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Plasmonic and dielectric metalenses for nanophotonic applications : = Plasmonische und dielektrische Metalinsen für nanophotonische Anwendungen
Ort / Verlag
Paderborn
Erscheinungsjahr
2021
Verknüpfte Titel
Beschreibungen/Notizen
Tag der Verteidigung: 05.05.2021
ger: Unter Verwendung von arrayförmig angeordneten Gold-Nanoantennen mit einer dreizähligen Rotationssymmetrie kann eine nichtlineare Pancharatnam-Berry Phase ausgenutzt werden, um in einem nichtlinearen Prozess zweiter Ordnung eine abrupte Phasenänderung zu implementieren. Dies geschieht ohne eine Veränderung der Fundamentalwelle. Auf diese Weise kann eine nichtlineare Metalinse implementiert werden, welche die Funktionsweise einer ultradünnen flachen Linse mit gleichzeitiger Frequenzkonversion verbindet. Abzubildende Objekte, welche mit infrarotem Licht beleuchtet werden, können so im sichtbaren Spektrum abgebildet werden. Außerdem kann die Funktion der Linse je nach zirkularem Polarisationszustand der Fundamentalwelle verändert werden, dies führt entweder zur realen oder zur virtuellen nichtlinearen Abbildung eines Gegenstandes. Unter Zuhilfenahme von effizienteren dielektrischen Metaoberflächen basierend auf dem generalisierten Huygens' Prinzip können die Untersuchungen auf nichtlineare optische Phänomene höherer Ordnungen ausgeweitet werden. So kann eine dielektrische Metalinse bestehend aus Silizium-Nanostrukturen zur Erzeugung der dritten Harmonischen realisiert werden. Dadurch kann experimentell und theoretisch demonstriert werden, dass die nichtlineare Bildentstehung nicht der bekannten Gaußschen Linsengleichung unterliegt, sondern einer generalisierten Form dieser Gleichung. Außerdem konnte gezeigt werden, wie die hergestellten Metaoberflächen nichtlineare mathematische Operationen von optischen Signalen ausführen können (zum Beispiel nichtlineare optische Fourier Transformationen oder räumliche Korrelationen verschiedener Ordnungen, die auf dem nichtlinearen Prozess beruhen).
eng: By using an array of gold nanoantennas with a C3 rotational symmetry, a nonlinear Pancharatnam-Berry phase can be exploited to implement an abrupt phase change in a second order nonlinear process. This is done without a change in the fundamental wave. In this way, a nonlinear metalens can be implemented that combines the functionality of an ultrathin flat lens with simultaneous frequency conversion. Objects, which are illuminated with infrared light, can thus be imaged in the visible spectrum. In addition, the function of the lens can be changed depending on the circular polarization state of the fundamental wave, resulting in either real or virtual nonlinear imaging of an object. With the help of more efficient dielectric metasurfaces based on the generalized Huygens' principle, the investigations can be extended to higher order nonlinear optical phenomena. A dielectric metalens consisting of silicon nanostructures for third harmonic generation can be realized. Thus, it can be demonstrated experimentally and theoretically that the nonlinear image formation is not governed by the well-known Gaussian lens equation but a generalized version of it. It was also shown how the fabricated metasurfaces can perform nonlinear mathematical operations of optical signals (for example, nonlinear optical Fourier transforms or spatial correlations of different orders based on the nonlinear process).