Design, realization, and characterization of optical negative index metamaterials

Pshenay-Severin, Ekaterina GND

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit künstlichen nanostrukturierten optischen Materialien - Metamaterialien, welche optische Eigenschaften besitzen, die in natürlichen Materialien nicht vorkommen. Die Metamaterialien bestehen aus Elementarzellen, deren Größe kleiner als die Wellenlänge des Lichtes ist und können demzufolge als effektive Medien betrachtet werden. Die effektiven optischen Parameter vom Metamaterialien werden, in Analogie zu natürlichen Materialien, durch die elektromagnetischen Eigenschaften der Elementarzellen oder "Metaatome" bestimmt und können durch angepasstes Design gezielt verändert werden. Das Ziel dieser Arbeit war die Formulierung von Designgrundsätzen für Metamaterialien mit einer negativen Brechzahl im optischen Spektralbereich und die Entwicklung experimenteller Methoden für die Charakterisierung ihrer optischen Eigenschaften. Die Designstrategien für doppelt-elementige Metamaterialien wurden anhand der Evaluierung der auf Elektronstrahllithographie basierenden Herstellungsmethode erarbeitet. Als Ergebnis wurde ein Metamaterial im nahinfraroten Spektralbereich mit einer negativen Brechzahl erfolgreich realisiert. Die Möglichkeit zur Optimierung der optischen Eigenschaften der Metamaterialien durch Symmetriebrechung der Geometrie der Metaatome wurde analytisch anhand eines Multipol-Modells und experimentell erforscht. Es konnte gezeigt werden, dass die Asymmetrie einen erheblichen Einfluss auf die magnetischen Eigenschaften der Metaatome hat und die Steuerung der effektiven magnetischen Permeabilität von Metamaterialien in weiten Bereichen erlaubt. Für die vollständige und präzise Bestimmung der Brechzahl von Metamaterialien wurde eine experimentelle Methode entwickelt, welche auf der interferometrischen Bestimmung der Transferfunktion eines optischen Metamaterials beruht. Für diesen Zweck wurde ein Aufbau für Phasenmessungen in Transmission und Reflexion im sichtbaren und nahinfraroten Spektralbereich entwickelt.

Vorschau

Zitieren

Zitierform:

Pshenay-Severin, Ekaterina: Design, realization, and characterization of optical negative index metamaterials. 2012.

Zugriffsstatistik

Gesamt:
Volltextzugriffe:
Metadatenansicht:
12 Monate:
Volltextzugriffe:
Metadatenansicht:

Grafik öffnen

Export