|
|
Design and fabrication of tunable dielectric metasurfaces for visible and infrared wavelengths
Kepič, Peter ; Dostálek, Jakub (oponent) ; Ligmajer, Filip (vedoucí práce)
Metasurfaces are nanostructured surfaces that can be fabricated to specifically manipulate the propagation of light. They represent a revolution in ultrathin optics and nanophotonic circuits. Adding tunable dielectric materials into metasurfaces’ designs enable them to actively control their optical properties after being fabricated. Vanadium dioxide (VO2) is one of the most promising materials that could provide such tunability due to its phase-transition at temperatures around 67°C. Being able to gradually induce VO2 phase-transition also optically, with a light beam being focused to a few hundreds of nanometers, tunable metasurfaces based on VO2 could be gradually tuned with nanoscale resolution. Here, we demonstrate a full transmission phase and amplitude investigation of VO2 nanostructures for metasurfaces operating in the visible part of the electromagnetic spectrum. The investigation of VO2 nanostructures (metasurface building blocks) is mostly done by simulations, which are later supported by experimental results. Moreover, VO2 nanostructures exhibit Mie resonances that are subsequently utilized for a gradually tunable metasurface in the visible. Besides thermal tuning, the fabricated metasurface is also tuned optically, proving the possibility of gradual optical tuning.
|
|
|
Příprava a strukturování tenké vrstvy oxidu vanadičitého pro nanofotoniku
Spousta, Jiří ; Musálek, Tomáš (oponent) ; Rovenská, Katarína (vedoucí práce)
Oxid vanadičitý je stále častěji používaný materiál pro výrobu laditelných metapovrchů díky své jednoduše dosažitelné fázové přeměně z nevodiče na kov, nastávající okolo 67°C. V této bakalářské práci jsme se zabývali optimalizací přípravy tenké vrstvy VO2 získané dvěma depozičními metodami; napařováním elektronovým svazkem a iontově asistovaným naprašováním. Vrstvy získané napařováním jsme dále pomocí elektronové litografie a leptání reaktivními ionty strukturovali a pozorovali vliv morfologie struktur na jejich optické vlastnosti. Fázovou přeměnu vyrobených vrstev a nanostruktur jsme ověřovali užitím spektroskopických metod, zejména pak měřením transmise vzorků v závislosti na teplotě. Pro iontově asistované naprašování jsme zavedli nový proces získávání tenké vrstvy VO2, který během depozice využívá žíhání in situ. U vrstev deponovaných tímto novým procesem byla úspěšně prokázána fázová přeměna typická pro VO2.
|
|
|
Design and fabrication of dielectric metasurfaces for ultraviolet wavelengths
Idesová, Beáta ; Ren,, Haoran (oponent) ; Ligmajer, Filip (vedoucí práce)
This thesis explores metasurfaces operating at ultraviolet (UV) wavelengths as alternatives to conventional optical elements like lenses or holograms. Metasurfaces offer advantages over traditional optical elements such as a reduced footprint of optical systems or multifunctionality within a single device. We start this work with a literature review devoted to UV metalenses and UV metaholograms. We mainly focus on HfO2 and AlN material platforms because of their high index of refraction (>2) and low losses down to deep-UV region, and we compare fabrication approaches involving these materials. The most promising fabrication recipes were optimized in the practical part of the thesis: HfO2 metasurfaces were fabricated using atomic layer deposition into masks pre-patterned by electron beam lithography, while AlN metasurfaces were etched through hard chromium masks. We demonstrated successful fabrication of HfO2 metalenses made of high aspect-ratio nanopillars with circular cross-sections, while the fabrication of AlN metasurfaces faced challenges, which were thoroughly discussed as well. Characterization of the final HfO2 metalenses in terms of intensity profiles was done in a custom-made experimental optical setup. The metalenses showed promising performance for the wavelength 325 nm, although slight deviations from the design were observed and are discussed in the context of theoretical calculations. The findings of this work emphasize the importance of thorough optimization for the future fabrication of UV metasurfaces.
|
|
|
Návrh metapovrchů pro pokročilé optické prvky
Březina, Tomáš ; Kvapil, Michal (oponent) ; Hrtoň, Martin (vedoucí práce)
Metapovrchy představují fyzikálně zajímavou třídu materiálů s velkým množstvím slibných aplikací. Jednou z nich jsou planární pokročilé optické prvky pro průmyslovou výrobu a zobrazování. Hlavním cílem této práce je návrh jednoho takového optického prvku, jmenovitě tvarovače svazku na bázi dielektrických nanostruktu v HCTA (high constrast transmit-array) uspořádání. V první části je představen zjednodušený teoretický model optické odezvy stavebních kamenů, který umožňuje pochopení základního funkčního mechanismu fázových dielektrických metapovrchů. Pro přesný popis odezvy nanoskopických elementů byly dále nasazeny numerické FDTD simulace a na jejich základě byla vytvořena databáze, jež je kompatibilní s případnou litografickou výrobou. Pro nalezení rozložení fáze zajišťujícího požadované tvarování svazku byly prozkoumány a implementovány dva přístupy: semi-analytická metoda geometrické transformace a iterativní Gerchberg-Saxtonův algoritmus. Konečným výstupem této práce je pak rozložení stavebních kamenů v rámci metapovrchu, jež dopadajícímu svazku vtiskne nalezený fázový profil.
|
|
|
Příprava a strukturování tenké vrstvy oxidu vanadičitého pro nanofotoniku
Spousta, Jiří ; Musálek, Tomáš (oponent) ; Rovenská, Katarína (vedoucí práce)
Oxid vanadičitý je stále častěji používaný materiál pro výrobu laditelných metapovrchů díky své jednoduše dosažitelné fázové přeměně z nevodiče na kov, nastávající okolo 67°C. V této bakalářské práci jsme se zabývali optimalizací přípravy tenké vrstvy VO2 získané dvěma depozičními metodami; napařováním elektronovým svazkem a iontově asistovaným naprašováním. Vrstvy získané napařováním jsme dále pomocí elektronové litografie a leptání reaktivními ionty strukturovali a pozorovali vliv morfologie struktur na jejich optické vlastnosti. Fázovou přeměnu vyrobených vrstev a nanostruktur jsme ověřovali užitím spektroskopických metod, zejména pak měřením transmise vzorků v závislosti na teplotě. Pro iontově asistované naprašování jsme zavedli nový proces získávání tenké vrstvy VO2, který během depozice využívá žíhání in situ. U vrstev deponovaných tímto novým procesem byla úspěšně prokázána fázová přeměna typická pro VO2.
|
|
|
Design and fabrication of tunable dielectric metasurfaces for visible and infrared wavelengths
Kepič, Peter ; Dostálek, Jakub (oponent) ; Ligmajer, Filip (vedoucí práce)
Metasurfaces are nanostructured surfaces that can be fabricated to specifically manipulate the propagation of light. They represent a revolution in ultrathin optics and nanophotonic circuits. Adding tunable dielectric materials into metasurfaces’ designs enable them to actively control their optical properties after being fabricated. Vanadium dioxide (VO2) is one of the most promising materials that could provide such tunability due to its phase-transition at temperatures around 67°C. Being able to gradually induce VO2 phase-transition also optically, with a light beam being focused to a few hundreds of nanometers, tunable metasurfaces based on VO2 could be gradually tuned with nanoscale resolution. Here, we demonstrate a full transmission phase and amplitude investigation of VO2 nanostructures for metasurfaces operating in the visible part of the electromagnetic spectrum. The investigation of VO2 nanostructures (metasurface building blocks) is mostly done by simulations, which are later supported by experimental results. Moreover, VO2 nanostructures exhibit Mie resonances that are subsequently utilized for a gradually tunable metasurface in the visible. Besides thermal tuning, the fabricated metasurface is also tuned optically, proving the possibility of gradual optical tuning.
|
host ::
RSS.