Projektowanie i wytwarzanie ultra-cienkich nanofotoniczych urządzeń z wykorzystaniem metapowierzchni
Loading...
Date
2020
Authors
Advisor
Editor
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Title alternative
Design and fabrication of ultrathin nanophotonic devices based on metasurfaces
Abstract
Od kilkuset lat badania natury światła fascynuje naukowców na całym świecie. W XVII wieku, holenderski astronom i matematyk, Willebrord Snellius zdefiniował pojęcie refrakcji światła, które później od jego nazwiska zostało nazwane prawem Snella. Prawo to wciąż jest szeroko stosowane, a jego uogólnienie w roku 2011 zaproponował prof. Capasso z Uniwersytetu Harvarda. Uogólnione prawo Snella pozwala na rozwijanie technik kontroli frontów falowych wykorzystując powierzchnie zmieniające ich fazę w transmisji lub w odbiciu, zwane metapowierzchniami. Uogólnione prawo Snella jest zgodne z zasadą Fermata a wytwarza się je przy użyciu bardzo małych struktur mogących arbitralnie modyfikować amplitudę, fazę, polaryzację fali światła. Mechanizm odpowiedzialny za to zjawisko można dostosować do konkretnych zakresów długości fali i jest szczególnie dobrze sprawdzone dla światła z zakresu widzialnego. W pracy doktorskiej przedstawiłem koncepcję wykorzystania metapowierzchni do projektowania kilku urządzeń nanofotonicznych. Zaprojektowałem w pełni dielektryczne filtry koloru na bazie krzemu, które efektywnie działają dla fal przechodzących i odbitych. Rozszerzyłem te badania również o projekt dynamicznych i przestrajalnych filtrów kolorów kontrolując polaryzację światła przy wykorzystaniu ciekłych kryształów. Następnie zaproponowałem koncepcję urządzenia wykorzystujące zjawisko impedancji powierzchniowej do sterowania transmisją i umożliwiając prowadzenie fal w płaszczyźnie falowodu kryształu fotonicznego.
Light is one of the most fascinating research areas of science since the past few centuries and this century no exception. In 17th, Snell's law was introduced by Willebrord Snellius a Dutch astronomer and mathematician, which explain the properties of refraction and reflection of light. In 2011, prof. Capasso group from Harvard University generalized the Snell's law and introduce a new way to modify the wave-front of the wave using phase varying surfaces. The modified Snell's law follows the Fermat principle for the phase changing surfaces. This phase changing surface can be created using tiny nanostructures to arbitrarily modified the amplitude, phase, polarization of the wave, commonly known as metasurfaces. The concept is scalable to arbitrary wavelength range and very well followed especially in the visible range. In this thesis, I used the concept of metasurfaces to design and fabricate the different nanophotonics devices. I design and fabricate the Si-based all-dielectric color filters which can be used in transmission and reflection mode. The color filter design presented in this thesis is very efficient due to the all dielectric material approach. I also extended the research to design dynamically tunable color filters with the aid of source polarisation and liquid crystal. Furthermore, I also proposed the surface impedance approach to control the in-plane transmission within the photonic crystal waveguide.
Light is one of the most fascinating research areas of science since the past few centuries and this century no exception. In 17th, Snell's law was introduced by Willebrord Snellius a Dutch astronomer and mathematician, which explain the properties of refraction and reflection of light. In 2011, prof. Capasso group from Harvard University generalized the Snell's law and introduce a new way to modify the wave-front of the wave using phase varying surfaces. The modified Snell's law follows the Fermat principle for the phase changing surfaces. This phase changing surface can be created using tiny nanostructures to arbitrarily modified the amplitude, phase, polarization of the wave, commonly known as metasurfaces. The concept is scalable to arbitrary wavelength range and very well followed especially in the visible range. In this thesis, I used the concept of metasurfaces to design and fabricate the different nanophotonics devices. I design and fabricate the Si-based all-dielectric color filters which can be used in transmission and reflection mode. The color filter design presented in this thesis is very efficient due to the all dielectric material approach. I also extended the research to design dynamically tunable color filters with the aid of source polarisation and liquid crystal. Furthermore, I also proposed the surface impedance approach to control the in-plane transmission within the photonic crystal waveguide.
Description
Wydział Fizyki
Sponsor
Keywords
matapowierzchnie, metasurfaces, metamateriały, metamaterials, filtry kolorów, color filters, dielektryczne nanoanteny, all dielectric, nanoantenna