Elementy dyfrakcyjne, refrakcyjne i absorpcyjne oparte na podfalowych periodycznych strukturach metalicznych

University of Warsaw Repository

pl | en
 
 

Show simple item record

dc.contributor.advisor Kotyński, Rafał
dc.contributor.author Stolarek, Marcin
dc.date.accessioned 2017-05-10T00:05:37Z
dc.date.available 2017-05-10T00:05:37Z
dc.date.issued 2016-12-05
dc.identifier.uri https://depotuw.ceon.pl/handle/item/2086
dc.description.abstract Rozprawa doktorska pt "Elementy dyfrakcyjne, refrakcyjne i absorpcyjne oparte na podfalowych periodycznych strukturach metalicznych" przygotowana przeze mnie w Zakładzie Optyki Informacyjnej na Wydziale Fizyki UW dotyczy struktur fotonicznych zawierających elementy metaliczne o rozmiarach charakterystycznych mniejszych od długości fali. Dla zakresu optycznego będą to nanostruktury fotoniczne i plazmoniczne, podczas gdy dla zakresu terahercowego badane były podfalowe siatki metalowe o różnej geometrii. Kluczowe wyniki dotyczą jednokierunkowej transmisji promieniowania elektromagnetycznego z zakresu THz, a także właściwości metamateriałów zbudowanych z wielowarstw opisywanych za pomocą modelu ośrodka efektywnego. Zarówno dla zakresu promieniowania widzialnego, jak i THz, struktury były badane przy wykorzystaniu modelowania elektromagnetycznego, przede wszystkim metodą różnic skończonych FDTD (ang. Finite Difference Time Domain Method). Praca podzielona jest na sześć rozdziałów. Rozdział pierwszy zawiera wprowadzenie do pracy, oraz formułuje jej zasadnicze tezy. W rozdziale drugim następuje wprowadzenie do dziedziny pracy. Omówione są w nim wykorzystywane metody numeryczne, wprowadzone zostają pojęcia związane z układami liniowymi niezmienniczymi ze względu na przesunięcia, modele dyspersji materiałowej oraz przybliżenie ośrodka efektywnego. Dalsza część pracy opiera się na oryginalnych pracach autora analizujących układy o rozmiarach podfalowych przeznaczone do działania w różnych zakresach długości fali. Rozdział trzeci poświęcony jest kształtowaniu fal elektromagnetycznych w zakresie THz. Prezentowane są dwa rodzaje struktur. Pierwszy służy jako antena promieniowania elektromagnetycznego umieszczona na detektorach opartych o tranzystor polowy. Wykorzystując mechanizm wzbudzenia modów falowodowych w podkładzie dielektrycznym możliwe jest doprowadzenie promieniowania elektromagnetycznego z dużego obszaru anteny do detektora w ten sposób zwiększając jego efektywność. Drugi wskazuje na możliwość uzyskania asymetrycznej transmisji przez układy oparte na dwóch następujących po sobie siatkach dyfrakcyjnych. Asymetria transmisji spełnia zasadę wzajemności Lorenza, nie może być więc zastosowana do realizacji typowego izolatora optycznego. Zaprezentowane wyniki wskazują jednak na możliwość konstrukcji jednokierunkowej soczewki dyfrakcyjnej dla promieniowania THz z wykorzystaniem przedstawionego układu. Rozdziały czwarty i piąty dotyczą wyników symulacji prowadzonych dla długości fali z zakresu widzialnego. W rozdziale czwartym przedstawiona jest propozycja konstrukcji metamateriału realizującego funkcje warstwy idealnie dopasowanej (ang. perfectly matched layer). Zawarte są wyniki obliczeń dla wielowarstwy opisywanej przy pomocy danych literaturowych na temat dyspersji wskazanych materiałów. Przedstawione są również wyniki symulacji elektormagnetycznych dla struktur w geometrii płaskiej jak i cylindrycznej, w której omawiane struktury mają budowę typu core-shell. W rozdziale piątym rozprawa dotyczy bezdyfrakcyjnej propagacji światła przez wielowarstwy metaliczno-dielektryczne. Przedstawione są możliwości optymalizacji struktur, jak i potencjalne zastosowania do realizacji operacji geometrycznych (takich jak rzutowanie) na wiązkach światła o rozmiarach znacznie mniejszych niż długość fali. Kolejne wyniki symulacji dotyczą weryfikacji możliwości eksperymentalnego wykonania tego typu układów, w szczególności skupiając się na wymogach dotyczących gładkości powierzchni warstw. Rozdział szósty stanowi podsumowanie. Znajdują się w nim odniesienia do tez pracy i poprzednich rozdziałów wskazujące na ich udowodnienie.
dc.description.abstract The doctoral thesis entitled: ‘Diffractive, refractive and absorptive elements based on subwavelength periodic metallic structures’ prepared by myself at the Information Optics Department of the University of Warsaw’s Faculty of Physics relates to photonic structures containing metallic elements with the characteristic lengthscale smaller than the wavelength. For the optical range those shall be the photonic and plafsmofnic nanostructures, whilst for the terahertz range sub-wavelength metal gratings of various geometries were studied. The key results refer to one-way transmission of electromagnetic radiation from the THz range, as well as the properties of meta-materials built of multi-layers described using the effective medium theory model. For both the visible radiation range and THz, the structures were analysed using electromagnetic modelling, mainly with the Finite Difference Time Domain Method (FDTD). The thesis is divided into six chapters. The first one contains an introduction and formulates its primary theses. In the second chapter there is an introduction into the researched field. It discusses the numerical methods used, terms related to the linear time-invariant systems as well as material dispersion models and effective medium approximation. The next part of the paper is based on the author’s original works analysing sub-wavelength sized systems intended for operating within various wavelength ranges. The third chapter discusses the shaping of electromagnetic waves within the THz range. Two types of structures are presented. The first one is used as an electromagnetic radiation antenna placed on detector based on a field transistor. Using the mechanism of exciting waveguide modes in the dielectric base, it is possible to bring about electromagnetic radiation from a large area of the antenna to the detector and to increase its effectiveness by doing so. The second one suggests the possibility of achieving asymmetrical transmission through systems based on two consecutive diffractive grating. The asymmetry of transmission complies with Lorenz’s principle of reciprocity, therefore it cannot be used to construct a typical optical insulator. However, the presented results indicate the possibility of constructing one-way diffractive lens for THz radiation with the use of the system presented. Chapters four and five refer to the simulation results carried out for the visible range wavelength. In chapter four, a proposal for the construction of a meta-material is presented which performs the functions of a perfectly matched layer. It contains the numerical calculation results for the multi-layer described using literature data on the dispersion of selected materials. It also presents the results of electromagnetic simulations for structures in flat as well as in cylindrical geometry in which the described structures are of core-shell type. In chapter five, the thesis discusses non-diffractive light propagation through metallicdielectric multi-layers. It presents the possibilities of structure optimization as well as potential applications for carrying out geometrical operations (e.g. projecting) on light beams significantly smaller than wavelength. The further simulation results are related to verification of the possibility of experimental usage of systems of such type, especially focusing on the requirements on the layer surface smoothness. Chapter six is a summary. Within this chapter, there are references to the paper’s theses and previous chapters which indicate they have been proven.
dc.language.iso pl
dc.rights info:eu-repo/semantics/openAccess
dc.rights.uri http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/pl/legalcode
dc.subject struktury podfalowe
dc.subject obrazowanie bezdyfrkacyjne
dc.subject wielowarstwy metaliczno-dielektryczne
dc.subject superpryzmat
dc.subject plazmonika
dc.title Elementy dyfrakcyjne, refrakcyjne i absorpcyjne oparte na podfalowych periodycznych strukturach metalicznych
dc.title.alternative Diffractive, refractive and absorptive elements based on subwavelength periodic mettalic structures
dc.type info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
dc.contributor.department Wydział Fizyki
dc.date.defence 2017-05-18
dc.identifier.apd 14089
dc.description.osid 95058
dc.rights.pl Creative Commons Uznanie autorstwa 3.0 Polska
dc.contributor.email marcin.stolarek@igf.fuw.edu.pl

Files in this item

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record

info:eu-repo/semantics/openAccess Except where otherwise noted, this item's license is described as info:eu-repo/semantics/openAccess

Search Repository


Advanced Search

Browse

My Account

Statistics