|
|
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.
|
|
|
Design and fabrication of tunable dielectric metasurfaces for visible and infrared wavelengths
Kepič, Peter ; Dostálek, Jakub (referee) ; Ligmajer, Filip (advisor)
Metapovrchy sú nanoštruktúrované povrchy vytvorené za účelom špecifického ovládania propagácie svetla. Predstavujú revolúciu v oblastiach ultratenkých optických prvkov a nanofotonických obvodov. Zakomponovaním laditeľných dielektrických materiálov do metapovrchov sa otvára možnosť aktívne ovládať ich optické vlastnosti aj po tom, čo boli vyrobené. Oxid vanadičitý (VO2) takéto ladenie umožňuje vďaka svojej fázovej premene už pri teplote okolo 67°C a preto sa radí k najsľubnejším z laditeľných dielektrických materiálov. Nakoľko je možné postupnú fázovú premenu vo VO2 vybudiť opticky a lúč svetla je možné fokusovať do stopy s veľkosťou pár stoviek nanometrov, laditeľné metapovrchy obsahujúce VO2 by mohli byť ladené postupne a dokonca s nanometrovým rozlíšením. V tejto práci skúmame fázu a amplitúdu svetla po prechode VO2 nanoštruktúrami usporiadanými do metapovrchu navrhnutého pre viditeľnú zložku elektromagnetického žiarenia. Výskum fáze a amplitúdy je založený na numerických simuláciách VO2 nanoštruktúr (stavebných kameňov metapovrchov), ktoré sú následne overené experimentálnymi výsledkami. VO2 nanoštruktúry vykazujú taktiež Mieho dielektrické rezonancie, ktoré sú v závere tejto práce využité v postupne laditeľnom metapovrchu fungujúcom vo viditeľnej oblasti. Okrem termálneho ladenia je možné vyrobený metapovrch ovládať taktiež opticky, čo dokazuje možnosť postupného ladenia na nanometrových rozmeroch.
|
|
|
Fabrication and structuring of a thin vanadium dioxide layer for nanophotonics
Spousta, Jiří ; Musálek, Tomáš (referee) ; Rovenská, Katarína (advisor)
Vanadium dioxide is becoming frequently used in tunable metasurfaces, mainly due to its easily achievable insulator to metal phase-transition, occuring at around 67°C. This thesis deals with the optimization of thin VO2 layer fabrication process and specifically with e-beam evaporation and ion beam-assisted sputtering. The phase change of VO2 layers was optically characterized -- mostly, we measured the thermally-dependent transmissivity of our layers. In ion beam-assisted sputtering, we implemented a new process for yielding thin VO2 layers which uses in situ annealing during the deposition. Layers fabricated with this newly implemented process demonstrate a clear phase transition typical for VO2.
|
|
|
Design and fabrication of dielectric metasurfaces for ultraviolet wavelengths
Idesová, Beáta ; Ren,, Haoran (referee) ; Ligmajer, Filip (advisor)
Tato práce se zabývá metapovrchy, které jsou určeny pro ultrafialové (UV, z anglického ultraviolet) vlnové délky a slouží jako alternativa ke konvenčně používaným optickým prvkům jakými jsou například čočky a hologramy. Výhodou metapovrchů oproti konvenčně používaným optickým prvkům je jejich kompaktní rozměr ale také multifunkčnost, která je v této práci demonstrována zpracovanou rešeršní studií zabývající se metačočkami a metahologramy pro UV vlnové délky. V této práci je kladen důraz na dva různé materiály vhodné pro UV vlnové délky --- HfO2 a AlN, které byly vybrány pro svůj poměrně vysoký index lomu (>2) a nízkou absorpci i pro vlnové délky odpovídající hlubokému UV záření. V práci jsou tyto materiály představeny dva odlišné výrobní postupy, kdy pro HfO2 se využívá depozice atomárních vrstev do předem rezistových připravených masek strukturovaných pomocí elektronové litografie, zatímco pro AlN se využívá leptání přes chromové nebo rezistové masky. Následně je demonstrována úspěšná výroba metačočky z HfO2 využívající nanostruktur s vysokým poměrem stran ve tvaru válečků s kruhovým průřezem. Plně funkční metapovrch z AlN se nepodařilo demonstrovat z důvodu nedostatečné optimalizace výrobního procesu. Metačočky z HfO2 byly charakterizovány v experimentální optické sestavě, která umožňuje měřit intenzitní profil a kdy získané výsledky ukazují schopnost metačoček z HfO2 fokusovat světlo o vlnové délce 325 nm. V naměřených intenzitních profilech čoček se objevují odchylky, které jsou diskutovány a zdůvodněny na základě teoretických výpočtů. Hlavním výsledkem této práce je optimalizovaný výrobní proces HfO2 nanostruktur s vysokým poměrem stran, který umožňuje výrobu funkčních metapovrchů pro UV vlnové délky a který bude využit v budoucích projektech zabývajících se výrobou UV metapovrchů.
|
|
|
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.
|
|
|
Fabrication and structuring of a thin vanadium dioxide layer for nanophotonics
Spousta, Jiří ; Musálek, Tomáš (referee) ; Rovenská, Katarína (advisor)
Vanadium dioxide is becoming frequently used in tunable metasurfaces, mainly due to its easily achievable insulator to metal phase-transition, occuring at around 67°C. This thesis deals with the optimization of thin VO2 layer fabrication process and specifically with e-beam evaporation and ion beam-assisted sputtering. The phase change of VO2 layers was optically characterized -- mostly, we measured the thermally-dependent transmissivity of our layers. In ion beam-assisted sputtering, we implemented a new process for yielding thin VO2 layers which uses in situ annealing during the deposition. Layers fabricated with this newly implemented process demonstrate a clear phase transition typical for VO2.
|
|
|
Design and fabrication of tunable dielectric metasurfaces for visible and infrared wavelengths
Kepič, Peter ; Dostálek, Jakub (referee) ; Ligmajer, Filip (advisor)
Metapovrchy sú nanoštruktúrované povrchy vytvorené za účelom špecifického ovládania propagácie svetla. Predstavujú revolúciu v oblastiach ultratenkých optických prvkov a nanofotonických obvodov. Zakomponovaním laditeľných dielektrických materiálov do metapovrchov sa otvára možnosť aktívne ovládať ich optické vlastnosti aj po tom, čo boli vyrobené. Oxid vanadičitý (VO2) takéto ladenie umožňuje vďaka svojej fázovej premene už pri teplote okolo 67°C a preto sa radí k najsľubnejším z laditeľných dielektrických materiálov. Nakoľko je možné postupnú fázovú premenu vo VO2 vybudiť opticky a lúč svetla je možné fokusovať do stopy s veľkosťou pár stoviek nanometrov, laditeľné metapovrchy obsahujúce VO2 by mohli byť ladené postupne a dokonca s nanometrovým rozlíšením. V tejto práci skúmame fázu a amplitúdu svetla po prechode VO2 nanoštruktúrami usporiadanými do metapovrchu navrhnutého pre viditeľnú zložku elektromagnetického žiarenia. Výskum fáze a amplitúdy je založený na numerických simuláciách VO2 nanoštruktúr (stavebných kameňov metapovrchov), ktoré sú následne overené experimentálnymi výsledkami. VO2 nanoštruktúry vykazujú taktiež Mieho dielektrické rezonancie, ktoré sú v závere tejto práce využité v postupne laditeľnom metapovrchu fungujúcom vo viditeľnej oblasti. Okrem termálneho ladenia je možné vyrobený metapovrch ovládať taktiež opticky, čo dokazuje možnosť postupného ladenia na nanometrových rozmeroch.
|
guest ::
