Design and Manufacturing of Polarization Beam-Splitting Metasurfaces, and FDTD Simulations of their Mueller Matrices
Abstract
Denne avhandlingen undersøker design, fabrikasjon og Finite-Difference Time-Domain (FDTD)simuleringer av optiske metasurfacer, med vekt p ̊a polarisasjon -splittende metasurfacer. Avhand-lingen fokuserer hovedsakelig p ̊a to typer metasurfaces: Gap Surface Plasmon (GSP) metasurfacerrettet mot ̊a oppn ̊a en større brytningsvinkel, og amorfe silisium (a-Si) søylebaserte metasurfacesmed en integrert blender ̊apning.Fabrikasjonsprosessen for GSP metasurfaces ble gjennomført, til tross for noen manglende meta-atomer, sannsynligvis p ̊a grunn av et feil forhold mellom resist og metallisk lagtykkelse i lift-off prosessen. Design og innledende stadier av a-Si søyle metasurfaces ble fullført, selv om fullfabrikasjon ikke ble oppn ̊add p ̊a grunn av tid og utstyrsbegrensninger. Integreringen av en aperturei metasurface-designet ble igangsatt og karakterisert, noe som indikerer nødvendigheten av videreundersøkelse.I tillegg til produksjon, ble en metode for ̊a trekke ut Mueller Matrices i FDTD-simuleringerutvikley, noe som gir et lovende grunnlag for videre bruk. Denne tilnærmingen er spesielt gunstigfor store, ikke-periodiske metasurfaces, der FDTD tilbyr fordeler over Finite Element Method(FEM). This thesis investigates the design, fabrication, and Finite-Difference Time-Domain (FDTD) simu-lations of optical metasurfaces, with an emphasis on polarization beam splitting metasurfaces. Thestudy primarily focuses on two types of metasurfaces: Gap Surface Plasmon (GSP) metasurfacesaimed at achieving a greater angle of refraction than previous work, and amorphous silicon (a-Si)pillar-based metasurfaces with an integrated aperture for camera integration.The fabrication process of GSP metasurfaces was executed, despite some missing meta-atomslikely due to an incorrect ratio between resist and metallic layer thickness in the lift-off process.The design and preliminary stages of the a-Si pillar metasurfaces were completed, although fullfabrication was not achieved due to time and equipment constraints. The integration of an apertureinto the metasurface design was initiated and characterized with intensity measurements, indicatingthe necessity for further fine-tuning of process characteristics.In addition to manufacturing, a methodology for extracting Mueller Matrices in FDTD simulationswas developed and successfully implemented, providing a promising basis for further refinement.This approach is particularly beneficial for large, non-periodic metasurfaces, where FDTD offersadvantages over Finite Element Method (FEM).