MULTEM 2: A new version of the program for transmission and band-structure calculations of photonic crystals

Stéfanou, N.; Yannopapas, Vassilios; Modinos, A.

doi:10.1016/s0010-4655(00)00131-4

Cited by 299 publications

(210 citation statements)

References 0 publications

Supporting

Mentioning

204

Contrasting

Unclassified

Order By: Relevance

“…1, the KKR method allows us to calculate the reflectance and transmittance of a 3D photonic crystal formed by a periodic arrangement of spheres immersed in a host medium [9][10][11][12]16]. If the distribution of air spheres within the spongy matrix of Tersina viridis barbs is considered as a regular structure, one can use the numerical implementation of the KKR method developed by Stefanou et al [12] (MULTEM2) to compute the electromagnetic response of the analyzed structures. For this purpose, not only the geometrical distribution of spheres, but also the constitutive parameters of the host material should be known.…”

Section: Kkr Methodsmentioning

confidence: 99%

“…In particular, the Korringa-Kohn-Rostoker (KKR) method appears as an interesting alternative for the calculation of the electromagnetic response of composite periodic structures made of spheres. Within this method, the electromagnetic interactions between the spherical scatterers are calculated by means of the layer-multiple scattering method [9][10][11][12]. The whole structure is considered as a stack of parallel layers formed by spheres periodically arranged in a 2D Bravais lattice.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

See 1 more Smart Citation

Structural colour in Tersina viridis

D’Ambrosio¹,

Inchaussandague²,

Skigin³

et al. 2017

Opt. Pura Apl.

View full text Add to dashboard Cite

ABSTRACT:The colour of birds' plumage is due to the presence of pigments as well as to frequency selective structural effects produced by the interaction of light with the photonic microstructure that constitutes the feather barbs. The species Swallow Tanager, of the family Thraupidae, exhibits sexual dichromatism: males have blue plumage and females green. In addition, the feathers show an iridescent reflectance, which changes as the angle between the directions of incidence and observation is varied. In order to investigate the mechanisms of colour generation in the feathers of the Swallow Tanager species, we study their electromagnetic response. First, we obtained TEM images of the barbs' cross section, which revealed a microstructure consisting of quasi-spherical air cavities embedded in a β-keratin matrix. To obtain the relevant geometric parameters of the structure, we performed a detailed statistical analysis of the images. These parameters, together with the optical properties of the constituent materials, determine the electromagnetic behaviour of the structure. To calculate the reflectance of a barb, we used two theoretical approaches. First, we applied a simplified model based on Fourier analysis, which relies on the single-particle scattering hypothesis. This method provides useful information about the spectral position of the dominant reflectance peak in the visible region of the spectrum. However, this approach does not account for multiple scattering effects which could produce additional features. Then, we investigate the optical response by applying the Korringa-Kohn-Rostoker (KKR) method, which is a rigorous theoretical formalism for the calculation of the reflectance of structures formed by a stack of spheres embedded in a material medium. We performed numerical simulations, paying special attention to the influence of the geometrical characteristics of the microstructure on the optical response of the barbs. The KKR curves exhibit an enhancement in the UV region, which is in agreement with the measured reflectance of Swallow Tanager. These results evidence the potential of the KKR formalism to accurately reproduce the electromagnetic response of natural structures and to reveal features that cannot be explained using the Fourier approach. The results obtained confirm that the quasi-ordered spongy structure produces coherent scattering and therefore is the responsible for the colour of the Swallow Tanager.Key words: structural colour, 3D photonic crystals, iridescence RESUMEN:El color del plumaje de las aves se debe tanto a la presencia de pigmentos como a efectos estructurales selectivos en frecuencia producidos por la interacción de la luz con la microestructura fotónica que constituye las barbas de las plumas. El plumaje de la especie Tersina viridis, de la familia Thraupidae, presenta dicromatismo sexual: los machos tienen plumaje azul y las hembras son verdes. Además, las plumas muestran una reflectancia iridiscente que varía con el ángulo entre la dirección de incidencia y la de observa...

show abstract

Section: Kkr Methodsmentioning

confidence: 99%

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Structural colour in Tersina viridis

D’Ambrosio¹,

Inchaussandague²,

Skigin³

et al. 2017

Opt. Pura Apl.

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…In Section 2, we give details of the approximations involved and the theoretical steps that lead to the aforementioned relation. Then, in Section 3, we apply the simplified equation to investigate structures made of dispersive spheres and compare the spectral positions of the bandgaps with those obtained using the MULTEM2 code [10,11], an implementation of the KKR method. It can be used to calculate the transmittance and reflectance of crystal slabs of finite thickness and the band structure of infinite crystals.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Dispersion Relation and Band Gaps of 3d Photonic Crystals Made of Spheres

Güller¹,

Inchaussandague²,

Depine³

2011

PIER M

View full text Add to dashboard Cite

Abstract-In this paper, we introduce a dispersion equation for 3D photonic crystals made of parallel layers of non-overlapping spheres, valid when both wavelength and separation between layers are much larger than the distance between neighbouring spheres. This equation is based on the Korringa-Kohn-Rostoker (KKR) wave calculation method developed by Stefanou et al. and can be used to predict the spectral positions of bandgaps in structures made of dispersive spheres. Perfect agreement between the spectral positions of bandgaps predicted with our simplified equation and those obtained with the numerical code MULTEM2 was observed. We find that this simplified relation allows us to identify two types of bandgaps: those related to the constitutive parameters of the spheres and those related to the three dimensional periodicity (distance between layers). Bandgaps of the first type are independent of the frequency and the distance between layers, while those of the second type depend only on these two quantities. We then analyze the influence of the constitutive parameters of the spheres on the spectral position of bandgaps for spheres immersed in dielectric or magnetic homogeneous media. The number and positions of the bandgaps are affected by the permitivity (permeability) of the host medium if the spheres have dispersive permitivity (permeability).

show abstract

“…Λόγω της διδιάστατης περιοδικότητας του επιπέδου των σφαιρών, το σκεδαζόµενο ηλεκτροµαγνητικό κύµα γράφεται στην ακόλουθη µορφή [38,39]:…”

Section: σκέδαση από ένα επίπεδο σφαιρώνunclassified

“…Η σχέση που συνδέει τα δύο αυτά σύνολα συντελεστών έχει την ακόλουθη µορφή [39] ( ) Η σχέση (4.3.11) συνεπώς γράφεται σε µορφή πινάκων ως εξής: …”

Section: σκέδαση από ένα επίπεδο σφαιρώνunclassified

Ανάλυση Και Σχεδίαση Μικροκυματικών Μεταϋλικών Μέσων

Καμπιτάκης¹

View full text Add to dashboard Cite

Σκοπός της παρούσας διδακτορικής διατριβής είναι η ανάλυση και σχεδίαση μικροκυματικών μεταϋλικών μέσων διάδοσης. Τα μεταϋλικά (metamaterials) εμφανίζουν ταυτόχρονα αρνητικές τιμές των συντακτικών τους παραμέτρων ε και μ σε ορισμένο εύρος συχνοτήτων, με αποτέλεσμα αρκετά ενδιαφέροντα χαρακτηριστικά, όπως η εμφάνιση αρνητικού δείκτη διάθλασης, η αντιστροφή του φαινομένου Doppler και το γεγονός ότι η ταχύτητα φάσης και η ταχύτητα ομάδας, που χαρακτηρίζει την κατεύθυνση μετάδοσης της ισχύος, έχουν αντίθετες κατευθύνσεις. Η ηλεκτροδυναμική συμπεριφορά υλικών μέσων με αρνητικό δείκτη διάθλασης μελετήθηκε για πρώτη φορά από το Ρώσο επιστήμονα Veselago το 1968, ο οποίος κατέληξε στο συμπέρασμα ότι τέτοιου είδους υλικά δεν υπάρχουν στη φύση, αλλά είναι δυνατό να κατασκευαστούν τεχνητά. Το θέμα δεν έτυχε περαιτέρω διερεύνησης από τη διεθνή επιστημονική κοινότητα στις επόμενες δεκαετίες, μέχρι και το 1999, όταν επανήλθε στο προσκήνιο από την ομάδα του Βρετανού επιστήμονα Pendry στο πανεπιστήμιο Imperial, ο οποίος πρότεινε μία μέθοδο για την εμφάνιση αρνητικής μαγνητικής διαπερατότητας μ από αγωγούς. Η δομή που προτάθηκε αποτελούνταν από μία συστοιχία διαχωρισμένων δακτυλίων (Split Ring Resonators) και εμφάνιζε αρνητικό μ γύρω από ένα στενό εύρος ζώνης συχνοτήτων. Ο συνδυασμός της δομής των διαχωρισμένων δακτυλίων με λεπτά μεταλλικά σύρματα παρείχε αρνητική μαγνητική διαπερατότητα μ και διηλεκτρική επιτρεπτότητα ε αντίστοιχα, οδηγώντας στην ανάπτυξη ενός σύνθετου υλικού με αρνητικό δείκτη διάθλασης από μία ομάδα ερευνητών στο πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια (UCSD). Το γεγονός αυτό είχε ως αποτέλεσμα η ανάπτυξη μεταϋλικών μέσων να απασχολήσει ιδιαίτερα την επιστημονική κοινότητα την τελευταία δεκαετία. Στην παρούσα διατριβή προτείνεται μία τελείως διαφορετική δομή ως υποψήφιο μεταϋλικό μέσο, η οποία καθιστά ευκολότερη τη φυσική του υλοποίηση και προσφέρεται για λειτουργία τόσο στις μικροκυματικές (GHz) όσο και σε υψηλότερες συχνότητες (THz). Η δομή που επιλέγεται για τη μοντελοποίηση του μεταύλικού συνίσταται από ένα τρισδιάστατο κυβικό πλέγμα διηλεκτρικών σφαιρών, οι οποίες είναι μαγνητικά αδρανείς. Η συγκεκριμένη δομή εκμεταλλεύεται το φαινόμενο του ηλεκτρομαγνητικού συντονισμού των σφαιρών που πραγματοποιείται σε συγκεκριμένες συχνότητες και έχει ως αποτέλεσμα τη μεγιστοποίηση του πλάτους του σκεδαζόμενου Η/Μ πεδίου. Σημειώνεται επίσης ότι το μέσο στο σύνολό του εμφανίζει ισοτροπική συμπεριφορά, γεγονός το οποίο σε συνδυασμό -6- με την περιοδικότητα της δομής, διευκολύνει την ανάλυση της ηλεκτρομαγνητικής του συμπεριφοράς. Αποδεικνύεται ότι η ενεργός μαγνητική διαπερατότητα μeff και η ενεργός διηλεκτρική σταθερά εeff της συνολικής δομής εξαρτώνται άμεσα από το συντονισμό των μεμονωμένων σφαιρών και οι τιμές τους εμφανίζουν απότομες αυξομειώσεις γύρω από τις συχνότητες συντονισμού των μαγνητικών και ηλεκτρικών κυμάτων αντίστοιχα, με αποτέλεσμα να προκύπτουν αρνητικές σε ορισμένο εύρος ζώνης...

show abstract

MULTEM 2: A new version of the program for transmission and band-structure calculations of photonic crystals

Cited by 299 publications

References 0 publications

Structural colour in Tersina viridis

Structural colour in Tersina viridis

Dispersion Relation and Band Gaps of 3d Photonic Crystals Made of Spheres

Ανάλυση Και Σχεδίαση Μικροκυματικών Μεταϋλικών Μέσων

Contact Info

Product

Resources

About