Fonksiyonel optik elemanlar için kompozit metayüzeyler

Işığın dalga cephesi manipülasyonu ile genliğinin, polarizasyonunun ve davranışının kontrol edilebileceği bilinmektedir. Günümüzde bu manipülasyonu yapabilen optik elemanlar bulunmaktadır. Bu optik elemanlar geleneksel optik elemanlar olan lensler, aynalar ve optik filtreler gibi optik malzemelerdir. Hacimli ve düz olmayan yapıları itibariyle ışığı yüzey formları sayesinde manipüle ederler. Bu manipülasyon optik malzemelerin yüzey formlarının şekillendirilmesi, kalınlıklarının değiştirilmesi veya yüzeylerine yarıklar açılması ile gerçekleştirilir. Bunun yanında genel olarak ışığın yapı içinde ilerlediği yolun uzunluğu, sistemin çalışma dalga boyundan oldukça fazladır. Bu da kullanılabilir malzemeleri ve üretim süreçlerini limitlemektedir. Üretim süreçleri kesme, taşlama ve parlatma gibi işlemleri içermektedir. Geleneksel optik elemanların sistem haline getirmek için ise sıkı toleranslar ile hizalanması ve tutulması gerekmektedir. Bununla birlikte gelişen giyilebilir, taşınabilir, mobil elektronik ve medikal cihazlar, yer kaplamayan, ucuz ve yüksek performanslı optik sistemlere olan talebi hızla artırmıştır. Yüksek performanslı optik sistemlere olan ihtiyaç ve geleneksel optikteki bu gibi üretim, hacim ve malzeme sorunları yakın geçmişte bu alandaki araştırmaların hızlanmasını ve metayüzeylerin geliştirilmesini tetiklemiştir. Metayüzeyler üzerlerinde bulunan, belirli bir geometrik yapı ve dizilim örgüsüne sahip birim hücre dizisi sayesinde ışığa faz gecikmesi verebilen düz optik yüzeylerdir. Bu tez kapsamında metayüzeylerin farklı tasarım yaklaşımları anlatılarak, çeşitli metayüzey tasarım topolojileri karşılaştırılmıştır. Bu karşılaştırma ile en verimli olan topoloji belirlenmiştir. Ayrıca metayüzeyler kullanılarak çeşitli uygulamaya yönelik tasarımlar önerilmiştir. Bunlardan biri üç odaklı bir optik sistemdir. 600nm dalga boyunda çalışan bu optik sistem ile metalenslerin birbirine olan mesafeleri değiştirilerek üç farklı odak uzaklığı elde edilmiştir. Son olarak orta kızıl ötesi spektrumda çalışan bir odak düzlemi dizisi metayüzeyler kullanılarak gerçeklenmiştir. Bu çalışma ile polarizasyon bağımsız olarak geniş dalga spektrumunda çalışan ve üstün optical crosstalka sahip bir odak düzlemi dizisi sunulmuştur. Bu odak düzlemi dizisinin verimliliği 0.85 üzerinde elde edilmiştir. Bu tasarımda, odak performansını 0.85'in üzerinde tutulurken, optical crosstalk %2.8'in altında kalmıştır. Bu çalışma metayüzey lens dizisi hassaslığı ve sinyal gürültü oranını artırmak için büyük potansiyele sahip olduğunu göstermiştir. Anahtar Kelimeler: Metayüzeyler, Metalensler, Odak düzlemi dizileri.