Nahfeldgekoppelte, nichtlokale optische Metaoberfl?chen für Polarisations- und Bandstrukturmanipulationen

Jüngste Fortschritte in der modernen Nanotechnologie haben dünne und flache optische Elemente (die sogenannten optischen Metaoberfl?chen) hervorgebracht, die auf nanoskaligen Strukturen basieren und in der Lage sind, die Eigenschaften von Licht wie Wellenfronten, Amplituden, Polarisation und Frequenz vielseitig anzupassen. Trotz der extrem reduzierten Abmessungen der Elemente ist das Funktionsprinzip im Wesentlichen durch das Huygens-Fresnel-Prinzip gegeben, das praktisch dasselbe ist wie bei herk?mmlichen optischen Elementen. Es gibt jedoch einen wesentlichen Unterschied zu traditionellen optischen Elementen. Herk?mmliche optische Linsen manipulieren Wellenfronten über die L?nge des optischen Weges innerhalb der Linse, w?hrend Metaoberfl?chen auf Resonanzeffekten beruhen, bei denen sich drastische Amplituden- und Phasen?nderungen in den spektralen Antworten manifestieren k?nnen. Diese spektralen Antworten werden durch die optischen Resonanzen von optischen Nanoresonatoren im Subwellenl?ngenbereich hervorgerufen.Eine Analogie zu den optischen Resonanzen im Subwellenl?ngenbereich sind die Elektronenbahnen, die sich auf den Atomgittern in Festk?rpern einstellen. ?hnlich wie die Elektronenbahnen k?nnten die optischen Resonanzen durch Nahfeldkopplungen miteinander "sprechen" und eine kollektive Reaktion aufbauen, die in herk?mmlichen optischen Elementen nicht vorkommt. Ein Beispiel sind z. B. chirale Metaoberfl?chen, die nur auf eine zirkulare Polarisation ansprechen und für die andere zirkulare Polarisation keine Wechselwirkung zeigen. In diesem Projekt werden wir den theoretischen Rahmen und die Designlogik für die gezielte Kontrolle der Kopplung zwischen optischen Nanoresonatoren untersuchen und ihre M?glichkeiten für Wellenmanipulationen in linearen und nichtlinearen Anwendungen weiterentwickeln. Eine ma?geschneiderte Kopplung zwischen den Resonatoren mit einer starken nichtlokalen Wechselwirkung k?nnte sowohl die Streueigenschaften als auch die Wellenausbreitung innerhalb der Metaoberfl?che effektiv ver?ndern. Aufgrund der extremen Subwellenl?ngengr??e in photonischen Resonatoren sind neue Arten von Spin-Orbit gekoppelten Metaoberfl?chen mit stark erh?htem Zirkulardichroismus sowie deutlich verbesserten linearen und nichtlinearen Licht-Materie-Wechselwirkungen mit photonischen topologischen Flachb?ndern denkbar und sollen hier untersucht werden.

DFG-Verfahren Sachbeihilfen