Görünür ve kızılötesi spektrumda metayüzey tasarım ve analizi

İletim ve yansıma modunda tasarlanabilen metayüzeyler ışığın faz, polarizasyon ve genliğinin eşsiz bir şekilde kontrolünü sağlarlar. Bu etkin özelliklerinden dolayı, metayüzeyler ışık kontrolünde çeşitli optik fonksiyonlar için fevkalade ilgi çekmişlerdir. Bu tez kapsamında metalik ve tamamen dielektrik malzemelerden oluşan metayüzeyler tasarlanarak görünür ve kızılötesi bantta ışık bükme, odaklama, düzlem dalgadan girdap ışık demeti oluşturma, hüzme ayırıcı ve asimetrik ışık iletimi gibi çeşitli optik uygulamalar gerçekleştirilmiştir. Gelişmiş optik uygulamalarda tek yönlü ışık iletimi önemli bir ihtiyaç haline gelmiştir. Tezin üçüncü bölümünde, görünür dalgaboyunda geniş bantlı ve polarizasyon bağımsız bir asimetrik iletim mekanizması gösterilmiştir. Safir alttaş üzerine periyodik olarak yerleştirilmiş yamuk şekilli alüminyum metallerden oluşan metayüzey her iki aydınlatma yönü için istenilen optik tepkiyi elde etmek için tasarlanmıştır. Metayüzeyin asimetrik iletim dalgaboyu aralığı Wood-Rayleigh anomali ile ilgilidir. Bu tasarım tüm görünür batta %50'den fazla ileri yön iletimine, %28'den az ters yön iletimine ve 3 dB'den büyük kontrast oranına sahiptir. Işın ayırıcı interferometre ve spektroskop gibi çeşitli optik sistemlerde gerekli bir bileşendir. Tezin dördüncü bölümünde, görünür bantta polarizasyon bağımsız faz gradyan tamamen dielektrik metayüzey kullanarak oluşturulan ışın ayırıcı önerilmiş ve analiz edilmiştir. Metayüzey periyodik olarak sıralanmış birim hücrelerden oluşmaktadır ve metayüzeyde komşu birim hücreler arasındaki faz farkı π radyandır. Metayüzeydeki faz gradyanın işareti periyodik olarak değişmektedir. İki tarafa ayrılan ışınların toplam iletimleri ve ayrılma açılarının %90 ve ± 46.8° olduğu belirlenmiştir. Tezin beşinci bölümünde, görünür batta cam alttaş üzerine yerleştirilen tamamen dielektrik faz gradyan metayüzeyden oluşan asimetrik iletim yapısı önerilmiştir. Bu yapının çalışma performansını incelemek için elektromanyetik dalga ve ışın analiz teknikleri birlikte kullanılmıştır. Yüksek kontrastlı geniş bantlı asimetrik iletimin 500 nm - 715 nm dalgaboyu aralığında gerçekleştiği gösterilmiştir. Özellikle, 532 nm dalgaboyunda ileri ve ters uyarımlar arasındaki iletim farkı yaklaşık %90'dır. Tezin altıncı bölümünde, iletim davranışı geometrik ve yapısal değişiklikler olmadan harici uyarımla ayarlanabilen bir orta kızılötesi filtre önerilmiştir. Filtrenin oda sıcaklığında bir optik diyot gibi davrandığı, bununla birlikte ısıl olarak tetiklenen vanadyum dioksitin faz geçişi nedeniyle çift yönlü izolatör gibi çalıştığı gösterilmiştir. Önerilen filtre hassas kızılötesi sensörleri korumak için akıllı kızılötesi yapı olarak kullanılabilir. Bu tezin yedinci bölümünde, kızılötesi spektrumunda faz geçiş materyali olan vanadyum dioksit kullanılarak ayarlanabilir bir düzlemsel katmanlı ince film yapısı gösterilmiştir. Saçılma rezonanslarında 400 nm dalgaboyu kayması elde edilmiştir. Düzlemsel katmanlı ince filme bir metayüzey katman eklenerek, bu modifiye edilmiş tasarımın iletim ve yansıtma özellikleri teorik olarak incelenmiştir. Düzlemsel katmanlı ince film yapısına kıyasla, iletim kontrastı, Mie tipi saçılma nedeniyle artmıştır.