Nonlinear Optics Using Resonant Metamaterials
Stolt, Timo (2024)
Stolt, Timo
Tampere University
2024
Tekniikan ja luonnontieteiden tohtoriohjelma - Doctoral Programme in Engineering and Natural Sciences
Tekniikan ja luonnontieteiden tiedekunta - Faculty of Engineering and Natural Sciences
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Väitöspäivä
2024-03-22
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:ISBN:978-952-03-3369-0
https://urn.fi/URN:ISBN:978-952-03-3369-0
Tiivistelmä
Epälineaarinen optiikka tutkii aineen ja voimakkaan laservalon välistä vuorovaikutusta. Epälineaarisilla optisilla prosesseilla voidaan muokata vuorovaikuttavan laservalon ominaisuuksia, kuten sen aallonpituutta. Täten niitä käytetään monissa laserlaitteistoissa, kuten aallonpituudeltaan säädettävissä ja pulssitoimisissa lasereissa. Epälineaariset optiset komponentit ovat kuitenkin suurikokoisia ja toiminnalisuuksiltaan rajoittuneita, mikä rajoittaa niiden käyttöä moderneissa, mikroskooppisen kokoisissa, fotoniikan komponenteissa. Viime vuosikymmenten kehitys nanomittakaavan valmistustekniikoissa on mahdollistanut uudenlaisten mikroskooppisten komponenttien valmistuksen, joilla tulevaisuuden voidaan korvata epälineaarisia kuituja ja kiteitä fotoniikan laitteistoissa. Yksi esimerkki näistä komponenteista ovat metamateriaalit.
Metamateriaalit ovat keinotekoisia rakenteita, jotka koostuvat nanoskaalan kappaleista ja joilla voi olla ominaisuuksia, joita luonnonllisilla materiaaleilla ei ole. Näiden ominaisuuksien avulla metamateriaalien optisia vasteita voidaan vahvistaa ja muokata. Erityisesti metamateriaalien epälineaarisia ominaisuuksia on tutkittu laajalti, sillä metamateriaalit ovat varteenotettavia kandidaatteja äärimmäisen ohuiksi epälineaarisiksi optisiksi komponenteiksi.
Tässä väitöskirjassa käsitellään plamonisten metamateriaalien kehittämistä epälineaarisen optiikan tarkoituksiin. Erityisenä tavoitteena oli soveltaa perinteisiä epälineaaristen vasteiden vahvistusmenetelmiä, eli vaihesovitusta ja moni-resonanttivahvistusta metamateriaaleissa. Tämän lisäksi laajensimme epälineaaristen metamateriaalinen ominaisuuksia tapauksiin, joissa niiden epälineaariset vasteet ovat säädettäviä ja laajakaistaisia, mikä on vaikea toteuttaa perinteisillä epälineaarisilla materiaaleilla. Työssä esitettyjä tuloksia voidaan vastaisuudessa hyödyntää säädeltävien ja monitoimisien epälineaaristen komponenttien kehityksessä modernin, mikrofotoniikan komponentteihin.
Metamateriaalit ovat keinotekoisia rakenteita, jotka koostuvat nanoskaalan kappaleista ja joilla voi olla ominaisuuksia, joita luonnonllisilla materiaaleilla ei ole. Näiden ominaisuuksien avulla metamateriaalien optisia vasteita voidaan vahvistaa ja muokata. Erityisesti metamateriaalien epälineaarisia ominaisuuksia on tutkittu laajalti, sillä metamateriaalit ovat varteenotettavia kandidaatteja äärimmäisen ohuiksi epälineaarisiksi optisiksi komponenteiksi.
Tässä väitöskirjassa käsitellään plamonisten metamateriaalien kehittämistä epälineaarisen optiikan tarkoituksiin. Erityisenä tavoitteena oli soveltaa perinteisiä epälineaaristen vasteiden vahvistusmenetelmiä, eli vaihesovitusta ja moni-resonanttivahvistusta metamateriaaleissa. Tämän lisäksi laajensimme epälineaaristen metamateriaalinen ominaisuuksia tapauksiin, joissa niiden epälineaariset vasteet ovat säädettäviä ja laajakaistaisia, mikä on vaikea toteuttaa perinteisillä epälineaarisilla materiaaleilla. Työssä esitettyjä tuloksia voidaan vastaisuudessa hyödyntää säädeltävien ja monitoimisien epälineaaristen komponenttien kehityksessä modernin, mikrofotoniikan komponentteihin.
Kokoelmat
- Väitöskirjat [4785]