., Weis, A., Khanbekyan, A., Mariotti, E., and Moi, L. Saturated Absorption Spectroscopy: Elimination of Crossover Resonances with the Use of a Nanocell // Laser Phys. 2008. Vol. 18. P. 749.
  7. Sargsyan, A., Hakhumyan, G., Papoyan, A., Sarkisyan, D., Atvars, A., and Auzinsh, M. A Novel Approach to Quantitative Spectroscopy of Atoms in a Magnetic Field and Applications Based on an Atomic Vapor Cell with L= λ // Appl. Phys. Lett. 2008. Vol. 93. P. 021119.
  8. Cartaleva, S., Saltier, S., Sargsyan, A., Sarkisyan, D., Slavov, D., Todorov, P., and Vaseva, K. Sub-Doppler Spectroscopy of Cesium Vapor Layers with Nanometric and Micrometric Thickness // J. Opt. Soc. Am. B. 2009. Vol. 26. P. 1999.
  9. Keaveney, J., Sargsyan, A., Krohn, U., Sarkisyan, D., Hughes, I.G., and Adams, C.S. Cooperative Lamb Shift in an Atomic Vapor Layer of Nanometer Thickness // Phys. Rev. Lett. 2012. Vol. 108. P. 173601.
  10. Happer, W. Optical Pumping // Rev. Modern Phys. 1972. Vol. 44. P. 169.
  11. Александров Е. Б., Хвостенко Г. И., Чайка М. П. Интерференция атомных состояний / М.: Наука, 1991. 254 c.
  12. Sargsyan, A., Hakhumyan, G., Leroy, C., Pashayan-Leroy, Y., Papoyan, A., and Sarkisyan, D. Hyperfine Paschen-Back Regime Realized in Rb Nanocell // Opt. Lett. 2012. Vol. 37. P. 1379.
  13. Саргсян А., Ахумян Г., Мирзоян Р., Саркисян Д. Исследование атомных переходов цезия в сильных магнитных полях с помощью ячейки с толщиной в полoвину длины волны света // Письма в ЖЭТФ. 2013. Т. 98, C. 499.
  14. Sargsyan, A., Tonoyan, A., Mirzoyan, R., Sarkisyan, D., Wojciechowski, A., and Gawlik, W. Revision of Saturated-Absorption Spectroscopy: Implementation for Atomic Transitions Study in Strong Magnetic Fields (> 20 mT) // Opt. Lett. 2014. Vol. 39. P. 2270.
  15. Whittaker, K.A., Keaveney, J., Hughes, I.G., Sargysyan, A., Sarkisyan, D, Gmeiner, B., Sandoghdar, V., and Adams, C.S. Interrogation and Fabrication of nm Scale Hot Alkali Vapour Cells // Journal of Physics: Conference Series. 2015. Vol. 635. P. 122006.

Аналитическое описание различных кольцевых поверхностно-плазмонных микрорезонаторов / Analytic Description of Various Ring Type Surface Plasmon Microresonators

Ароян О. С. / Haroyan, H. S.
Ереванский государственный университет / Yerevan State University
Неркарарян Х. В. / Nerkararyan, Kh.V.
Ереванский государственный университет / Yerevan State University
Выпуск в базе РИНЦ
DOI: 10.25210/jfop-1601-050063

Ароян О. С., Неркарарян Х. В. Аналитическое описание различных кольцевых поверхностно-плазмонных микрорезонаторов // Физические основы приборостроения. 2016. Т. 5. № 1(18). С. 50–63.
Haroyan, H. S., Nerkararyan, Kh.V. Analytic Description of Various Ring Type Surface Plasmon Microresonators // Physical Bases of Instrumentation. 2016. Vol. 5. No. 1(18). P. 50–63.


Аннотация: Рассматривается формирование поверхностных плазмон-поляритоных (ППП) мод в различных структурах кольцевого типа: цилиндрических, выпуклых цилиндрических, кольцевых V-образных (клиновидных), а также тороидальных микрорезонаторах. Развитая теоретическая модель позволяет аналитически определить выражения для распределения полей, резонансные частоты, а также излучательные и диссипативные части добротности структур в широком диапазоне длин волн. Полученные результаты могут служить практической рекомендацией для создания ППП микрорезонаторов с требуемыми параметрами и субволновой локализацией волновых полей в поперечном сечении.

Abstract: We consider the formation of the surface plasmon polariton (SPP) mode in different ring type structures, such as cylinder, convex cylinder, ringtype and V-groove microresonators. Developed theoretical model allows analytically calculate the closed-form expressions for the mode field distributions, resonant frequency, as well as the radiation and dissipative parts of quality factor Q of the structures in a broad wavelength range. The developed theoretical model can serve as a practical guide to design of various types of SPP microcavities with sub-wavelength nanoscale confinement.

Ключевые слова: цилиндрический микрорезонатор, коэффициент Парселла, нанофокусировка, Surface plasmon polariton, ring tipe cavity, Purcell factor, Q-factor, subwavelength localization, цилиндрический микрорезонатор


Литература / References
  1. Djordjev, K. Choi, S. J. And Dapkus, P. D. Microdisk Tunable Resonant Filters and Switches // IEEE Photon. Technol. Lett. 2002. Vol. 14. P. 828-830.
  2. Chu, S. T., Little, B. E., Pan, W., Kaneko, T., Sato, S. And Kokubun, Y. An Eight-Channel Add-Drop Filter Using Vertically Coupled Microring Resonators Over a Cross Grid // IEEE Photon. Technol. Lett. 1999, Vol. 11. P. 691-693.
  3. Almeida, V.R., Barrios, C.A., Panepucci, R. R., and Lipson, M. All-Optical Control of Light on a Silicon Chip // Nature 2004. Vol. 431. P. 1081-1084.
  4. Del’Haye, P., Schliesser, A., Arcizet, O., Wilken, T., Holzwarth, R., and Kippenberg, T. J. Optical Frequency Comb Generation From a Monolithic Microresonator // Nature 2007. Vol. 450. P. 1214-1217.
  5. Armani, A. M., Kulkarni, R. P., Fraser, S. E., Flagan, R. C., and Vahala, K. J. Label-Free, Single-Molecule Detection with Optical Microcavities // Science 2007. Vol. 317. P. 783-787.
  6. Sandoghdar, V., Treussart, F., Hare, J., Lefevre-Seguin, V., Raimond, J.-M., and Haroche, S. Very Low Threshold Whispering-Gallery-Mode Microsphere Laser. // Phys. Rev. A 1996. Vol. 54. P. R1777.
  7. Von Klitzing, W., Jahier, E., Long, R., Lissillour, F., Lefevre-Seguin, V., Hare, J., Raimond, J. – M., and Haroche, S. Very Low Threshold Green Lasing in Microspheres by up-Conversion of IR Photons // J. Opt. B 2000. Vol. 2. P. 204-206.
  8. Cai, M. Painter, O., and Vahala, K. J. Highly Efficient Hybrid Fiber Taper Coupled Microsphere Laser// Opt. Lett. 2000. Vol. 25. P. 1430-1432.
  9. Michler, P., Kiraz, A., Becher, C., Schoenfeld, W. V., Petroff, P. M., Zhang, L., Hu, E., and Imamoglu, A. A Quantum Dot Single Photon Turnstile Device. // Science 2000. Vol. 290. P. 2282-2285.
  10. McKeever, J., Boca, A., Boozer, A. D., Miller, R., Buck, J. R., Kuzmich, A., and Kimble, H. J. Deterministic Generation of Single Photons From One Atom Trapped in a Cavity // Science 2004. Vol. 303. P. 1992-1994.
  11. Hijlkema, M., Weber, B., Holger, Specht, P., Webster, C., Kuhn, A., and Rempe, G. A Single-Photon Server with Just One Atom // Nat. Phys. 2007. Vol. 3. P. 253-255.
  12. Boozer, A. D., Boca, A., Miller, R., Northup, T. E., and Kimble, H. J. Reversible State Transfer Between Light and a Single Trapped Atom // Phys. Rev. Lett. 2007. Vol. 98. P. 193601.
  13. Wilk, T., Webster, S. C., Kuhn, A., and Rempe, G. Single-Atom Single-Photon Quantum Interface // Science 2007. Vol. 317. P. 488-490.
  14. Kippenberg, T. J., Spillane, S. M., and Vahala, K. J. Demonstration of Ultra-High-Q Small Mode Volume Toroid Microcavities on a Chip // Appl. Phys. Lett. 2004. Vol. 85. P. 6113-6115.
  15. Bozhevolnyi, S. I. Plasmonic Nanoguides and Circuits. Singapore: Pan Stanford Publishing, 2008.
  16. Gramotnev, D. K., Bozhevolnyi, S. I. Plasmonics Beyond the Diffraction Limit // Nat. Photon. 2010. Vol. 4. P. 83-91.
  17. Economou, E. N. Surface Plasmons in Thin Films // Phys. Rev. 1969. Vol. 182 P. 539-554.
  18. Bozhevolnyi, S. I. Effective-Index Modeling of Channel Plasmon Polaritons // Opt. Express. 2006. Vol. 14. P. 9467-9476.
  19. Ambati, M., Nam, S.H., Ulin-Avila, E., Genov, D.A., Bartal, G., and Zhang, X. Observation of Stimulated Emission of Surface Plasmon Polaritons // Nano Lett. 2008. Vol. 8. P. 3998-4001.
  20. Hill, M.T. Oei, Y.S., Smalbrugge, B., Zhu, Y., De Vries, T., VanVeldhoven, P.J., Van Otten, F.W., Eijkemans, T.J. Turkiewicz, J.P., DeWaardt, H., Geluk, E.J., Kwon, S.H., Lee, Y.H., Notzel, R., and Smit, M.K. Lasing in Metallic-Coated Nanocavities // Nat. Photon. 2007. Vol. 1. P. 589-594.
  21. Bergman, D.J., Stockman, M.I. Surface Plasmon Amplification by Stimulated Emission of Radiation: Quantum Generation of Coherent Surface Plasmons in Nanosystems // Phys. Rev. Lett. 2003. Vol. 90. P. 027402.
  22. Li, K. Li, X., Stockman, M. I., and Bergman, D. J. Surface Plasmon Amplification by Stimulated Emission in Nanolenses // Phys Phys. Rev. B. 2005 Vol. 71. P. 115409-1-5.
  23. Zimmler, M.A., Bao, J., Capasso, F., Muller, S., and Ronning, C. Laser Action in Nanowires: Observation of the Transition From Amplified Spontaneous Emission to Laser Oscillation // Appl. Phys. Lett. 2008. Vol. 93. P. 051101.
  24. Oulton, R.F., Sorger, V.J., Zentgraf, T. Ma, Gladden, R.M., C. Dai, L., Bartal, G., and Zhang, X. Plasmon Lasers at Deep Subwavelength Scale // Nature 2009. Vol. 461. P. 629-632.
  25. Johnson J. C., Choi H.-J., Knutsen K. P., Schaller R. D., Yang P., and Saykally R. J. Single Gallium Nitride Nanowire Lasers. // Nat. Mater. 2002. Vol. 1. P. 106-110.
  26. Landau, L.D., Lifschitz, E.M. Quantum Mechanics: Nonrealistic Theory. Oxford: Butterworth Heinmann, 1997.
  27. Zhan, Q. Cylindrical Vector Beams: From Mathematical Concepts to Applications // Adv. Opt. Photon. 2009. Vol. 1. P. 1-57.
  28. Ma, R., Oulton, R.F., Sorger, V. J., and Zhang, X. Plasmon Lasers: Coherent Light Source at Molecular Scale // Laser Photonics Rev. 2013. Vol. 7. P. 1-23.
  29. Johnson, P. B., Christy, R. W. Optical Constants of the Noble Metals // Phys. Rev. B. 1972. Vol. 6. P. 4370-4379.
  30. Purcell, E. M Spontaneous Emission Probabilities at Radio Frequencies // Phys. Rev. 1946. Vol. 69. P. 681.