Plasmonic Optical Metasurfaces for Passive and Active Wavefront Shaping

Yadong Deng*

*Kontaktforfatter

Publikation: AfhandlingPh.d.-afhandling

42 Downloads (Pure)

Abstract

Metaflader, ultratynde overflader konstrueret i nanoskalamed kunstige nanostrukturer, har fundamentalt revolutioneret manipulationen af optiske bølgefronter ved at give overlegen og præcis kontrol over lys egenskaber som polarisering, amplitude og fase. Denne innovation har muliggjort udviklingen af miniaturiserede og højtydende fotoniske systemer, hvilket har drevet betydelige fremskridt inden for energi, sensing, billeddannelse og computing gennem nye lys-materieinteraktioner og dermed vist potentiale til at erstatte traditionelle voluminøse optiske komponenter, der anvendes til bølgefrontkontrol. De avancerede og raffinerede mikro- og nanofabrikations teknikker gør metaflader særdeles velegnede til integration med en bred vifte af nanoteknologiplatforme, hvilket åbner betydelige muligheder for skabelsen af avancerede optiske enheder. Bygger videre på grundlaget af disse passive metaflader, kendetegnet ved veldefinerede optiske egenskaber fastlagt under fabrikationen, lover integrationen af aktive kontrolmekanismer at revolutionere disse strukturer yderligere, hvilket vil omdanne dem til alsidige komponenter for rekonfigurerbare og adaptive optiske netværk og systemer samt markant forbedre deres funktionalitet og anvendelses potentiale. Desuden muliggør jagten på ekstremt hurtige reaktioner blandt disse dynamiske kontrolmekanismer realtids- og fleksibel kontrol af lys, hvilket potentielt kan forbedre ydeevnen og tilpasningsevnen af optiske systemer i applikationer som højhastighedskommunikation, adaptive optikker og hurtige sensingteknologier.

I denne afhandling gennemgår jeg først de seneste fremskridt inden for metasurface-baseret bølgefrontformning, med fokus på både passive og aktive metoder og deres anvendelser i optiske bølgeplader, stråleafbøjning, metalinser samt dynamisk chiralitet og polarisationskontrol, og giver et overblik over de nyeste udviklinger inden for dette hastigt fremskridende felt. Derefter præsenterer jeg de centrale teoretiske begreber og analytiske metoder, der anvendes i denne afhandling, herunder de grundlæggende principper for polarisations tilstande og deres matematiske repræsentationer, tre almindelige fasekontrolteknikker, den numeriske simuleringsmetode, den detaljerede prøvefabrikations proces samt opsætningen til karakterisering. Dernæst præsenterer jeg en redegørelse for passiv bølgefrontformning ved brug af gap-overflade plasmon metasurfaces og beskriver vores forskningsarbejde inden for optiske bølgeplader, stråleafbøjning og metalinser. Endelig, ved at overgå fra passive til aktive metasurfaces, fremhæver jeg vores banebrydende dynamiske platform udviklet gennem integration af metasurfaces med piezoelektriske tyndfilm PZT mikromekaniske systemer. To forskningsprojekter baseret på denne platform introduceres i detaljer: dynamiske lineære polarisatorer og deres anvendelser, samt ikke-Hermitiske metasurfaces til justerbare topologiske faseovergange. Sammenfattende fokuserer denne afhandling på bølgefrontformning gennem både passive og aktive tilgange for at udvikle ultratynde og kompakte optiske metasurface-enheder og lægger dermed et solidt fundament for en bred vifte af industrielle anvendelser.
OriginalsprogEngelsk
Bevilgende institution
  • Syddansk Universitet
Vejledere/rådgivere
  • Ding, Fei, Hovedvejleder
  • Bozhevolnyi, Sergey I., Bivejleder
Dato for forsvar27. sep. 2024
Udgiver
DOI
StatusUdgivet - 16. sep. 2024

Fingeraftryk

Dyk ned i forskningsemnerne om 'Plasmonic Optical Metasurfaces for Passive and Active Wavefront Shaping'. Sammen danner de et unikt fingeraftryk.

Citationsformater