Design of compact low pass filter with wide stop band using tri-section stepped impedance resonator

This paper reports the design of a compact low pass filter (LPF) with wide stop band region using trisection stepped impedance resonators in microstrip medium. Experimental results of a low pass filter designed at 1 GHz have been compared against the analytical and EM simulation results for the validation of the design. Results are satisfactorily matching each other. The maximum insertion of the measured filter is 0.2 dB and minimum return loss is 13.5 dB over the pass band. The stop band rejection is better than 20 dB from 1.5 GHz to 4.2 GHz and hence wide stop band performance is achieved. Overall size of the filter is 30 mm x 20 mm x 0.78 mm which is 0.1 lambda x 0.066 lambda. x 0.0026 lambda at 1 GHz. (C) 2011 Elsevier GmbH. All rights reserved.

Comparison of Electromagnetic Band Gap and Split-Ring Resonator Microstrip Lines as Stop Band Structures

In this paper, microstrip lines magnetically coupled to splitring resonators (SRRs) are conquved to electromagnetic bundgup (EBG) nr,rrostrip lines in terns q/ their stop-heard penjbrnmrnce and dimensions. In bath types o/ trunsmis•siou lines, signal propagation is inhibited in it certain jequency bwuL For EBG microstrip lines, the central frequency of such a forbidden band is determined by the period of the structure, whereas in SRR-hased microstrip lines the position of the frequency gap depends on the quasi-static resonant frequency of the rings. The main relevant conrributiun of this paper is to provide a tuning procedure to control the gap width in SRR microstrip lines, and to show that by using SRRs, device dimensions ale much smaller than those required by EBGs in order to obtain similar stop-banal performance. This has been demonstrated by fill-wave electromagnetic simulations and experimentally verified from the characterization ql two fabricated microstrip lines: one with rectangular SRRs etched on the upper substrate side, and the other with a periodic perturbation cf'strip width. For similar rejection and 1-(;H,. gap width centered at 4.5 Gllz, it has been found that the SRR microstrip line is•,fve times shorter. In addition, no ripple is appreciable in the allowed band for the .SRR-hared structure, whereas due to dispersion, certain mismatch is expected in the EBG prototype. Due to the high-frequency selectivity, controllable gap width, and small dimensions, it is believed that SRR coupled to planar transmission lines can have an actual impact on the design of stop-band filters compatible with planar technology, and can be an alternative to present solutions based on distributed approaches or EBG

Analysis of single and multiple, non-permanent, tunable, birefringent spectral holes in a fibre-Bragg grating stop-band produced via uniaxial pressure

We present an experimental and numerical study of transversely loaded uniform fibre-Bragg gratings. A novel loading configuration is described, producing pressure-induced spectral holes in an initially strong uniform grating. The birefringence properties of these gratings are analysed. It is shown that the frequency splitting of the two spectral holes, corresponding to two orthogonal polarisation states, can be adjusted precisely using this loading configuration. We finally demonstrate a new and simple scheme to induce multiple spectral holes in the stop-band. © 2003 Elsevier Science B.V. All rights reserved.

Analysis And Design Of Two Layered Ultra Wide Band Filter

Design of an Ultra Wide Band (UWB) filter over 3.1 GHz to 10.6 GHz using broad side coupled and spur lines in microstrip medium suitable for UWB communications has been presented in this paper. Parameters of broad side coupled lines have been appropriately chosen to achieve ultra wide band response. Spur lines have been incorporated at the input and output feed lines of the filter to improve the stop band rejection characteristics of the filter. Filter has been analyzed based on circuit models and full wave simulations. Experimental results of the filter designed using the proposed structure has been verified against the results obtained from circuit models and full wave simulations. The results match satisfactorily. Stop band rejection of better than 20 dB was obtained over the frequencies of 13 GHz to 18.2 GHz. Overall size of the filter is 40 x 18 x 0.787 mm(3).

Dual band(WLAN & WiMAX) suppressed harmonic microstrip filter with perturbed ground

Design of a dual band pass filter employing microstrip line with defected ground is presented in this paper. A dual band filter at 2.45GHz and 3.5GHz (covering WLAN and WiMAX) with 6% bandwidth has been designed at each frequency. Apertures in ground plane were used to improve the stop band rejection characteristics and coupling levels in the filter. Measured results of the experimental filter were compared against the simulation results for the purpose of validation.

Novel Mach-Zehnder interferometer structure for tunable optical interleaver

A novel optical interleaver scheme based on nested optical glass pairs is proposed. The assembly of pairs behaves as a cascaded Mach-Zehnder interferometer. The interleaver, with simple structure, low cost, and compact size, can be easily implemented with inexpensive material and mature preparation technology. Small channel spacing (<= 50 GHz), high isolation (<-30 dB), a wide, flat passband and stop band (> 2/11 period), and center-frequency tunability can be obtained simultaneously. An optimum design of a 50-GHz tunable interleaver based on this structure is given as an example. Its environmental temperature sensitivity and fabrication tolerance are also analyzed. (c) 2006 Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers.

Photonics and lasing in liquid crystal materials

Owing to fundamental reasons of symmetry, liquid crystals are soft materials. This softness allows long length-scales, large susceptibilities and the existence of modulated phases, which respond readily to external fields. Liquid crystals with such phases are tunable, self-assembled, photonic band gap materials; they offer exciting opportunities both in basic science and in technology. Since the density of photon states is suppressed in the stop band and is enhanced at the band edges, these materials may be used as switchable filters or as mirrorless lasers. Disordered periodic liquid crystal structures can show random lasing. We highlight recent advances in this rapidly growing area, and discuss future prospects in emerging liquid crystal materials. Liquid crystal elastomers and orientationally ordered nanoparticle assemblies are of particular interest. © 2006 The Royal Society.

Demodulation as probabilistic inference

Demodulation is an ill-posed problem whenever both carrier and envelope signals are broadband and unknown. Here, we approach this problem using the methods of probabilistic inference. The new approach, called Probabilistic Amplitude Demodulation (PAD), is computationally challenging but improves on existing methods in a number of ways. By contrast to previous approaches to demodulation, it satisfies five key desiderata: PAD has soft constraints because it is probabilistic; PAD is able to automatically adjust to the signal because it learns parameters; PAD is user-steerable because the solution can be shaped by user-specific prior information; PAD is robust to broad-band noise because this is modeled explicitly; and PAD's solution is self-consistent, empirically satisfying a Carrier Identity property. Furthermore, the probabilistic view naturally encompasses noise and uncertainty, allowing PAD to cope with missing data and return error bars on carrier and envelope estimates. Finally, we show that when PAD is applied to a bandpass-filtered signal, the stop-band energy of the inferred carrier is minimal, making PAD well-suited to sub-band demodulation. © 2006 IEEE.

Mode splitting in photoluminescence spectra of a quantum-dot-embedded microcavity

A microcavity structure, containing self-assembled InGaAs quantum dots, is studied by angle-resolved photoluminescence (PL) spectroscopy. A doublet with the splitting energy of 0.5-1.5 nm appears when the detection angle is larger than 35degrees. This doublet is identified as mode splitting (not the Rabi splitting) by polarization measurements. We find that it is the considerable deviation of the cavity-mode frequency from the central frequency of the stop band that makes the TE and TM cavity modes split more discernibly. The inhomogeneous broadening of quantum dots gives the TE and TM cavity modes a chance to show up simultaneously in the PL spectra. (C) 2003 American Institute of Physics.

A reversibly tunable colloidal photonic crystal via the infiltrated solvent liquid-solid phase transition

A reversibly tunable colloidal photonic crystal between two stop bands was realized by a liquid-solid phase transition of liquid infiltrated into the air voids of silica opals. The difference of the peak wavelengths of the two stop bands was dependent on the diameter of the silica opals and the difference of the refractive index of the filled solvent between the solid and liquid state. The reversibly tunable photonic crystals have good stability and reproducibility.

Reversibly strain-tunable elastomeric photonic crystals

Reversibly strain-tunable polymeric photonic crystals made of thermoplastic polyester elastomer (TPEE) were fabricated by using the self-assembled silica opals as templates. The stop band of the polymeric photonic crystal locates at the near infrared (IR) regime in its transmission spectrum, and exhibits a blue shift with the increase of the incident angle. Because of the elasticity of the TPEE, the stop band of the TPEE photonic crystal can also be reversibly tuned at ambient temperature through to and fro uniaxially or biaxially stretching and recovering by changing the lattice spacing and the symmetry of the crystal along (1 1 1) plane.

Tunable photonic crystals by mixed liquids

Tunable photonic crystals were prepared by infiltrating mixed liquids into the voids of silica opals. The stop bands of the tunable photonic crystals were continuously tuned by changing the relative refraction index contrast n(mix)/ns(pheres) of the spheres and the mixed liquids by varying the volume fraction of the component of the mixed liquids. The peak wavelengths of the stop band have a red shift as the refractive index of the mixed liquids increases. The transmittance at the stop band decreases with the increase of the refractive index contrast n(mix)/n(spheres). The larger the diameter of silica opals is, the wider the tunable range of the stop band is. The position and transmittance of the peak wavelength obtained by the photonic band calculations agreed very well with the experimental data.

Microcavity effects on emissive color and electroluminescent performance in organic light-emitting diodes

Microcavity organic light-emitting diodes having a top metal mirror and a bottom dielectric mirror, which was distributed Bragg reflectors (DBR) fabricated by using TiO2-SiO2 alternative dielectric multilayer with a central stop-band and two sub-stop-bands, were fabricated. In the devices, the active layers consisted of a hole-transporting layer N,N'-di(naphthalene-1-yl)-N,N'-diphenylbenzidine (NPB) and an electron- transporting/emitting layer tris(8-hydroxy-quinoline) aluminum (Alq(3)). The relationship of the electroluminescent (EL) spectrum and efficiency with the thickness of the active layer and metal layer was studied. It was found that the EL emissive color did not strongly depend on the thickness of the organic layer and metal layer, which was attributed to the excellent photon confinement role of the narrow stop-band of the used dielectric mirror. Thus, high efficiency microcavity organic light-emitting diodes were achieved, and the peak wavelength and color purity were not obviously changed, via optimizing the thickness of organic layer and metal electrode.

Air-gap based vertical cavity micro-opto-electro-mechanical Fabry-Perot filters

Mikrooptische Filter sind heutzutage in vielen Bereichen in der Telekommunikation unersetzlich. Wichtige Einsatzgebiete sind aber auch spektroskopische Systeme in der Medizin-, Prozess- und Umwelttechnik. Diese Arbeit befasst sich mit der Technologieentwicklung und Herstellung von luftspaltbasierenden, vertikal auf einem Substrat angeordneten, oberflächenmikromechanisch hergestellten Fabry-Perot-Filtern. Es werden zwei verschiedene Filtervarianten, basierend auf zwei verschiedenen Materialsystemen, ausführlich untersucht. Zum einen handelt es sich dabei um die Weiterentwicklung von kontinuierlich mikromechanisch durchstimmbaren InP / Luftspaltfiltern; zum anderen werden neuartige, kostengünstige Siliziumnitrid / Luftspaltfilter wissenschaftlich behandelt. Der Inhalt der Arbeit ist so gegliedert, dass nach einer Einleitung mit Vergleichen zu Arbeiten und Ergebnissen anderer Forschergruppen weltweit, zunächst einige theoretische Grundlagen zur Berechnung der spektralen Reflektivität und Transmission von beliebigen optischen Schichtanordnungen aufgezeigt werden. Auß erdem wird ein kurzer theoretischer Ü berblick zu wichtigen Eigenschaften von Fabry-Perot-Filtern sowie der Möglichkeit einer mikromechanischen Durchstimmbarkeit gegeben. Daran anschließ end folgt ein Kapitel, welches sich den grundlegenden technologischen Aspekten der Herstellung von luftspaltbasierenden Filtern widmet. Es wird ein Zusammenhang zu wichtigen Referenzarbeiten hergestellt, auf denen diverse Weiterentwicklungen dieser Arbeit basieren. Die beiden folgenden Kapitel erläutern dann ausführlich das Design, die Herstellung und die Charakterisierung der beiden oben erwähnten Filtervarianten. Abgesehen von der vorangehenden Epitaxie von InP / GaInAs Schichten, ist die Herstellung der InP / Luftspaltfilter komplett im Institut durchgeführt worden. Die Herstellungsschritte sind ausführlich in der Arbeit erläutert, wobei ein Schwerpunktthema das trockenchemische Ä tzen von InP sowie GaInAs, welches als Opferschichtmaterial für die Herstellung der Luftspalte genutzt wurde, behandelt. Im Verlauf der wissenschaftlichen Arbeit konnten sehr wichtige technische Verbesserungen entwickelt und eingesetzt werden, welche zu einer effizienteren technologischen Herstellung der Filter führten und in der vorliegenden Niederschrift ausführlich dokumentiert sind. Die hergestellten, für einen Einsatz in der optischen Telekommunikation entworfenen, elektrostatisch aktuierbaren Filter sind aus zwei luftspaltbasierenden Braggspiegeln aufgebaut, welche wiederum jeweils 3 InP-Schichten von (je nach Design) 357nm bzw. 367nm Dicke aufweisen. Die Filter bestehen aus im definierten Abstand parallel übereinander angeordneten Membranen, die über Verbindungsbrücken unterschiedlicher Anzahl und Länge an Haltepfosten befestigt sind. Da die mit 357nm bzw. 367nm vergleichsweise sehr dünnen Schichten freitragende Konstrukte mit bis zu 140 nm Länge bilden, aber trotzdem Positionsgenauigkeiten im nm-Bereich einhalten müssen, handelt es sich hierbei um sehr anspruchsvolle mikromechanische Bauelemente. Um den Einfluss der zahlreichen geometrischen Strukturparameter studieren zu können, wurden verschiedene laterale Filterdesigns implementiert. Mit den realisierten Filter konnte ein enorm weiter spektraler Abstimmbereich erzielt werden. Je nach lateralem Design wurden internationale Bestwerte für durchstimmbare Fabry-Perot-Filter von mehr als 140nm erreicht. Die Abstimmung konnte dabei kontinuierlich mit einer angelegten Spannung von nur wenigen Volt durchgeführt werden. Im Vergleich zu früher berichteten Ergebnissen konnten damit sowohl die Wellenlängenabstimmung als auch die dafür benötigte Abstimmungsspannung signifikant verbessert werden. Durch den hohen Brechungsindexkontrast und die geringe Schichtdicke zeigen die Filter ein vorteilhaftes, extrem weites Stopband in der Größ enordnung um 550nm. Die gewählten, sehr kurzen Kavitätslängen ermöglichen einen freien Spektralbereich des Filters welcher ebenfalls in diesen Größ enordnungen liegt, so dass ein weiter spektraler Einsatzbereich ermöglicht wird. Während der Arbeit zeigte sich, dass Verspannungen in den freitragenden InPSchichten die Funktionsweise der mikrooptischen Filter stark beeinflussen bzw. behindern. Insbesondere eine Unterätzung der Haltepfosten und die daraus resultierende Verbiegung der Ecken an denen sich die Verbindungsbrücken befinden, führte zu enormen vertikalen Membranverschiebungen, welche die Filtereigenschaften verändern. Um optimale Ergebnisse zu erreichen, muss eine weitere Verbesserung der Epitaxie erfolgen. Jedoch konnten durch den zusätzlichen Einsatz einer speziellen Schutzmaske die Unterätzung der Haltepfosten und damit starke vertikale Verformungen reduziert werden. Die aus der Verspannung resultierenden Verformungen und die Reaktion einzelner freistehender InP Schichten auf eine angelegte Gleich- oder Wechselspannung wurde detailliert untersucht. Mittels Weisslichtinterferometrie wurden lateral identische Strukturen verglichen, die aus unterschiedlich dicken InP-Schichten (357nm bzw. 1065nm) bestehen. Einen weiteren Hauptteil der Arbeit stellen Siliziumnitrid / Luftspaltfilter dar, welche auf einem neuen, im Rahmen dieser Dissertation entwickelten, technologischen Ansatz basieren. Die Filter bestehen aus zwei Braggspiegeln, die jeweils aus fünf 590nm dicken, freistehenden Siliziumnitridschichten aufgebaut sind und einem Abstand von 390nm untereinander aufweisen. Die Filter wurden auf Glassubstraten hergestellt. Der Herstellungsprozess ist jedoch auch mit vielen anderen Materialien oder Prozessen kompatibel, so dass z.B. eine Integration mit anderen Bauelemente relativ leicht möglich ist. Die Prozesse dieser ebenfalls oberflächenmikromechanisch hergestellten Filter wurden konsequent auf niedrige Herstellungskosten optimiert. Als Opferschichtmaterial wurde hier amorph abgeschiedenes Silizium verwendet. Der Herstellungsprozess beinhaltet die Abscheidung verspannungsoptimierter Schichten (Silizium und Siliziumnitrid) mittels PECVD, die laterale Strukturierung per reaktiven Ionenätzen mit den Gasen SF6 / CHF3 / Ar sowie Fotolack als Maske, die nasschemische Unterätzung der Opferschichten mittels KOH und das Kritisch-Punkt-Trocken der Proben. Die Ergebnisse der optischen Charakterisierung der Filter zeigen eine hohe Ü bereinstimmung zwischen den experimentell ermittelten Daten und den korrespondierenden theoretischen Modellrechnungen. Weisslichtinterferometermessungen der freigeätzten Strukturen zeigen ebene Filterschichten und bestätigen die hohe vertikale Positioniergenauigkeit, die mit diesem technologischen Ansatz erreicht werden kann.

Designed functional defects in colloidal photonic crystals: switching, biomonitoring and modified photoluminescence

Es werden zwei komplementäre "bottom-up" Methoden präsentiert, die den kontrollierten Einbau von "intelligenten" planaren Defekten in selbstorganisierte kolloidale photonische Kristalle (KPKs) ermöglichen. Die Defektschicht basiert auf einem funktionellen, nanometer-skalierten dünnen Film, der entweder durch schichtweise ("layer-by-layer") Selbstorganisation und Mikrokontakttransferübertragung oder durch Aufschleudern und einer KPK-Opferfüllung hergestellt wird. Die entwickelten Techniken gestatten die Integration von maßgeschneiderten dünnen Defektfilmen bestehend aus einer enorm großen Vielfalt an Materialien; sie sind kostengünstig und können im größeren Maßstab angewendet werden. Optische Untersuchungen zeigen einen engen, durch den Defekt hervorgerufenen Transmissionszustand in der photonischen Bandlücke. Die Defektwellenlänge hängt von der optischen Dicke der Defektschicht ab. Aktives Schalten der Defektwellenlänge wird erreicht, indem Defektschichten aus Makromolekülen hergestellt werden, die über externe Erreger wie Licht, Temperatur, Redoxzyklen und mechanischen Druck adressiert werden können. Die Ergebnisse der Untersuchungen sind im Einklang mit separat durchgeführten Ellipsometrie-Messungen und theoretischen "scalar wave approximation"-Berechnungen. Darüber hinaus werden KPKs mit funktionellen biomolekularen Defekten vorgestellt. Über Verschiebungen der Defektmode können DNA-Konformationsänderungen, die enantioselektive Einlagerung eines chiralen Antitumormedikaments sowie Enzymaktivitäten optisch beobachtet werden. Die Einlagerung von fluoreszierenden Farbstoffen und Quantenpunkten in Defekt-KPKs führt zu einer eindeutigen, durch die photonische Bandlücke und den Defektzustand hervorgerufenen Modifizierung der Photolumineszenz (PL)-Spektren. Schaltbare PL-Modifizierungen werden detektiert, wenn adressierbare Defekt-KPKs verwendet werden.