Návrh a výroba laditelných dielektrických metapovrchů pro viditelné a infračervené vlnové délky
Loading...
Date
Authors
ORCID
Advisor
Referee
Mark
A
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství
Abstract
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.
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.
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.
Description
Citation
KEPIČ, P. Návrh a výroba laditelných dielektrických metapovrchů pro viditelné a infračervené vlnové délky [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství. 2021.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
en
Study field
bez specializace
Comittee
prof. RNDr. Tomáš Šikola, CSc. (předseda)
prof. RNDr. Miroslav Liška, DrSc. (místopředseda)
prof. RNDr. Jiří Komrska, CSc. (člen)
prof. RNDr. Petr Dub, CSc. (člen)
prof. RNDr. Radim Chmelík, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Jiří Spousta, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Radek Kalousek, Ph.D. (člen)
doc. Mgr. Adam Dubroka, Ph.D. (člen)
doc. Mgr. Dominik Munzar, Dr. (člen)
RNDr. Antonín Fejfar, CSc. (člen)
prof. RNDr. Bohumila Lencová, CSc. (člen)
doc. Ing. Stanislav Průša, Ph.D. (člen)
Date of acceptance
2021-06-15
Defence
Po otázkách oponenta bylo diskutováno:
Johnsonovy vektory. Resonance nanostruktur v infračervené oblasti.
Student otázky zodpověděl.
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení