Shaping Classical and Quantum Light with Gap-Surface Plasmonic Metasurfaces

Sören im Sande*

*Kontaktforfatter

Publikation: AfhandlingPh.d.-afhandling

46 Downloads (Pure)

Abstract

Miniaturiseringen af optiske komponenter driver fremskridt inden for mange områder såsom kommunikationsteknologi, displayteknologier til AR/VR og meget mere. Metasurfaces er opstået som kvasi-plane fladeoptiske komponenter, der muliggør manipulation af lys på nanoskala. Dette hidtil usete skridt inden for miniaturisering har ført til en markant udvikling i design og eksperimentel demonstration af kvasi-2D optiske komponenter.

Gap-overflade-plasmoniske metasurfaces har gjort det muligt at opnå en særlig høj kontrol over amplitude, fase og polarisation af det reflekterede lys. Disse strukturer består af periodisk arrangerede metalliske nanostrukturer, kaldet metaatomer, som er adskilt fra et metal-spejl af et tyndt dielektrisk lag.

 Denne PhD-afhandling præsenterer undersøgelser af alsidigheden af gap-overfladeplasmoniske bølgeplader til at skabe multifunktionelle metasurfaces. I første trin blev forskellige tilgange til at kombinere eller sammenflette to metasurfaces undersøgt. De to metasurfaces skaber hologrammer gennem den kodede fasedistribution. Da fasedistributionerne for hologrammerne er forskellige, blev fire forskellige metoder til at kombinere dem i en enkelt metasurface – udelukkende ved brug af halv-bølgeplade metaatomer – eksperimentelt sammenlignet. Dernæst blev resultaterne anvendt til at skabe en enkelt metasurface, der genererer et komplet polariseringssæt bestående af fire lineære og to cirkulære polarisationer, som parvis er ortogonale til hinanden, ud fra en enkelt indfaldene lysstråle. Derudover adskilles de seks udgående stråler rumligt ved at introducere forskellige fasegradienter for hver sub-metasurface. Denne tilgang muliggøres ved en kombination af halvbølgeplade- og kvart-bølgeplade metaatomer. Det sidste trin i denne afhandling omfatter udvidelsen af lysmanipulation ved hjælp af gap-overflade-plasmoniske bølgeplader til kvantelysregimet. For at opnå dette blev en kvanteemitter placeret på en tynd dielektrisk film, der adskiller den fra et metallisk spejl. Efter excitation af kvanteemitteren henfalder den i høj grad til udadgående overfladebølger, kaldet overfladeplasmon-polaritoner. Ud fra polarisationen af disse overfladeplasmonpolaritoner og den akkumulerede propagationsfase blev der udviklet en metode til at koble dem ud i frit-udbredende lys. For at opnå dette skulle fasen mellem overfladeplasmon-polaritonen og det udkoblede lys tilpasses på hvert punkt omkring kvanteemitteren. Flere eksperimentelle eksempler på forskelligt polariserede enkelt- og multiple udkoblede lysstråler blev demonstreret.

Afhandlingen undersøgte i sidste ende tilgange og designmetoder til at manipulere både klassisk og kvantelys med gap-overflade-plasmoniske metasurfaces. Gennem dette arbejde blev det demonstreret, hvordan funktionaliteten af sådanne strukturer kan føre til øget alsidighed. 
OriginalsprogEngelsk
Bevilgende institution
  • Syddansk Universitet
Vejledere/rådgivere
  • Ding, Fei, Hovedvejleder
  • Bozhevolnyi, Sergey I., Bivejleder
Dato for forsvar1. apr. 2025
Udgiver
DOI
StatusUdgivet - 19. mar. 2025

Fingeraftryk

Dyk ned i forskningsemnerne om 'Shaping Classical and Quantum Light with Gap-Surface Plasmonic Metasurfaces'. Sammen danner de et unikt fingeraftryk.

Citationsformater