Структуры с фотонной запрещенной зоной и их использование в ближнеполевой СВЧ-микроскопии тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.03, кандидат наук Фролов, Александр Павлович

• Фролов, Александр Павлович
• кандидат наук
• 2014

Оглавление диссертации кандидат наук Фролов, Александр Павлович

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1 АНАЗИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ФОТОННЫХ СТРУКТУР С ЗАПРЕЩЕННОЙ ЗОНОЙ, ИХ ХАРАКТЕРИСТИК И ВОЗМОЖНОСТЕЙ ПРИМЕНЕНИЯ В БЛИЖНЕПОЛЕВОЙ СВЧ-МИКРОСКОПИИ

2 ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК РЕЗОНАТОРОВ БЛИЖНЕПОЛЕВОГО СВЧ-МИКРОСКОПА НА ОСНОВЕ ФОТОННЫХ КРИСТАЛЛОВ

2.1 Математическая модель взаимодействия электромагнитного излучения СВЧ-диапазона с одномерными волноводными фотонными кристаллами

2.2 Особенности спектров отражения и прохождения электромагнитного излучения СВЧ-диапазона, взаимодействующего с фотонными кристаллами, содержащими равное и различное число периодически повторяющихся элементов

2.2.1 Результаты компьютерного моделирования частотных характеристик коэффициентов отражения и прохождения одномерных волноводных СВЧ фотонных кристаллов без нарушения периодичности структуры

2.2.2 Результаты компьютерного моделирования частотных характеристик коэффициентов отражения и прохождения одномерных волноводных СВЧ фотонных кристаллов с нарушением периодичности структуры

2.3 Экспериментальное исследование амплитудно-частотных характеристик коэффициентов отражения и прохождения электромагнитного излучения, взаимодействующего с резонаторами на основе фотонных кристаллов

3 ИССЛЕДОВАНИЕ СВЧ-УСТРОЙСТВ, СОЗДАННЫХ НА ОСНОВЕ РАМОЧНЫХ

ЭЛЕМЕНТОВ И ХАРАКТЕРИЗУЮЩИХСЯ НАЛИЧИЕМ ЗАПРЕЩЕННОЙ И РАЗРЕШЕННОЙ ЗОН ДЛЯ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

3.1 Модель СВЧ-устройства на основе диафрагмы и системы связанных рамочных элементов

3.2 Компьютерное моделирование СВЧ-характеристик устройства на основе диафрагмы и связанных рамочных элементов, характеризующегося наличием запрещённой и разрешённой зон

3.2.1 Волноводная структура на основе диафрагмы и связанных рамочных элементов с неоднородностью типа «штырь с зазором» и при её отсутствии

3.2.2 Электрически управляемая неоднородность в виде «-/-^/-«-структуры

3.2.3 СВЧ-характеристики устройства на основе диафрагмы и связанных рамочных элементов с и-/-/?-/-п-структурой в качестве управляющего элемента

3.3 Экспериментальное исследование СВЧ-устройства на основе диафрагмы и системы связанных рамочных элементов, характеризующегося наличием запрещённой и разрешённой зон

3.3.1 Результаты экспериментального исследования СВЧ-устройства на основе диафрагмы и системы связанных рамочных элементов, характеризующихся наличием разрешённой зоны

3.3.2 Результаты экспериментального исследования СВЧ-устройства на основе диафрагмы и системы связанных рамочных элементов, характеризующихся наличием разрешённой зоны

3.4 Волноводное устройство на основе диафрагмы и системы рамочных элементов с п-\-р-/-«-структурой для управления выходной мощностью генератора на диоде Ганна

4 ИССЛЕДОВАНИЕ АМПЛИТУДНО-ЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ЗОНДОВ

БЛИЖНЕПОЛЕВОГО СВЧ-МИКРОСКОПА

4.1 Компьютерное моделирование амплитудно-частотных характеристик микрокоаксиального зонда ближнеполевого СВЧ-микроскопа с резонатором в виде отрезка волновода

4.2 Исследование ближнеполевого СВЧ-микроскопа на основе полупроводникового автодинного генератора на диоде Ганна с использованием микрокоаксиально-волноводного перехода, центральный проводник микрокоаксиала которого выступает за пределы внешнего проводника, в качестве ближнеполевого зонда

4.2.1 Теоретическое описание эффекта автодинного детектирования в многоконтурном генераторе на диоде Ганна

4.2.2 Конструкция и принцип действия ближнеполевого СВЧ-микроскопа на основе полупроводникового автодинного генератора на диоде Ганна

4.2.3 Визуализация электрофизических характеристик микро- и наноструктур с

использованием ближнеполевого СВЧ-микроскопа на основе генератора на диоде Ганна

4.3 Компьютерное моделирование амплитудно-частотных характеристик микрокоаксиального зонда ближнеполевого СВЧ-микроскопа, центральный проводник микрокоаксиала которого выступает за пределы внешнего проводника, с резонатором в

виде фотонного кристалла с нарушением периодичности структуры

4.4 Экспериментальное исследование ближнеполевого СВЧ-микроскопа с резонатором на основе фотонного кристалла и регулируемым элементом связи в качестве зонда

4.4.1 Конструкция ближнеполевого СВЧ-устройства с резонатором на основе фотонного кристалла и регулируемым элементом связи в качестве зонда

4.4.2 Зондовые измерения диэлектрических пластин

4.4.3 Зондовые измерения нанометровых металлических плёнок

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Структуры с фотонной запрещенной зоной и их использование в ближнеполевой СВЧ-микроскопии»

ВВЕДЕНИЕ

В последние десятилетия интенсивно проводятся исследования свойств, так называемых, фотонных кристаллов, которые характеризуются наличием частотных зон разрешенных состояний (полос пропускания) и запрещенных зон (полос запирания). Аналогично ситуации, характерной для электронов, находящихся в поле периодически расположенных атомов, энергетические состояния которых образуют для электронов зоны разрешенных и запрещенных значений энергии, свойства фотонных кристаллов связаны с периодическим расположением образующих их элементов. Это открывает новые возможности создания различного типа устройств, в которых используются свойства, характерные для фотонных кристаллов в различных частотных диапазонах. Нарушение периодичности в фотонном кристалле, например, вследствие наличия в нем одного из элементов с отличающимися от других свойствами приводит к появлению в полосе запирания частоты, на которой возможно прохождение волны со сравнительно низким затуханием. Такого типа фотонные кристаллы с использованием элементов на основе различных типов линий передачи созданы, в том числе, и для СВЧ диапазона [1]. СВЧ фотонные кристаллы были использованы для создания высоконаправленных антенн, СВЧ-фильтров, улучшения характеристик СВЧ-детекторов, усилителей и т.д. [2-5]. Возможность рассчитывать характеристики фотонных кристаллов с точностью, позволяющей обеспечить хорошее совпадение с экспериментом, была использована для неразрушающего контроля структур с нанометровыми полупроводниковыми слоями [6-8]. При этом контролируемые структуры являлись элементами, нарушающими периодичность фотонного кристалла. - -Высокая чувствительность СВЧ фотонного кристалла к характеристикам структуры была обусловлена тем, что нарушающая периодичность неоднородность приводила к появлению высокоселективного резонансного прохождения излучения через кристалл, сильно зависящего от параметров

структуры. Высокоселективный резонанс можно было обеспечить также использованием в измерительной системе низкоразмерного резонатора [9].

Недостатком измерительной системы с фотонным кристаллом является низкая локальность измерений, определяемая площадью поперечного сечения волновода. Этот недостаток отсутствует, если измерения проводить с использованием ближнеполевого сканирующего СВЧ-микроскопа. Такого рода измерительная система позволяет обеспечить высокую локальность, определяемую примерно удвоенной площадью кончика зонда, для повышения чувствительности соединенного с резонатором. Стоит отметить, что возможность использования в ближнеполевом сканирующем СВЧ-микроскопе в качестве высокоселективной системы СВЧ фотонного кристалла ранее не рассматривалась. Можно прогнозировать, что создание такого микроскопа, наряду с высокой локальностью измерений, позволит повысить его чувствительность при измерении слоев с толщинами в единицы нанометров и с малыми значениями диэлектрической проницаемости.

Совокупность исследований, позволяющих решить такого рода задачу, актуальна как для науки, так и для практики в связи с тем, что открывает возможность расширить круг нанообъектов, свойства которых могут быть изучены с использованием экспериментальных методов.

Другой актуальной проблемой, относящейся к физике СВЧ фотонных структур с полосой запирания, является поиск решений, использование которых может позволить уменьшить число элементов, необходимых для формирования полосовых свойств, и, как следствие, уменьшить габариты фотонных структур. Примером такого рода решений является использование схемы, в которой волна проходит через один элемент, но многократно. Конструктивно такая фотонная структура выполнена на элементе, представляющем собой микрополосковую линию, замкнутую в круг с зазором [10-12]. Представляет несомненный интерес поиск других решений, реализующих эту идею.

Цель диссертационной работы: теоретическое и экспериментальное исследование возможности создания регулируемых, высокоселективных, малогабаритных СВЧ фотонных структур и их использования в качестве элементов ближнеполевых сканирующих СВЧ-микроскопов для повышения их чувствительности к изменению параметров материалов и структур микро- и наноэлектроники.

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:

С использованием методов математического моделирования и результатов экспериментальных исследований обоснование возможности получения высокоселективных резонансов при использовании фотонных структур с различным числом составляющих их элементов.

Проведение расчета эффективной удельной электропроводности п-1—р-1— «-структуры при различных уровнях инжекции неравновесных носителей заряда, с целью использования её в качестве управляющего элемента волноводных структур, обладающих как запрещенной, так и разрешённой зоной пропускания.

Теоретическое и экспериментальное исследование нового типа СВЧ-устройства, характеризующегося наличием запрещённой и разрешённой зон, в СВЧ-диапазоне частот. Исследование возможности электрического управления характеристиками высокоселективных резонансов в запрещенных и разрешённых зонах СВЧ-устройства на основе диафрагмы и системы связанных рамочных элементов и его использования для управления выходной мощностью генератора на диоде Ганна.

Исследование характеристик ближнеполевого СВЧ-микроскопа на основе полупроводникового автодинного генератора на диоде Ганна с использованием микрокоаксиально-волноводного перехода, центральный проводник которого выступает за пределы внешнего проводника микрокоаксиала, в качестве ближнеполевого зонда с целью возможности визуализиации с высоким пространственным разрешением рельефа и электрофизических свойств поверхности керамической пластины с нанесённым нанометровым слоем

металла, как в режиме прямого доступа к объекту сканирования, так и в режиме подповерхностного зондирования.

Теоретическое и экспериментальное исследование возможности применения одномерного волноводного фотонного кристалла с нарушением периодичности в качестве перестраиваемого резонатора ближнеполевого СВЧ-микроскопа для повышения чувствительности измерительной системы к изменению электрофизических параметров исследуемых объектов.

Новизна исследований проведенных в ходе диссертационной работы состоит в следующем:

Установлено, что при увеличении количества слоев N фотонного кристалла, представляющего собой одномерную структуру, с малым числом входящих в его состав элементов, симметричную относительно центрального слоя с фиксированным значением диэлектрической проницаемости, ширина запрещенной зоны монотонно уменьшается, а её глубина монотонно увеличивается, если количество слоев N фотонного кристалла удовлетворяет только одной из последовательностей чисел N = 4п-\, например, 3, 7, 11, 15 и т.д. или N = 4п + 1, например, 5, 9, 13, 17 и т.д., где п - целые числа.

Теоретически обосновано и экспериментально показано, что волноводное СВЧ-устройство на основе диафрагмы и системы связанных рамочных элементов, помещенных в волноведущую секцию, может обладать фотонной запрещенной зоной с высокоселективным резонансом пропускания и фотонной разрешённой зоной с резонансом запирания.

Экспериментально показано, что регулировка коэффициента пропускания в резонансной особенности для «симметричной» конструкции в диапазоне 23.5 дБ при уровне потерь пропускания от 1.5 дБ и для «несимметричной» конструкции - в диапазоне 66 дБ при уровне потерь пропускания от 3 дБ обеспечивается с помощью гс-/-/?-/-я-структуры, помещённой в зазоре между штырем и рамочным элементом.

Теоретически обоснована возможность использования одномерного волноводного фотонного кристалла с нарушением периодичности в качестве резонатора в составе зонда на основе микрокоаксиально-волноводного перехода ближнеполевого СВЧ-микроскопа для повышения чувствительности коэффициента отражения 5П к изменению удельной электропроводности а полупроводниковых пластин. При этом в случае исследований сильнолегированных полупроводниковых структур зависимости 5,, в режиме ближнего поля от величины а имеют как монотонный, так и немонотонный характер, что может быть обусловлено изменением структуры ближнего поля, определяемой как характеристическими размерами апертуры ближнеполевого зонда, так и глубиной проникновения ближнего поля в полупроводниковый образец, зависящей от его удельной электропроводности.

Экспериментально установлено, что использование в ближнеполевом СВЧ-микроскопе с регулируемым рамочным элементом связи высокоселективной резонансной системы в виде фотонной структуры с неоднородностью обеспечивает достижение чувствительности коэффициента отражения дБц/де к изменению диэлектрической проницаемости е более 39.5 дБ/е и разрешающей способности Ае/е порядка 1СГ4. Чувствительность коэффициента отражения дБц/дс1 к изменению толщины металлического слоя (Сг) с1 в диапазоне значений с1 от 1 нм до 3 нм составляет 4 дБ/нм, а разрешающая способность Ас1М ~ 10"°.

Проведено теоретическое описание эффекта автодинного детектирования в многоконтурном генераторе на диоде Ганна в случае, когда нагрузкой СВЧ-генератора служит отрезок передающей линии, содержащей фотонный кристалл.

Разработан ближнеполевой СВЧ-микроскоп на основе полупроводникового автодинного генератора на диоде Ганна, позволяющий визуализировать с высоким пространственным разрешением рельеф и электрофизические свойства поверхности керамической пластины с нанесённым нанометровым слоем металла.

Впервые экспериментально доказано, что использование ближнеполевого СВЧ-микроскопа на основе полупроводникового автодинного генератора на диоде Ганна позволяет решать задачи подповерхностного зондирования проводящих и непроводящих включений при наличии на поверхности высокопроводящего покрытия.

Достоверность результатов диссертации обеспечивается качественным и количественным соответствием результатов теоретического анализа и компьютерного моделирования, с использованием численных методов, результатам, полученным экспериментально. Достоверность

экспериментальных результатов обеспечена применением современной измерительной аппаратуры, обработкой экспериментальных результатов с использованием стандартных методов.

Практическая значимость

Предложена конструкция ближнеполевого СВЧ-микроскопа с зондом в виде цилиндрического резонатора с регулируемым рамочным элементом связи и высокоселективной резонансной системой в виде фотонной структуры с неоднородностью, обеспечивающая высокую чувствительность измерительной системы к изменению толщины металлических слоев в нанометровом диапазоне и диэлектрической проницаемости.

Предложен новый тип волноводного устройства на основе диафрагмы и системы рамочных элементов, характеризующийся наличием запрещённой и разрешённой зон в СВЧ-диапазоне частот. Показано, что введение в конструкцию неоднородностей типа «штырь с зазором» с электрически управляемым элементом в виде и-/-р-/-и-структуры обеспечивает возможность создания .СВЧ^устройства для управления выходной мощностью генератора на диоде Ганна.

Создана модернизированная конструкция ближнеполевого СВЧ-микроскопа на основе полупроводникового автодинного генератора на диоде Ганна и показана возможность его использования для визуализации с высоким

пространственным разрешением рельефа и электрофизических свойств поверхности керамической пластины с нанесённым нанометровым слоем металла.

Обеспечена реализация методов неразрушающего контроля элементов СВЧ-микросхем на основе возможности подповерхностного зондирования с использованием ближнеполевого СВЧ-микроскопа.

Основные положения выносимые на защиту

С ростом количества слоёв N фотонного кристалла, представляющего собой одномерную структуру, с малым числом входящих в его состав элементов, симметричную относительно центрального слоя с фиксированным значением диэлектрической проницаемости, ширина запрещенной зоны монотонно уменьшается, а её глубина монотонно увеличивается, если количество слоёв N фотонного кристалла удовлетворяет только одной из последовательностей чисел N = 4п-\ или N -4п + \, где п - целые числа.

Волноводное СВЧ-устройство на основе диафрагмы и системы связанных рамочных элементов, помещенных в волноведущую секцию, обладает как запрещенной, так и разрешённой зоной пропускания. Введение в рамочные элементы неоднородностей типа «штырь с зазором» обеспечивает создание в запрещенной частотной зоне резонансной особенности типа «окна прозрачности», а в разрешённой зоне резонансной особенности типа «пика заграждения». Введение в неоднородность электрически управляемого элемента в виде /7-г-/?-/-п-структуры обеспечивает регулировку коэффициента пропускания в резонансной особенности и возможность создания СВЧ-устройства для управления выходной мощностью генератора на диоде Ганна.

Использование в ближнеполевом СВЧ-микроскопе с регулируемым рамочным элементом связи высокоселективной резонансной системы в виде фотонной структуры с неоднородностью обеспечивает достижение разрешающей способности к изменению диэлектрической проницаемости Ае/е порядка Ю-4 и разрешающей способности к изменению толщины металлических слоёв в нанометровом диапазоне Дс1/с1 порядка 10~°.

Ближнеполевой СВЧ-микроскоп на основе полупроводникового генератора на диоде Ганна, работающего в режиме автодинного детектирования, позволяет визуализировать с высоким пространственным разрешением рельеф и электрофизические свойства поверхности керамической пластины с нанесённым нанометровым слоем металла, как в режиме прямого доступа к объекту сканирования, так и в режиме подповерхностного зондирования.

Апробация работы

Основные результаты работы доложены на:

1. 21-ой Международной Крымской конференции "СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии" (КрыМиКо'2011). Севастополь, 12-16 сентября 2011 г.

2. 41th European Microwave Conference (EuMA). 9-14 October 2011. Manchester, UK

3. .II-ой Всероссийской научно-технической конференции «Электроника и микроэлектроника СВЧ». Санкт-Петербург, 3-6 июня 2013г.

4. 7th International Congress on Advanced Electromagnetic Materials in Microwaves and Optics -Metamaterials 2013; Bordeaux, France; September 16-19, 2013.

5. Всероссийской научной школе-семинаре «Взаимодействие сверхвысокочастотного, терагерцового и оптического излучения с полупроводниковыми микро- и наноструктурами, метаматериалами и биообъектами», г. Саратов, 14-15 мая 2014 года

6. 20th International Conference on Microwaves, Radar, and Wire 1 e ssTC о mm irn icati o ñsTírKÓN^2 0 Í4 ~ Gdansk, Poland, June 16-18, 2014.

7. 24-ой Международной Крымской конференции "СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии" (КрыМиКо'2014). Севастополь, 7—13 сентября 2014 г.

8. ХП-ой Международной научно-технической конференции «Физика и технические приложения волновых процессов», Нижний Новгород, 22 - 26 сентября 2014г.

Исследования выполнялись в рамках НИР «Разработка технологии формирования нанокомпозитов на основе диэлектрических матриц с включениями в виде углеродных нанотрубок с управляемыми характеристиками в СВЧ-диапазоне и создание сканирующего зондового ближнеполевого СВЧ-микроскопа, обеспечивающего локальное измерение СВЧ-характеристик нанокомпозитов», ГК № 16.740.11.0512, ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы, НИР «Метаматериалы на основе фотонных, фононных, плазмонных и магнонных кристаллов и их применение в СВЧ радиоэлектронике и фотонике», грант Правительства Российской Федерации для государственной поддержки научных исследований, проводимых под руководством ведущих ученых в российских образовательных учреждениях высшего профессионального образования ГК № 11.034.31.0030, НИР «Разработка ближнеполевого СВЧ-микроскопа с резонатором на основе фотонного кристалла» по программе «Участник молодежного научно-инновационного конкурса» («УМНИК») № 1487ГУ1/2014, НИР «Разработка на основе фотонных кристаллов СВЧ-методов контроля высокого разрешения параметров наноструктур и нанокомпозитов» на 2012-2014 годы. Номер НИР: 8.425.2011. Шифр "Нанокомплекс", НИР «Исследование эффектов резонансного взаимодействия электромагнитного излучения сверхвысокочастотного и терагерцового диапазонов с неоднородными микро- и наноструктурами и композитами». Шифр: «Наноскоп-2» 2014-2016 годы № госрегистрации 114092340095, ОКР «Математическое моделирование процессов распространения

электромагнитных волн в слоистых резистивно-диэлектрических пленочных структурах и разработка технологии их формирования» на 2014 - 2016 годы, Шифр «Феррит-19 Н/СГУ».

Публикации. По материалам диссертации опубликовано работ 13, в том числе 3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК [13-15]; 7 работ опубликованы в трудах международных и Всероссийских конференций [1622]; получены 1 свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ [23] и 1 патент РФ на полезную модель [24].

Личный вклад автора выразился в проведении всего объема экспериментальных работ, в предложении теоретических моделей, описывающих результаты экспериментов, в проведении компьютерного эксперимента и анализе полученных результатов.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырёх разделов, заключения и списка литературы. Работа изложена на 147 страницах, содержит 72 рисунка и список литературы из 142 наименований.

1 АНАЗИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ФОТОННЫХ СТРУКТУР С ЗАПРЕЩЕННОЙ ЗОНОЙ, ИХ ХАРАКТЕРИСТИК И ВОЗМОЖНОСТЕЙ ПРИМЕНЕНИЯ В БЛИЖНЕПОЛЕВОЙ СВЧ-МИКРОСКОПИИ

Фотонные кристаллы относятся к классу метаматериалов и представляют собой искусственно созданные периодические структуры с периодом, сравнимым с длиной распространяющегося в них электромагнитного излучения [25,26]. Для этих структур свойственно периодическое изменение, как диэлектрической проницаемости слоев, так и их геометрических размеров. При взаимодействии электромагнитного излучения с такого рода структурами в спектрах отражения и прохождения наблюдается ярко выраженное чередование разрешенных и запрещенных для распространения электромагнитного излучения частотных диапазонов [27,28]. По аналогии с реальными кристаллами, частотная область, запрещенная для распространения электромагнитной волны, получила название фотонной запрещенной зоны. При внесении нарушения («неоднородности») в периодичность структуры фотонного кристалла, которое может быть представлено в виде изменения геометрических размеров и/или электрофизических параметров одного или нескольких слоев, в запрещенной зоне фотонного кристалла возникает резонансная особенность - узкое «окно прозрачности», также называемая «примесной модой колебаний». Положение и форма «окна прозрачности» определяется геометрией и электрофизическими параметрами вносимого нарушения периодичности.

Фотонные кристаллы по типу пространственной структуры делятся на одномерные [29-31], двумерные [32^10] и трехмерные [41-48]. Изменение электрофизических параметров и" геометрических размеров в таких структурах происходит в одном, двух и трех пространственных направлениях соответственно. Двумерные и трехмерные фотонные кристаллы являются объектами активного исследования, так как обладают 'большими возможностями по изменению пространственной структуры и управлению

электрофизическими свойствами. Однако сложность двумерной и трехмерной электродинамической конфигурации фотонного кристалла зачастую значительно затрудняет расчет взаимодействия такого рода структур с распространяющимся в них электромагнитным излучением. Для решения поставленных задач в таком случае привлекаются возможности аппарата электродинамического моделирования распределения трехмерного электромагнитного поля, в основе которого лежит ряд численных методов [4954], таких как метод функций Грина, метод конечных элементов, метод конечных разностей во временной области и т.д. Одномерные фотонные кристаллы [55-58] представляют особый интерес для исследования, так как обладают сравнительной простотой в аналитическом описании взаимодействия электромагнитной волны с периодической структурой и технологичностью создания периодической электродинамической системы.

Фотонные кристаллы могут быть изготовлены для работы в различных частотных диапазонах электромагнитного спектра: оптическом [59-61], инфракрасном [62, 63], ультрафиолетовом [64-66], СВЧ-диапазоне [67-69]. При переходе в более высокочастотные диапазоны происходит повышение трудоемкости и стоимости процессов изготовления и контроля параметров периодических структур. Из-за того, что в СВЧ-диапазоне фотонные кристаллы обладают высокой технологичностью производства, состоят из макроскопических объектов и в некоторых случаях могут быть собраны непосредственно руками человека, данный диапазон выгодно отличается от других.

Благодаря свойствам фотонных кристаллов, а именно наличию запрещенных и разрешенных зон в спектрах прохождения и отражения данных структур, на их основе возможно изготовление различных типов фильтров с управляемыми характеристиками [70-76]. Управление может осуществляться как на стадии производства структур [77-79], так и при помощи внешних воздействий на уже созданную периодическую структуру и отдельные ее составные части [80, 81]. Также возможно полное или частичное изменение

физических, химических и электрофизических свойств каждого компонента. Внешнее воздействие может осуществляться посредством воздействия на специально введенные в периодическую структуру фотонного кристалла управляющие слои и ячейки, содержащие, например, жидкие кристаллы и р-г-п-диоды [82-84].

Высокая чувствительность частотного положения «окна прозрачности» к параметрам нарушения периодичности фотонного кристалла является одним из важнейших свойств фотонных кристаллов. Изменение электрофизических параметров и геометрии нарушения периодичности приводит к частотному сдвигу и изменению формы «окна прозрачности» в фотонной запрещенной зоне фотонного кристалла. Данная особенность представляется чрезвычайно перспективной при использовании фотонных кристаллов для создания резонаторов на их основе.

Создание периодических фотонных структур СВЧ-диапазона и исследование их свойств имеют важное практическое значение в связи с возможностью их использования в современных системах связи и телекоммуникации, при создании антенн, радарной техники, измерительного оборудования и различного рода датчиков [3, 85, 86].

Помимо того, что для различных частотных диапазонов физические особенности взаимодействия электромагнитного излучения с периодической структурой фотонного кристалла носят схожий характер, СВЧ фотонные кристаллы обладают рядом важных преимуществ, а именно:

1 технологичность изготовления периодических структур;

2 хорошее совпадение результатов математического моделирования с экспериментальными данными;

3 простота в использовании и модификации структуры фотонного кристалла в силу того, что его составные части имеют макроскопические размеры;

4 конструктивно фотонный кристалл может быть создан на основе стандартных элементов СВЧ-схем, а именно на основе различного рода линий передач;

5 полученные результаты исследований особенностей взаимодействия СВЧ-излучения с фотонным кристаллом могут быть использованы для создания структур, работающих в более высокочастотных диапазонах.

В связи с перспективой использования при создании различных устройств, материалов и композитов, изначально предназначенных для работы в СВЧ-диапазоне, исследование периодических СВЧ фотонных кристаллов представляет также особый интерес.

Периодические фотонные структуры СВЧ-диапазона могут быть созданы как на основе волноводов, так и на основе планарных линий передачи. В первом случае фотонный кристалл, например, состоящий из периодически чередующихся слоев различных веществ или матрицы элементов различной формы и свойств, упорядоченных в двух или трех пространственных направлениях, помещается внутрь волноводного тракта, где он облучается СВЧ-излучением. Ко второму типу относятся фотонные кристаллы, выполненные в виде полосковых линий передачи различных типов с периодическим изменением топологии, геометрических размеров линии передачи и диэлектрической проницаемости подложки, которые подключаются к внешней СВЧ-цепи. Также возможно1 создание периодической структуры, независимой от волноведущего тракта или линии передачи, исследование которой проводится при помощи волн, распространяющихся в свободном пространстве [86, 87, 88].

В работе [4] представлены результаты теоретического и экспериментального исследования одномерных волноводных фотонных кристаллов, образованных периодическим чередованием ячеек из слоев двух и трех различных материалов. Проведено теоретическое исследование двумерных волноводных фотонных кристаллов, состоящих из периодически

чередующихся в двух пространственных направлениях ячеек из четырех различных материалов. Одномерные кристаллы представляли собой чередование диэлектрических пластин вдоль волновода, а двумерные кристаллы - периодическое чередование диэлектрических секций вдоль двух направлений: вдоль волновода и перпендикулярно его узкой стенке (рисунок 1.1). Представлено описание математической модели, позволяющей адекватно описывать взаимодействие электромагнитной волны с такого рода периодическими структурами.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Фролов, Александр Павлович, 2014 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Гуляев Ю.В., Никитов С. А. Фотонные и магнитофотонные

кристаллы - новая среда для передачи информации// Радиотехника. 2003. — №8, —С. 26—30.

2. Kuriazidou С.A., Contopanagos H.F., Alexopolos N.G. Monolithic waveguide filters using printed photonic-bandgap materials // IEEE Transactions on microwave theory and techniques. 2001. — Vol. 49. —N2. — pp. 297—306.

3. Ozbay E., Temelkuran В., and Bayindir M. Microwave applications of photonic crystals// Progress In Electromagnetics Research, 2003. Vol. 41, pp. 185— 209.

4. Gomez A., Vegas A., Solano M.A. & Lakhtakia A. On One- and Two-Dimensional Electromagnetic Band Gap Structures in Rectangular Waveguides at Microwave Frequencies// Electromagnetics. 2005. Vol. 25, issue 5. pp. 437^160.

5. Klymyshyn D.M., Jayatilaka H.C., Borner M., Mohr J. High Aspect-Ratio Coplanar Waveguide Wideband Bandpass Filter With Compact Unit Cells// IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. Vol.57, No. 11. November 2009. P. 2753-2760.

6. Усанов Д.А., Скрипаль A.B., Абрамов A.B. и др. Использование волноводных фотонных структур для измерения параметров нанометровых металлических слоев на изолирующих подложках// Известия вузов. Электроника. 2007. №6. С. 25-32.

7. Определение параметров тонких полупроводниковых слоев с использованием одномерных СВЧ фотонных кристаллов/ Ю.В. Гуляев, С.А. Никитов, Д.А. Усанов, А.В. Скрипаль, А.Э. Постельга, Д.В. Пономарев// Доклады Академии Наук. Т. 443, № 5, Апрель 2012,. С 564-566_____ _____

8. Определение проводимости и толщины полупроводниковых пластин и нанометровых слоев с использованием одномерных СВЧ фотонных кристаллов/ С.А. Никитов, Ю.В. Гуляев, Д.А. Усанов, А.В. Скрипаль, Д.В. Пономарев// Доклады Академии Наук. Т. 448, № 1, Январь 2013. С. 35-37.

9. Усанов Д.А., Горбатов С.С., Кваско В.Ю. Ближнеполевой СВЧ-микроскоп с низкоразмерным резонатором типа «индуктивная диафрагма -емкостная диафрагма»// Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника. 2010. №6. С. 66-69.

10. Sung-Il Kim, Mi-Young Jang, Chul-Sik Kee, Ikmo Park, H. Lim, Characteristics of microwave filters based on microstrip photonic bandgap ring structures // Current Applied Physics, 2005, N. 5, pp. 619—624.

11. Chul-Sik Kee, Mi-Young Jang, Sung-Il Kim, Ikmo Park, and H. Lim, Tuning and widening of stop bands of microstrip photonic band gap ring structures //Applied Physics Letters, 2005, vol. 86, 181109.

12. Chul-Sik Kee, Mi-Young Jang, Ikmo Park, H. Lima, Jae-Eun Kim, Hae Yong Park, Jung II Lee, Photonic band gap formation by microstrip ring: A way to reduce the size of microwave photonic band gap structures // Applied Physics Letters, vol. 80, N. 9, 4 March, 2002, pp. 1520—1522.

13. Ближнеполевая СВЧ-микроскопия нанометровых слоев металла на диэлектрических подложках/ Д.А. Усанов, А.В. Скрипаль, А.В. Абрамов, А.С. Боголюбов, Б.Н. Коротин, В.Б. Феклистов, Д.В. Пономарев, А.П. Фролов// Известия вузов. Электроника. 2011. №5(91). С. 83-90.

14. Ближнеполевая СВЧ-микроскопия наноструктур металл-диэлектрик/ Д.А. Усанов, С.А. Никитов, А.В. Скрипаль, С.С. Горбатов, Д.В. Пономарев, А.П. Фролов, В.Ю. Кваско// Электронная техника. Серия 1 «СВЧ-техника», 2012, вып. 3 (512), с. 71-81.

15. Ближнеполевой сверхвысокочастотный микроскоп на основе фотонного кристалла с резонатором и регулируемым элементом связи в качестве зонда/ Д.А. Усанов, С.А. Никитов, А.В-_-Скрипаль,-А.П. Фролов// Радиотехника и электроника. 2013, том. 58. № 12. С. 1071-1078.

16. Ближнеполевая СВЧ-микроскопия нанометровых слоев металла/ Д. А. Усанов, С.А. Никитов, А.В. Скрипаль, А.В. Абрамов, А.С. Боголюбов, Б.Н. Коротин, В.Б. Феклистов, Д.В. Пономарев, А.П. Фролов// Материалы

21-ой Международной Крымской конференции "СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии" (КрыМиКо'2011). Севастополь, 12-16 сентября 2011 г.: Материалы конференции. Севастополь: «Вебер», 2011, Т. 1, С. 667-668.

17. Microwave Imaging of the Ceramic Plate Surface with the Nanometer Metal Layer by Means of the Near-Field Microscope Based on the Gunn-Diode Oscillator/ Dmitry A. Usanov, Sergey A. Nikitov, Alexander V. Skripal, Anton V. Abramov, Anton S. Bogolubov, Boris N. Korotin, Vladimir B. Feklistov, Denis V. Ponomarev, Alexander P. Frolov // Proceedings of the 41th European Microwave Conference. 9-14 October 2011. Manchester, UK. P. 210-213. 978-2-87487-022-4 ©2011 EuMA.

18. The Near-Field Microwave Microscope with Photonic Crystal as Resonator and Adjustable Coupling Element/ D. Usanov, S. Nikitov, A. Skripal, A. Frolov// Proc. of 7th International Congress on Advanced Electromagnetic Materials in Microwaves and Optics -Metamaterials 2013; Bordeaux, France; September 16-19, 2013. Skripal-IEEEXplore-20130407-083303. TheNearF ieldMicro waveM icro. pdf.

19. Электрически управляемая волноводная структура с разрешенными и запрещенными зонами/ Д.А. Усанов, А.В. Скрипаль, А.П. Фролов, В.Е. Орлов// Взаимодействие сверхвысокочастотного, терагерцового и оптического излучения с полупроводниковыми микро- и наноструктурами, метаматериалами и биообъектами: материалы Всерос. научной школы-семинара / под ред. проф. Д. А. Усанова. - Саратов: изд-во Саратовский источник, 2014, с.21-24.

20. Waveguide structure with electrically controlled characteristics -of Allowed and Forbidden Bands/ D. Usanov, A. Skripal, A. Frolov, S. Nikitov// Proc. of 20th International Conference on Microwaves, Radar, and Wireless Communications MIKON-2014, , Gdansk, Poland, June 16-18, 2014. V.2. P. 449452.

21. СВЧ-устройство на основе диафрагмы и системы связанных рамочных элементов и его использование для управления мощностью генератора на диоде Ганна/ Д.А. Усанов, С.А. Никитов, А.В. Скрипаль, А.П. Фролов// Материалы 24-ой Международной Крымской конференции "СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии" (КрыМиКо'2014). Севастополь, 7—13 сентября 2014 г.: Материалы конференции, в 2 т. Севастополь: «Вебер», 2014, Т. 2, С. 647—648. 2014 24nd Int. Crimean Conference "Microwave & Telecommunication Technology" (CriMiCo'2014). 7—13 September, Sevastopol, Crimea, Russia 2014: CriMiCo'2014 Organizing Committee; CrSTC. ISBN: 978-966-335-412-5. IEEE Catalog Number: CFP14788.

22. Фотонные структуры СВЧ-диапазона и их применение/ Д.А. Усанов, С.А. Никитов, А.В. Скрипаль, А.П. Фролов, Д.В. Григорьев// Материалы XII Межд. н.-т. конф. Физика и технические приложения волновых процессов 22 - 26 сентября 2014г., Нижний Новгород, Изд-во Самарское книжное изд-во, 2014. С. 95-97.

23. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2012660603. Исследование характеристик ближнеполевого взаимодействия «NFMM»/ Д.А. Усанов, Ал.В. Скрипаль, А.В. Абрамов, Д.В. Пономарев, Б.Н. Коротин, А.П. Фролов. Правообладатель: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Саратовский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского». Заявка № 2012618139. Поступила на регистрацию 27.09.2012. Дата регистрации 23 ноября 2012 г.

24. Патент РФ на полезную модель 144 869 U1 МПК Устройство^для определения диэлектрической проницаемости пластин и толщин нанометровых проводящих пленок / Д.А. Усанов, С.А Никитов, А.В. Скрипаль, В.Е. Орлов, А.П. Фролов. G01N 22/00 В82В 1/00 Заявка: 2013125178/07 от 30.05.2013; Опубл. 10.09.2014; Бюл. 25.

25. Yablonovitch E. Inhibited spontaneous emission in solid-state physics and electronics// Phys. Rev. Lett. 1987. Vol. 58, no. 20. pp. 2059—2062.

26. Yablonovitch E. Photonic Crystals: Semiconductors of Light// Scientific American. 2001. Vol. 285, no. 6. pp. 47-55.

27. Yablonovitch E. Photonic band-gap structures// Journal of the Optical Society of America B-Optical Physics. 1993. Vol. 10, no.2. pp. 283-295.

28. Yablonovitch E. Photonic band-gap crystals// Journal of Physics-Condensed Matter. 1993. Vol.5, no. 16. pp. 2443-2460.

29. Особенности спектров отражения и поглощения одномерных резонансных фотонных кристаллов/ М.М. Воронов, E.JI. Ивченко, В.А. Кособукин, А.Н. Поддубный // ФТТ. 2007. Т. 49, вып. 9. С. 1709-1718.

30. Dubey R.S., Gautam D.K. Propagation of electromagnetic waves in ID finite photonic crystals for the investigation of linear properties// Journal of Modern Optics. 2009. Vol. 56, issue 4, pp. 487^95.

31. Особенности распространения электромагнитных волн в слоистых магнитных фотонных кристаллах/ Ю.И. Беспятых, И.Е. Дикштейн, В.П. Мальцев, С.А. Никитов, В. Василевский// ФТТ. 2003. Т. 45, вып. 11. С. 20562061.

32. Басанов Б.В., Ветлужский А.Ю. Исследование волноводных структур на основе двумерных фотонных кристаллов// ПЖТФ. 2008. Т. 34, вып. 13. С. 1-7.

33. Ветлужский А.Ю. О резонансных свойствах двумерных фотонных кристаллов//ПЖТФ. 2010.Т. 36, вып. 12. С. 78-85.

34. Ветров С.Я., Тимофеев И.В., Рудакова Н.В. Зонная структура резонансного двумерного фотонного кристалла// ФТТ. 2010. Т. 52, вып. 3. С. 489=494. " ""

35. Lin S.Y., Arjavalingam G. & Robertson W.M. Investigation of Absolute Photonic Band Gaps in Two-dimensional Dielectric Structures// Journal of Modern Optics. 1994. Vol. 41, issue 2. pp. 385-393.

36. Suzuki Т. & Yu P. К. L. Existence of Photonic Band Gaps in Two-Dimensional Metallodielectric Photonic Crystals// Electromagnetics. 1999. Vol. 41, no. 2, pp. 321-335.

37. Win J.N., Meade R.D. & Joannopoulos J.D. Two-dimensional Photonic Band-gap Materials// Journal of Modern Optics. 1994. Vol. 41. no. 2. pp. 257-273.

38. Figotin A., Godin Y.A. Two-dimensional tunable photonic crystals// Phys. Rev B. 1998. Vol. 57, no.5, pp. 2841-2848.

39. Li L.-M. Two-dimensional photonic crystals: Candidate for wave plates// Appl. Phys. Lett. 2001. Vol. 78, issue 22. pp. 3400-3402.

40. Гуляев Ю.В., Никитов С.А. Фотонные и магнитофотонные кристаллы - новая среда для передачи информации// Радиотехника. 2003. №8. С. 26-30.

41. Yablonovitch Е, Gmitter T.J. Photonic band structure: the face-centered-cubic case // Phys. Rev. Lett. 1989. Vol. 63, no. 18, pp. 1950-1953.

42. Yablonovitch E, Gmitter T.J., Leung K.M. Photonic band structure: The face-centered-cubic case employing nonspherical atoms// Phys Rev Lett. 1991. Vol. 67, no. 17. pp. 2295-2298.

43. 3-dimensional photonic band structure/ E. Yablonovitch, T.J. Gmitter, K.M. Leung, R.D. Meade, A.M. Rappe, K.D. Brommer, J.D. Joannopoulos // Optical & Quantum Electronics. 1992. Vol. 24, no. 2. pp. S273-S283.

44. Ивченко E.JI., Поддубный A.H. Резонансные трехмерные фотонные кристаллы// ФТТ. 2006. Т. 48, вып. 3. С. 540-547.

45. Давидович М.В., Стефюк Ю.В., Шиловский П.А. Металлические проволочные фотонные кристаллы. Анализ электрофизических свойств// ЖТФ. 2012. Т. 82, вып. 3. С. 7-14.

--- 46':— Характеризация "фотонных кристаллов на основе композитов опал-

полупроводник по спектрам брэгговского отражения света/ Г.М. Гаджиев, В.Г. Голубев, Д.А. Курдюков, А.Б. Певцов, А.В. Селькин, В.В. Травников // ФТП. 2005. Т. 39, вып. 12. С.1423-1429.

47. Фотонные кристаллы на основе композитов опал-GaP и опал-GaPN: получение и оптические свойства/ Г.М. Гаджиев, В.Г. Голубев, М.В. Заморянская, Д.А. Курдюков, А.В. Медведев, J. Merz, A. Mintairov, А.Б. Певцов, А.В. Селькин, В.В. Травников, Н.В. Шаренкова// ФТП. 2003. Т. 37, вып. 12, С. 1449-1455.

48. Фотонные кристаллы с перестраиваемой запрещенной зоной на основе заполненных и инвертированных композитов опал—кремний/ В.Г. Голубев, В.А. Кособукин, Д.А. Курдюков, А.В. Медведев, А.Б. Певцов// ФТП. 2001. Т. 35, вып. 6. С. 710-713.

49. Johnson S., Joannopoulos J. В lock-iterative frequency-domain methods for Maxwell's equations in a planewave basis// Optics Express. 2001. Vol. 8, issue 3. pp. 173-190.

50. Leung K.M. & Qiu Y. Computation of Complex Band Structures and Transmission Spectra of 2-D Photonic Crystals Using a Layer-KKR Method// Electromagnetics, 1999. Vol. 19, issue 3, pp. 305-319.

51. Modinos A., Stefanou N., and Yannopapas V. Applications of the layer-KKR method to photonic crystals// Optics Express. 2001. Vol. 8, issue 3. pp. 197— 202.

52. Robertson W.M., Boothroyd S.A. & Chan L. Photonic Band Structure Calculations Using a Two-dimensional Electromagnetic Simulator// Journal of Modern Optics. 1994. Vol. 41, issue 2. pp. 285-293.

53. Zhang L., Alexopoulos N.G. Finite-Element Based Techniques for the Modeling ofPBG Materials//Electromagnetics. 1999. Vol. 19, issue 3, pp. 225-239.

54. Давидович M.B., Шиловский П.А. Расчет зонных диаграмм металлических проволочных фотонных кристаллов// ЖТФ. 2012. Т. 82, вып. 12. С. 79-83:55. Фотонные структуры и их использование для измерения

параметров материалов/ Д.А. Усанов, А.В. Скрипаль, А.В. Абрамов, А.С. Боголюбов, М.Ю. Куликов// Известия вузов. Электроника. 2008. № 5. С. 25— 32.

56. Contopanagos H., Alexopoulos N.G., and Yablonovitch E. High-Q Radio-Frequency Structures Using One-Dimensionally Periodic Metallic Films// IEEE Transactions on microwave theory and techniques. 1998. Vol. 46, no. 9. pp. 1310—1312.

57. СВЧ-фотонные структуры и их использование для измерения параметров материалов и создания функциональных устройств СВЧ-электроники/ Д.А. Усанов, А.В. Скрипаль, А.В. Абрамов, А.С. Боголюбов, М.Ю. Куликов, B.C. Скворцов, М.К. Мерданов// Физика волновых процессов и радиотехнические системы. 2008. Т. 11, № 3. С. 51—59.

58. Contopanagos Н., Yablonovitch Е., Alexopoulos N.G., Electromagnetic properties of periodic multilayers of ultrathin metallic films from dc to ultraviolet frequencies//J. Opt. Soc. Am. A. 1999. Vol. 16, no. 9. pp. 2294—2306.

59. Development of three-dimensional photonic-crystal waveguides at optical communication wavelengths/ M. Imada, L.H. Lee, M. Okano, S. Kawashima, and S. Noda // Appl. Phys. Lett. 2006. Vol. 88, issue 17. pp. 171107-171107-3.

60. Силин P. А. О фотонных кристаллах// Радиотехника и электроника.2008. Т. 53, № 2.С. 133-143.

61. Шабанов В.Ф., Ветров С.Я., Шабанов А.В. тОптика реальных фотонных кристаллов. Жидкокристаллические дефекты, неоднородности// Новосибирск. Изд-во. СО РАН. 2005. 239 с.

62. Three-dimensional metallodielectric photonic crystals exhibiting resonant infrared stop bands/ K.A. Mcintosh, L.J. Mahoney, K.M. Molvar, O.B. McMahon, S. Verghese et al.// Appl. Phys. Lett. 1997. Vol. 70, issue 22. pp. 29372939.

63. Оптические исследования двумерного фотонного кристалла с квантовыми точками InAs7InGaAs в качестве активной области/ С.А. Блохин, О.А. Усов, А.В. Нащекин, Е.М. Аракчеева, Е.М. Танклевская, С.Г. Конников, А.Е. Жуков, М.В. Максимов, Н.Н. Леденцов, В.М. Устинов// ФТП. 2006. Т. 40, вып. 7. С. 833-838.

64. Ganesh N., Cunninghama B.T. Photonic-crystal near-ultraviolet reflectance filters fabricated by nanoreplica molding// Appl. Phys. Lett. 2006. Vol. 88, issue 7. pp. 071110-071110-3.

65. Ultraviolet photonic crystal laser/ X. Wu, A. Yamilov, X. Liu, S. Li, V. P. Dravid, R. P. H. Chang, and H. Cao// Appl. Phys. Lett. 2004. Vol. 85, issue 17. pp. 3657-3659.

66. Radeonychev Y.V., Koryukin I.V., Kocharovskaya O. Continuous wave photonic crystal laser in ultraviolet range// Laser Physics. 2009. Vol. 19, issue 6, pp. 1207-1212.

67. Yablonovitch E. Photonic Crystals// Journal of Modern Optics. 1994. Vol. 41, no. 2, pp. 173-194.

68. Беляев Б. А., Волошин А. С., Шабанов В. Ф. Исследование микрополосковых моделей полосно-пропускающих фильтров на одномерных фотонных кристаллах// Доклады Академии Наук. 2005. Т. 400, №2. С. 181— 185.

69. Использование микрополосковых и волноводных фотонных кристаллов для измерения параметров материалов и наноструктур/ Д.А. Усанов, А.В. Скрипаль, А.В. Абрамов, А.С. Боголюбов, М.Ю. Куликов, B.C. Скворцов, М.К. Мерданов// Перспективные технологии, оборудование и аналитические системы для материаловедения и наноматериалов: Материалы I Международной казахстанско-российско-японской научной конференции и VI российско-японского семинара/ Под. ред. проф. JI.B. Кожитова. М.: Интерконтакт Наука. Усть-Каменогорск: ВКГТУ. 2008. 840 с. С. 336—344.

70. Spatial filtering using dielectric photonic crystals at beam-type excitation/ E. Colak, A.O. Cakmak, A.R Serebryannikov, and E. Ozbay // J. Appl.

— Phys."2010/"Vol. 108, issue 11.pp. 113T06-1 ШОб-^Г "

71. Bulgakov S.A. & Nieto-Vesperinas M. Defect-enhanced resonances in photonic lattices// Waves in Random Media. 2000. Vol. 10, issue 3. pp. 359-366.

72. Padjen R., Gerard J.M. & Marzin J.Y. Analysis of the Filling Pattern Dependence of the Photonic Bandgap for Two-dimensional Systems// Journal of Modern Optics. 1994. Vol. 41, no. 2, pp. 295-310.

73. Karathanos V. Inactive frequency bands in photonic crystals// Journal of Modern Optics. 1998. Vol. 45, no. 8, pp. 1751-1758.

74. Переключение фотонной запрещенной зоны в трехмерных пленочных фотонных кристаллах на основе композитов опал^Ог в спектральной области 1.3-1.6 мкм/ А.Б. Певцов, С.А. Грудинкин, А.Н. Поддубный, С.Ф. Каплан, Д.А. Курдюков, В.Г. Голубев// ФТП. 2010. Т. 44, вып. 12. С. 1585-1590.

75. Kuriazidou С.А., Contopanagos H.F., Alexopolos N.G. Monolithic waveguide filters using printed photonic-bandgap materials// IEEE Transactions on microwave theory and techniques. 2001. Vol. 49, no. 2. pp. 297—306.

76. Karmakar N.C., Mollah M.N. Investigations Into Nonuniform Photonic-Bandgap Microstripline Low-Pass Filters// IEEE Transactions on microwave theory and techniques. 2003. Vol. 51, no. 2, pp. 564—572.

77. Многокомпонентные фотонные кристаллы: селективное упраление световыми потоками и резонансные стоп-зоны/ М.Ф. Лимонов, А.В. Барышев, М. Inoue, А.А. Каплянский, М.В. Рыбин, К.Б. Самусев, А.В. Селькин, А.Б. Ханикаев, Г.Н. Юшин// Российские нанотехнологии. 2008. Т.З, №1-2. С. 142— 145.

78. Самусев А.К., Рыбин М.В., Лимонов М.Ф. Селективное переключение стоп-зон в двумерных многокомпонентных фотонных кристаллах// ФТТ. 2009. Т. 51, вып. 3. С. 487-^192.

79. Ветров С.Я., Тимофеев И.В., Рудакова Н.В. Прохождение' света — через ^"плоскопарштлельную пластинку двумерного резонансного фотонного

кристалла// ФТТ. 2011. Т. 53, вып. 1. С. 133-138.

80. Увеличение интенсивности фотолюминесценции и комбинационного рассеяния света в одномерных фотонных кристаллах на

основе пористого кремния/ К.А. Гончар, Г.К. Мусабек, Т.И. Таурбаев, В.Ю. Тимошенко// ФТП. 2011. Т. 45, вып. 5, С. 625-628.

81. Хиральные фотонные кристаллы с электрически управляемым анизотропным дефектом. Эксперимент и теория/ Р.Б. Алавердян, К.Р. Аллахвердян, А.А. Геворгян, А.Д. Чилингарян, Ю.С. Чилингарян// ЖТФ. 2010. Т. 80, вып. 9. С. 85-90.

82. Термооптическое переключение в одномерном фотонном кристалле/ В.А. Гуняков, В.П. Герасимов, С.А. Мысливец, В.Г. Архипкин, С.Я. Ветров, Г.Н. Камаев, А.В. Шабанов, В.Я. Зырянов, В.Ф. Шабанов// ПЖТФ. 2006. Т. 32, вып. 21. С. 76-83.

83. Управление пропусканием многослойного фотонного кристалла с жидкокристаллическим дефектом с помощью магнитного поля/ В.А. Гуняков, С.А. Мысливец, A.M. Паршин, В.Я. Зырянов, В.Г. Архипкин, В.Ф. Шабанов // ЖТФ. 2010. Т. 80, вып. 10. С. 95-100.

84. Волноводные фотонные кристаллы с характеристиками, управляемыми p-i-n-диодами/ Д.А. Усанов, А.В. Скрипаль, А.В. Абрамов, А.С. Боголюбов, B.C. Скворцов, М.К. Мерданов// Изв.вузов Электроника. 2010. № 1. С. 24—29.

85. Photonic Crystal at Millimeter Waves Applications/ H.C.C. Fernand'es, J.L.G. Medeiros, I.M.A. Junior, and D.B. Brito// PIERS Online. 2007. Vol. 3, no. 5. pp. 689-694.

86. Microwave Propagation in a Square Lattice Using Different Dielectric Materials for Device Applications/ E.D.V. Nagesh, V. Subramanian, V. Sivasubramanian & V.R.K. Murthy // Ferroelectrics. 2005. Vol. 327, issue 1. pp. 1117.

877 " Micromachined millimeter wave photonic bandgap crystals/ E. Ozbay, E. Michel, G. Tuttle, R. Biswas, M. Sigalas, and K.M. Ho// Appl. Phys. Lett. 1994. Vol. 64, issue 16. pp. 2059-2061.

88. Study of One Dimensional Photonic Band Gaps at Microwave Frequencies for Microwave Filters/ G.S. Babu, V. Subramanian, V. Sivasubramanian & V.R.K. Murthy //Ferroelectrics. 2005. Vol. 327, issue 1, pp. 19-25.

89. Исследование амплитудно-частотных характеристик волноводного фотонного кристалла, состоящего из периодически чередующихся слоев, выполненных в виде матриц с большим числом воздушных включений/ Д.А. Усанов, С.А. Никитов, А.В. Скрипаль, В.О. Горлицкий// Материалы 23-ой Международной Крымской конференции "СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии" (КрыМиКо'2013). Севастополь, 9-13 сентября 2013 г.: Материалы конференции. Севастополь: «Вебер», 2013, Т. 2, С. 740-741. ISBN: 978-966-335-395-1. IEEE Catalog Number: CFP13788.

90. Беляев Б.А., Волошин А.С., Шабанов В.Ф. Исследование микрополосковых аналогов полосно-пропускающих фильтров на одномерных фотонных кристаллах// Радиотехника и электроника. 2006. Т. 51, № 6. С. 694— 701.

91. Беляев Б. А., Волошин А.С., Шабанов В.Ф. Исследование добротности резонанса примесной моды в микрополосковой модели одномерного фотонного кристалла// Доклады Академии Наук. 2005. Т. 403, № 3, С. 319—324.

92. Беляев Б.А., Ходенков С.А., Шабанов В.Ф. Исследование полосно-пропускающих фильтров на одномерных диэлектрических фотонных кристаллах//Известия высш. учеб. заведений. Физика. 2008. Т. 51, С. 150—153.

93. Беляев Б.А., Волошин А.С., Шабанов В.Ф. Исследование микрополосковых моделей полосно-пропускающих фильтров на сверхрешетках// Доклады Академии Наук. 2004. Т. 39,5., №..6. С. 756—760.-- • -

94. Saib A., Huynen I. Periodic Metamaterials Combining Ferromagnetic Nanowires and Dielectric Structures for Planar Circuits Applications// Electromagnetics. 2006. Vol. 26, issue 3-4, pp. 261-277.

95. Chang C., Qian Y., and Itoh T. Analysis and applications of uniplanar compact photonic bandgap structures// Progress In Electromagnetics Research. 2003. Vol. 41. pp. 211-235.

96. Uniplanar Compact Photonic-Bandgap (UC-PBG) Structure and Its Applications for Microwave Circuits/ F.-R. Yang, K.-P. Ma, Y. Qian, and T. Itoh // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. Vol. 47, issue 8. pp. 1509-1514.

97. Defected ground structures (DGS) and uniplanar compact-photonic band gap (UC-PBG) structures for reducing the size and enhancing the out-of-band rejection of microstrip bandpass ring resonator filters/ H. B. El-Shaarawy, F. Coccetti, R. Plana, M. El-Said and E.A. Hashish // WSEAS TRANSACTIONS on COMMUNICATIONS. 2008. Vol. 7, issue 11. pp. 1112-1121.

98. Qian Y. and Itoh T. Microwave Applications of Photonic Band-Gap (PBG) Structures// APMC-Asia-Pacific Microwave Conference. 1999. Vol. 2, pp. 315-318.

99. Gonzalo R., Nagore G. Simulated and Measured Performance of a Patch Antenna on a 2-Dimensional Photonic Crystals Substrate// Progress In Electromagnetics Research.2002. Vol. 37. pp. 257-269.

100. Brown E.R., McMahon O.B., and Parker C.D. Photonic-Crystal Antenna Substrates// MIT Lincoln Laboratory Journal. 1998. Vol. 11, no.2. pp. 159-174.

101. Huie K.C. Microstrip Antennas: Broadband Radiation Patterns Using Photonic Crystal Substrates// Virginia Polytechnic Institute and State University, Blacksburg, VA, USA. 2002. 64 p.

102. The Effect of Photonic Crystals on Dipole Antennas/ M.M. Sigalas, R. Biswas, K.-M. Ho, W. Leung, -G. Tuttle &-D.D. Crouch// Electromagnetics. 1999. Vol. 19, issue 3, pp. 291-303.

103. Integration of a Microstrip Patch Antenna with a Two-Dimensional Photonic Crystal Substrate/ K. Agi, K. J. Malloy, E. Schamiloglu, M. Mojahedi & E. Niver//Electromagnetics. 1999. Vol. 19, issue 3. pp. 277-290.

104. Resonant cavity enhanced detectors embedded in photonic crystals/ B. Temelkuran, E. Ozbay, J. P. Kavanaugh, G. Tuttle, and К. M. Ho // Appl. Phys. Lett. 1998. Vol. 72, issue 19. pp. 2376-2378.

105. MunirA., Fusco V., Malyuskin O. Tunable Frequency Selective Surfaces Characterisation // Proc of the 38-th European Microwave Conf. Amsterdam, Netherlands. 27—31st October 2008. — 2008. — P. 813—816.

106. Chang Т.К., Langley R. J., Parker E. A, Active frequency selective surfaces // IEE Proc. H. — 1996. — Vol. 143. — P. 62—66.

107. Yashchyshyn Y., Derzakowski K., Modelski J., Extending functionalities of waveguide slot antennas by means of reconfigurable aperture // Proc. of the 38-th European Microwave Conf. Amsterdam, Netherlands. 27— 31st October 2008. —2008. — P. 258—261.

108. Куликов М.Ю. Микрополосковые фотонные структуры СВЧ-диапазона и их использование для измерения параметров диэлектриков: дисс. канд. физ.-мат. наук: 01.04.03; 05.27.01/ Куликов Максим Юрьевич. -Саратов, 2011.- 150 с.

109. Rauscher С. Reconfigurable bandpass filter with a three-to-one switchable passband width // IEEE Trans. Microw. Theory Tech. — 2003. — Vol. 51, N. 2. — P. 573—577.

110. Hein Reconfigurable Ka-Band Switch Matrix for On-Orbit Verificatio/ Stefan Humbla, Jens Muller, Ralf Stephan, Dirk Stopel, Johannes F. Trabert, Gabor Vogt, and A. Matthias // Proceedings of the 39th European Microwave Conference, September — October 2009, Rome, Italy, P. 610—613

111. Ближнеполевая сканирующая СВЧ-микроскопия и области ее применения./ Д.А. Усанов.-— Саратов:-Изд-во Сарат. ун-та, 2010. — 100 с.

112. Near-field microwave microscopy of materials properties" in Microwave Superconductivity / S.M.Anlage, D.E.Steinhauer, B.J.Feenstra et al. / Eds. H. Weinstock and M. Nisenoff. - Amsterdam. The Netherlands: Kluwer, 2001. - P. 239-269.

113. Усанов Д.А., Горбатов С.С. Резонансы в системе диафрагма-короткозамыкающий поршень // Изв. вузов. Радиофизика. - 2001. - Т.44, № 12. - С. 1046-1049.

114. Усанов Д.А., Горбатов С.С. Волноводный измерительный резонатор // Изв. вузов. Радиоэлектроника. - 2002. - Т.45. - № 9. - С. 26-28.

115. Kleismit R. A., Kazimierczuk M. К. and Kozlowski G. Sensitivity and Resolution of Evanescent Microwave Microscope // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. - 2006. - Vol. 54. -N 2. - P. 639-647.

116. Anlage S.M., Talanov V.V., Schwartz A.R. Principles of Near-fi eld Microwave Microscopy//Scanning Probe Microscopy: Electrical and Electromechanical Phenomena at the Nanoscale. N.Y.: Springer-Verlag, 2007. V. 1. P. 215-253.

117. Ash E.A., Nicholls G. Super-resolution Aperture Scanning Microscope //Nature. 1972. V. 237, № 5357. P. 510-512.

118. Golosovsky M., Davidov D. Novel millimeter-wave near-fi eld resistivity microscope // Appl. Phys. Lett. 1996. V. 68, № 11. P. 1579-1581.

119. Near-fi eld scanning microwave probe based on a dielectric resonator/ M. Abu-Tuir, M. Golosovsky, D. Davidov, A. Frenkel, H. Goldberger // Review of Scientifi с Instruments. 2001. V. 72, № 4. P. 2073-2079.

120. Резонаторый зонд ближнеполевого сканирующего микроволнового микроскопа/ Ю.Е. Гордиенко, А.А. Рябухин, Н.И. Слипченко, В.В. Ананьин// 15-я Междунар. Крымская конф. «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии»: материалы конф. 12-16 сент. 2005. Севастополь. Крым. Украина. М.; Киев; Минск; Севастополь: Вебер, 2005. С. ,721-722. _ _ ------ " ---- " ~ — " ~

121. Scanning tip microwave near-field microscope/ T. Wei, X.-D. Xiang, W.G. Wallace-Freedman, P.G. Schultz// Appl. Phys. Lett. 1996. V. 68, № 24. P. 3506-3508.

122. Устройство для измерений диэлектрической проницаемости материалов: А.с. 1114979 СССР / Усанов Д.А., Вагарин А.Ю., Безменов А.А.; заявитель Саратовский ун-т; опубл. 07.08.84. Бюл. № 35. Приоритет 22.06.82.

123. Lee K.J., Kim J.Y., Yoo H.J., Yang J.I., Kim S.H. Near-fi eld Scanning, Microwave Microscope Using Dielectric Resonator. Pat. USA № US7,130,755B2. Data of patent: Oct. 31, 2006. Prior Publ. Data:Nov. 3. 2005.

124. Investigations into nonuniform photonic-bandgap microstripline low-pass filters / N. C. Karmakar, M. N. Mollah // IEEE transactions on microwave theory and techniques, 2003, vol. 51, № 2.

125. Усанов Д. А., Орлов В. E., Безменов А. А. Рамочные элементы связи в волноводе //Электронная техника. Электроника СВЧ, 1977, Т. 1, № 3, С. 37- 41.

126. Орлов В. Е., Лыков Ю. И. Амплитудно-частотные характеристики СВЧ- фильтра на основе двухпроводной длинной линии в волноводе //Электронная техника. Электроника СВЧ, 1976. №7. С. 93-95. .

127. Усанов Д. А., Орлов В. Е. Использование рамочной связи в полупроводниковых устройствах для управления СВЧ мощностью // Электронная техника. Электроника СВЧ. 1975. №1. С. 35-37.

128. Патент РФ на изобретение №2349904. Способ измерения электрофизических параметров структуры «нанометровая металлическая пленка - полупроводниковая или диэлектрическая подложка/ Усанов Д.А., Скрипаль А.В., Абрамов А.В., Боголюбов А.С., Скворцов B.C., Мерданов В.К. Опубл. 20.03.2009. Бюлл. №8 (по заявке на изобретение 2007134232/09(037404) от 13.09.2007). МПК G01N 22/00 (2006.01)

129. _ Измерения толщины нанометровых слоев металла и электропроводности полупроводника в структурах металл—полупроводник по спектрам отражения и прохождения электромагнитного излучения/ Д А. Усанов, А.В. Скрипаль, А.В. Абрамов, А.С. Боголюбов // ЖТФ. 2006. Т. 76, вып. 5. С. 112—117.

130. Патент РФ на изобретение №2326368. Способ измерения параметров структуры «металлическая пленка - полупроводниковая или диэлектрическая подложка»/ Усанов Д.А., Скрипаль A.B., Абрамов A.B., Боголюбов A.C. Опубл. 10.06.2008. Бюл. №. 16 (по заявке на изобретение 2006144142/28(048203) от 14.12.2006). МПК G01N22/00, G01B15/02.

131. СВЧ-методы измерения параметров полупроводников/ Усанов Д.А.// Саратов: Изд-во Сарат. ун-та. 1985. 55 с.

132. Стафеев В.И. Влияние сопротивления толщин полупроводника на вид вольтамперной характеристики диода//ЖТФ, 1958г., Т.28, №8, сс.1631-1642

133. Баранов Л.И., Климов Б.Н., Селищев Г.В. К вопросу о распределении носителей и изменений времени жизни в базовой области р-«-и+-диода при высоких уровнях инжекции// Радиотехника и электроника. 1966. Т.11, №8. С. 1441-1446.

134. Усанов Д.А., Скрипаль Ал.В., Скрипаль Ан.В. Физика полупроводниковых радиочастотных и оптических автодинов. Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 2003. 312 с.

135. Усанов Д.А., Скрипаль A.B. Физика работы полупроводниковых приборов в схемах СВЧ. Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 1999. 376 с.

136. Использование эффекта автодинного детектирования в полупроводниковых СВЧ генераторах для создания устройств радиоволнового контроля/ Д.А. Усанов, В.Д. Тупикин, A.B. Скрипаль, Б.Н. Коротин// Дефектоскопия. 1995. №5. С. 16-20.

137. Усанов Д. А., Скрипаль А. В. Эффект автодинного детектирования в генераторах на диодах Ганна и его использование для контроля толщины и диэлектрической проницаемости материалов // Изв. вузов. Радиоэлектроника. 1987. Т. 30, № 10. С. 76-77.

138. Эффект автодинного детектирования в генераторе на диоде Ганна с низкочастотным колебательным контуром в цепи питания/Д. А. Усанов, А. В.

© h

Скрипаль, А. А. Авдеев, А. В. Бабаян // Радиотехника и электроника. 1996. Т. 41, № 12. С. 1497-1500.

139. Murayama К., Ohmi Т. Static negative resistance in highly doped Gunn diodes and application to switching and amplification// Japan J. Appl. Phys. 1973. Vol.12, №12. P. 1931-1940.

140. Арапов Ю.Г., Давыдов А.Б. Волноводные методы измерения электрофизических параметров полупроводников на СВЧ//Дефектоскопия. 1978. № 11. С. 63-67.

141. 7Т173 - Aluminium Translation Stages Narrow. - URL: http://www.standa.lt/products/catalog/translation_rotation?item=21&prod=aluminiu m_translation_stages_narrow

142. Near-field transmission imaging by 60 GHz band waveguide-type microscopic aperture probe/ S. Theerawisitpong, T. Suzuki, T. Negeshi, Y. Watanabe // IEICE Trans, on Commun. - 2007. Vol. E90-B. -N 9. - P. 2387-2393.