Для цитирования:
Скрипаль А. В., Пономарев Д. В., Волшаник М. А., Добдин С. Ю. Резонансные эффекты в СВЧ фотонных кристаллах с поглотителем на основе целлюлозной бумаги // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Физика. 2026. Т. 26, вып. 1. С. 4-18. DOI: 10.18500/1817-3020-2026-26-1-4-18, EDN: COLBYW
Резонансные эффекты в СВЧ фотонных кристаллах с поглотителем на основе целлюлозной бумаги
Теоретически и экспериментально исследовано возникновение фотонных таммовских резонансов в запрещенных зонах одномерного сверхвысокочастотного фотонного кристалла при использовании поглотителя электромагнитной энергии, созданного на основе водосодержащих структур (материалы «зелёной» электроники) в виде матрицы из целлюлозной бумаги с различной массовой долей наполнителя – дистиллированной воды для реализации интерфейса с управляемыми параметрами. На основании результатов компьютерного моделирования с использованием метода матрицы передачи и эксперимента доказана возможность управления фотонными резонансами Тамма с помощью изменения толщины слоя целлюлозы, массовой доли дистиллированной воды и толщины воздушного зазора между фотонным кристаллом и слоем целлюлозы. При увеличении толщины целлюлозной бумаги, содержащей дистиллированную воду при её массовой доле более 51%, наблюдаются затухающие осцилляции частот таммовских резонансов в первой и второй запрещённых зонах. Увеличение толщины целлюлозной бумаги также приводит к затухающим осцилляциям коэффициентов отражения в первой и второй запрещённых зонах, величины которых при больших толщинах целлюлозной бумаги становятся постоянными величинами, зависящими как от массовой доли воды, так и от зазора между последним слоем фотонного кристалла и слоем целлюлозной бумаги. Изменение параметров интерфейса с помощью регулировки величины воздушного зазора между фотонным кристаллом и слоем целлюлозы позволяет управлять амплитудой таммовских резонансов. При этом для каждой фиксированной толщины слоя целлюлозы с конкретной величиной массовой доли дистиллированной воды для достижения максимальной амплитуды таммовского резонанса следует выбрать вполне определённую величину воздушного зазора.
- Rybin M. V., Limonov M. F. Resonance effects in photonic crystals and metamaterials. Phys. Usp., 2019, vol. 62, no. 8, pp. 823–838. https://doi.org/10.3367/UFNe.2019.03.038543
- Tolmachev V. A. Optical properties of one-dimensional photonic crystals obtained by micromatchining silicon (A review). Opt. Spectrosc., 2017, vol. 122, no. 4, pp. 646–660. https://doi.org/10.1134/S0030400X17030201
- Sibilia C., Benson T. M., Marciniak M., Szoplik T., eds. Photonic Crystals: Physics and Ttechnology. Milan, Springer, 2008. 284 p. https://doi.org/10.1007/978-88-470-0844-1
- Usanov D. A., Nikitov S. A., Skripal A. V., Ponomarev D. V. One-dimensional Microwave Photonic C rystals: New Applications. Boca Raton, CRC Press, 2019. 154 p. https://doi.org/10.1201/9780429276231
- Skripal A. V., Ponomarev D. V., Komarov A. A. Tamm resonances in the structure 1-D microwave photonic crystal/conducting nanometer layer. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, 2020, vol. 68, iss. 12, pp. 5115–5122. https://doi.org/10.1109/TMTT.2020.3021412
- Skripal A. V., Ponomarev D. V., Komarov A. A., Sharonov V. E. Tamm resonances control in one-dimensional microwave photonic crystal for measuring parameters of heavily doped semiconductor layers. Izvestiya of Saratov University. Physics, 2022, vol. 22, iss. 2, pp. 123–130 (in Russian). https://doi.org/10.18500/1817-3020-2022-22-2-123-130
- Sato T., Buchner R. Dielectric relaxation processes in ethanol/water mixtures. J. Phys. Chem. A, 2004, vol. 108, iss. 23, pp. 5007–5015. https://doi.org/10.1021/jp035255o
- Meissner T., Wentz F. J. The complex dielectric constant of pure and sea water from microwave satellite observations. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 2004, vol. 42, no. 9, pp. 1836–1849. https://doi.org/10.1109/TGRS.2004.831888
- Wen J., Zhao Q., Peng R., Yao H., Qing Y., Yin J., Ren Q. Progress in water-based metamaterial absorbers: A review. Optical Materials Express, 2022, vol. 12, no. 4, pp. 1461–1479. https://doi.org/10.1364/OME.455723
- Yoo Y. J., Ju S., Park S. Y., Kim Y. Ju., Bong J., Lim T., Kim K. W., Rhee J. Y., Lee Y. Metamaterial absorber for electromagnetic waves in periodic water droplets. Scientific Reports, 2015, vol. 5, no. 1, art. 14018. https://doi.org/10.1038/srep14018
- He F., Si K., Zha D., Li R., Zhang Yu., Dong J., Miao L., Bie Sh., Jiang J. Broadband microwave absorption properties of a frequency-selective surface embedded in a patterned honeycomb absorber. IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility, 2021, vol. 63, iss. 4, pp. 1290–1294. https://doi.org/10.1109/TEMC.2021.3050184
- Kuzhir P. P., Paddubskaya A. G., Volynets N. I., Batrakov K. G., Kaplas T., Lamberti P., Kotsilkova R., Lambin P. Main principles of passive devices based on graphene and carbon films in microwave – THz frequency range. J. Nanophoton., 2017, vol. 11, no. 3, art. 032504. https://doi.org/10.1117/1.JNP.11.032504
- Zheng J., Zheng H., Pang Y., Qu B., Xu Z. Transparent broadband absorber based on a multilayer ITO conductive film. Optics Express, 2023, vol. 31, no. 3, pp. 3731–3742. https://doi.org/10.1364/OE.482992
- Bogatskaya A. V., Klenov N. V., Nikiforova P. M., Popov A. M., Schegolev A. E. Features of propagation and absorption of electromagnetic signals in periodic structures of conducting and dielectric layers. Opt. Spectrosc., 2022, vol. 130, no. 4, pp. 481–487 (in Russian). https://doi.org/10.21883/OS.2022.04.52259.48-21
- Skripal A. V., Ponomarev D. V., Volshanik M. A. Resonances in microwave photonic crystals using a continuous layer of water as an interface. Technical Physics Letters, 2024, iss. 8, pp. 26–29. https://doi.org/10.61011/PJTF.2024.15.58437.19880
- Skripal A. V., Ponomarev D. V., Volshanik M. A. Control of resonances in a one-dimensional bragg structure of the microwave range using a distilled water layer as an interface. Izvestiya of Saratov University. Physics, 2024, vol. 24, iss. 4, pp. 398–411 (in Russian). https://doi.org/10.18500/1817-3020-2024-24-4-398-411
- Jose S. A., Cowan N., Davidson M., Godina G., Smith I., Xin J., Menezes P. L. A comprehensive review on cellulose nanofibers, nanomaterials, and composites: Manufacturing, properties, and applications. Nanomaterials, 2025, vol.15, iss. 5, art. 356. https://doi.org/10.3390/nano15050356
- Song S., Li H., Liu P., Peng X. Applications of cellulose-based composites and their derivatives for microwave absorption and electromagnetic shielding. Carbohydr. Polym., 2022, vol. 287, art. 119347. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2022.119347
- Chen Y., Pang L., Li Y., Luo H., Duan G., Mei C., Xu W., Zhou W., Liu K., Jiang S. Ultra-thin and highly flexible cellulose nanofiber/silver nanowire conductive paper for effective electromagnetic interference shielding. Composites Part A, 2020, vol. 135, art. 105960. https://doi.org/10.1016/j.compositesa.2020.105960
- Lee T. W., Lee S. E., Jeong Y. G. Highly effective electromagnetic interference shielding materials based on silver nanowire/cellulose papers. ACS Appl. Mater. Interfaces, 2016, vol. 8, iss. 20, pp. 13123–13132. https://doi.org/10.1021/acsami.6b02218
- Wu L. P., Li Y. Z., Wang B. J., Mao Z. P., Xu H., Zhong Y., Zhang L., Sui X. Electroless Ag-plated sponges by tunable deposition onto cellulose-derived templates for ultra-high electromagnetic interference shielding. Mater. Des., 2018, vol. 159, pp. 47–56. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2018.08.037
- Usanov D. A., Skripal A. V., Abramov A. V., Bogolyubov A. S. Determination of the metal nanometer layer thickness and semiconductor conductivity in metal-semiconductor structures from electromagnetic reflection and transmission spectra. Technical Physics, 2006, vol. 51, no. 5, pp. 644–649. https://doi.org/10.1134/S1063784206050173
- Fan S., Yanik M. F., Wang Z., Sandhu S., Povinelli M. L. Advances in theory of photonic crystals. Journal of Lightwave Technology, 2006, vol. 24, no. 12, pp. 4493–4501. https://doi.org/10.1109/JLT.2006.886061
- Nikitin A. A., Nikitin A. A., Ustinov A. B., Kalinikos B. A., Lähderanta E. Microwave photonic crystal on the slot transmission line with a ferroelectric film. Technical Physics, 2016, vol. 61, no. 6, pp. 913–918. https://doi.org/10.1134/S106378421606013X
- Agilent 85071E Materials Measurement Software. Technical Overview. Available at: https://hibp.ecse.rpi.edu/~connor/RF/Antenna%20Disk%20from%20Electrorent/Materials%20Measurements/85071E%20overview%205988–9472EN.pdf (accessed December 24, 2025).
- 9 просмотров