|
|
Design of metasurfaces for advanced optical elements
Březina, Tomáš ; Kvapil, Michal (referee) ; Hrtoň, Martin (advisor)
Metasurfaces represent an intriguing class of materials with a wide range of promising applications, one of them being advanced planar optical elements for industrial production and imaging. The main goal of this thesis is to design such an optical element, namely a beam-shaper consisting of dielectric anostructures in HCTA (high constrast transmitarray) arrangement. The first part of this work introduces a simplified theoretical model of the optical response of building blocks that facilitates understanding of the basic functional mechanism behind the phase metasurfaces. To quantify the optical response of dielectric building blocks with enough precision, numerical FDTD simulations were employed. As a result, a database compatible with lithographic fabrication procedures was created. To find the phase distribution ensuring the desired beam-shaping function, two approaches were investigated and implemented: the semi-analytical method of geometric transformation and the iterative Gerchberg-Saxton algorithm. The final output of this work is then the distribution of building blocks within the metasurface that imprints into the impinging beam the previously calculated phase profile.
|
|
|
Semianalytical approach to simulations in nanophotonics
Hrtoň, Martin ; Hohenester, Ulrich (referee) ; Aizpurua, Javier (referee) ; Šikola, Tomáš (advisor)
Numerické simulace se staly nedílnou součástí procesu navrhování v nanofotonice, což nevyhnutelně vedlo k vývoji softwaru specializovaného pro tento úkol. Ačkoli je zde celá řada komerčně dostupných produktů, mnohé aplikace vyžadují datovou analýzu, která překračuje standardní výbavu těchto nástrojů. Zpracování výsledků simulací je těžištěm této práce, kdy důraz je kladen zejména na vývoj semianalytických modelů ušitých na míru jednotlivým experimentům. Spolu s lepší shodou mezi teorií a měřeními tyto modely poskytují také cenný vhled do studovaných fyzikálních procesů. Hlavní část této práce je věnována plazmonicky zesílené elektronové paramagnetické rezonanci (PE EPR), nové metodě využívající kovové antény pro zesílení interakce mezi zářením a materiály s magnetickými přechody mezi spinovými stavy. Jsou zde objasněny základní principy řídící tento jev a představen model umožňující rychlou optimalizaci polí antén pro PE EPR spektroskopii tenkých vrstev. Zvláštní pozornost je pak věnována roli indukovaného proudu a možnostem, které nabízí při projekcích do dalekého pole nebo počítání elektromagnetické interakce mezi objekty. Toto je dále demonstrováno na několika aplikacích, jmenovitě fázovém zobrazování metapovrchů pomocí koherencí řízeného holografického mikroskopu, designu optického prvku pro generování pole svazků na bázi metapovrchu a multipólové analýze elektromagnetických vln emitovaných objekty nacházejícími se uvnitř multivrstvy.
|
|
| |
|
|
Unidirectional plasmonic antennas
Formanová, Veronika ; Hrtoň, Martin (referee) ; Kvapil, Michal (advisor)
This thesis deals with directional V-shaped plasmonic antennas. In the thesis, an analytical model of antenna emission is proposed. The results of analytical computations are compared with results of numerical simulations in Lumerical FDTD Solutions package. Also, the process of fabrication of such antennas by electron beam lithography and measurement of optical properties using Fourier infrared spectroscopy is described and measured antenna resonant spectra are shown. Finally, there is a proposal of an experiment to prove the emission directivity of fabricated V-shaped antennas.
|
|
|
Modeling of Surface-Plasmon Propagation in Graphene
Hrtoň, Martin ; Munzar,, Dominik (referee) ; Kalousek, Radek (advisor)
The diploma thesis provides an introduction to electronic and optical properties of graphene, emphasizing thier tunability through the ambipolar field effect. Furthermore, an experiment, which would demonstrate the possible utilization of graphene in active plasmonics, is presented. The author focuses on light scattering simulations involving hybrid plasmonic structures made of noble metals and graphene. The scattering properties of those structures and their dependence on the density of free charge carriers in graphene are investigated. The author concludes that the proposed tuning of the response of a single metallic antenna through the electrostatic doping of graphene proves to be inefficient, and a more elaborate configuration will be required to enhance the effect and achieve the desired control.
|
|
|
Application of two-dimensional layers of transition metal dichalcogenides in plasmonics
Kocourková, Monika ; Hrtoň, Martin (referee) ; Kvapil, Michal (advisor)
Two-dimensional layers of transition metal dichalcogenides are materials with some very intriguing properties, such as the existence of room-temperature stable excitons in visible and near-IR spectrum. Their integration into plasmonic systems allows enhancement of their photoluminescence, absorption, etc., which can be used in various applications. This thesis begins with an overview of the basic terminology and fundametal principles behind these materials and hybrid systems. The theoretical part then focuses on some plasmon-excitonic system examples. Practical part of this thesis is aimed at simulating and optimizing two different plasmon-excitonic systems using monolayer molybdenum disulphide and tungsten disulphide.
|
|
|
Design of metasurfaces for advanced optical elements
Březina, Tomáš ; Kvapil, Michal (referee) ; Hrtoň, Martin (advisor)
Metasurfaces represent an intriguing class of materials with a wide range of promising applications, one of them being advanced planar optical elements for industrial production and imaging. The main goal of this thesis is to design such an optical element, namely a beam-shaper consisting of dielectric anostructures in HCTA (high constrast transmitarray) arrangement. The first part of this work introduces a simplified theoretical model of the optical response of building blocks that facilitates understanding of the basic functional mechanism behind the phase metasurfaces. To quantify the optical response of dielectric building blocks with enough precision, numerical FDTD simulations were employed. As a result, a database compatible with lithographic fabrication procedures was created. To find the phase distribution ensuring the desired beam-shaping function, two approaches were investigated and implemented: the semi-analytical method of geometric transformation and the iterative Gerchberg-Saxton algorithm. The final output of this work is then the distribution of building blocks within the metasurface that imprints into the impinging beam the previously calculated phase profile.
|
|
|
Application of two-dimensional layers of transition metal dichalcogenides in plasmonics
Kocourková, Monika ; Hrtoň, Martin (referee) ; Kvapil, Michal (advisor)
Two-dimensional layers of transition metal dichalcogenides are materials with some very intriguing properties, such as the existence of room-temperature stable excitons in visible and near-IR spectrum. Their integration into plasmonic systems allows enhancement of their photoluminescence, absorption, etc., which can be used in various applications. This thesis begins with an overview of the basic terminology and fundametal principles behind these materials and hybrid systems. The theoretical part then focuses on some plasmon-excitonic system examples. Practical part of this thesis is aimed at simulating and optimizing two different plasmon-excitonic systems using monolayer molybdenum disulphide and tungsten disulphide.
|
|
|
Semianalytical approach to simulations in nanophotonics
Hrtoň, Martin ; Hohenester, Ulrich (referee) ; Aizpurua, Javier (referee) ; Šikola, Tomáš (advisor)
Numerické simulace se staly nedílnou součástí procesu navrhování v nanofotonice, což nevyhnutelně vedlo k vývoji softwaru specializovaného pro tento úkol. Ačkoli je zde celá řada komerčně dostupných produktů, mnohé aplikace vyžadují datovou analýzu, která překračuje standardní výbavu těchto nástrojů. Zpracování výsledků simulací je těžištěm této práce, kdy důraz je kladen zejména na vývoj semianalytických modelů ušitých na míru jednotlivým experimentům. Spolu s lepší shodou mezi teorií a měřeními tyto modely poskytují také cenný vhled do studovaných fyzikálních procesů. Hlavní část této práce je věnována plazmonicky zesílené elektronové paramagnetické rezonanci (PE EPR), nové metodě využívající kovové antény pro zesílení interakce mezi zářením a materiály s magnetickými přechody mezi spinovými stavy. Jsou zde objasněny základní principy řídící tento jev a představen model umožňující rychlou optimalizaci polí antén pro PE EPR spektroskopii tenkých vrstev. Zvláštní pozornost je pak věnována roli indukovaného proudu a možnostem, které nabízí při projekcích do dalekého pole nebo počítání elektromagnetické interakce mezi objekty. Toto je dále demonstrováno na několika aplikacích, jmenovitě fázovém zobrazování metapovrchů pomocí koherencí řízeného holografického mikroskopu, designu optického prvku pro generování pole svazků na bázi metapovrchu a multipólové analýze elektromagnetických vln emitovaných objekty nacházejícími se uvnitř multivrstvy.
|
|
|
Unidirectional plasmonic antennas
Formanová, Veronika ; Hrtoň, Martin (referee) ; Kvapil, Michal (advisor)
This thesis deals with directional V-shaped plasmonic antennas. In the thesis, an analytical model of antenna emission is proposed. The results of analytical computations are compared with results of numerical simulations in Lumerical FDTD Solutions package. Also, the process of fabrication of such antennas by electron beam lithography and measurement of optical properties using Fourier infrared spectroscopy is described and measured antenna resonant spectra are shown. Finally, there is a proposal of an experiment to prove the emission directivity of fabricated V-shaped antennas.
|
guest ::
