היגוי אלומה דינמי באמצעות מטא-משטח מתכוונן
You are invited to attend a lecture on Sunday, November 29, 2020 13:00
Dynamic Beam Steering by a Reconfigurable Metasurface
By: Bar Zirinski
M.Sc. student under the supervision of Prof. Jacob Scheuer
תקציר
בתזה הזו אנו מדגימים היגוי אלומה דינמי באמצעות עיבור של מטא-משטח גמיש שביכולתו להטות את האלומה הפוגעת בו לזווית ידועה מראש. לשם כך עיצבנו ותכננו מטא-משטח מטה אלומה פלזמוני וייצרנו אותו על גבי מצע גמיש עשו מ PDMS. מטא-המשטח מסיט האלומה הוא מערך דו ממדי של מטא-אטומים - רזונטורים ננומטריים הפועלים באורך גל של 1500 ננומטר. במערך אופטי ייעודי שתוכנן לניסוי זה, אנו מאפיינים את תגובתו האופטית והמכנית של מטא-המשטח מסיט האלומה תחת הפעלת מאמץ מכני הגורם למעוות. כדי לשלוט במאמץ המכני ולעקוב אחר המעוות שמתקבל, תכננו מתקן מתיחה שביכולתו לאחוז את מטא-המשטח בחוזקה ולמתוח אותו.
התפקוד של מטא-משטח נקבע על ידי פרופיל הפאזה שלו שממומש על ידי מטא-אטומים, כאשר לכל אחד מהם תגובת פאזה ואמפליטודה ייחודיות. מתיחת מטא-המשטח מסיט האלומה משנה את גאומטריית מערך מטא-האטומים וכתוצאה מכך משנה את פונקציית הפאזה של המשטח ואת זווית ההסטה, בהתאמה. באופן זה אנו מקבלים שינוי רציף של זווית ההסטה ומציגים מימוש להיגוי אלומה דינאמי.
התוצאות שקיבלנו בתזה זו מתקפות את מטא-המשטח הדינמי כהתקן אופטי ראוי למימוש היגוי אלומה בהתחשב בכך שזהו התקן אופטי בסיסי המהווה תשתית להתקנים ומערכות אופטיות מורכבות יותר.
שליטה דינאמית בתפקוד של מטא-משטחים על ידי סיגנלים חיצוניים תפתח את הדלת להזדמנויות חדשות למדע וליישומים הנדסיים. יתר על כן, אינטגרציה של מטא-משטחים גמישים עם מערכת אקטואציה מכנית חיצונית עשוי להביא לשיפורים משמעותיים בתחום האופטיקה וכן לחידושים בתעשייה ובמחקר. מטרתו העיקרית של המחקר הנוכחי היא לקדם את המיזוג של מטא-משטחים דינאמיים עם מערכות אקטואציה מזעריות (N-MEMS) על מנת לפתח התקן אופטי דינמי שלם שיהווה פלטפורמה להתקנים אופטיים עתידיים.
:Abstract
In this thesis we demonstrate dynamic beam steering by mechanically tuning a flexible beam deflector metasurface. For this purpose, we design a plasmonic beam deflector metasurface and fabricate it on a flexible substrate made of PDMS. The deflective metasurface is a two dimensional array of resonant sub-wavelength meta-atoms operating at 1550 nm. We characterize the metasurface optical and mechanical responses under external strain in a uniquely designed set-up. The mechanical tuning is obtained by a stretching device able to strongly clamp and stretch the flexible metasurface, allowing the monitoring and controlling of the applied external strain.
The functionality of a metasurface is determined by its phase profile which is implemented by meta-atoms, where each of them has a specific phase and amplitude response. Stretching a deflector changes the array geometry which in turn changes the aperture phase function. This results in a continuous change of the deflection angle, thus creating a dynamic beam scanner.
The results obtained in this thesis validate the potential of reconfigurable metasurfaces to yield dynamic beam steering- an essential building block for both existing and future optical systems.
Dynamic control over metasurface functionalities via external signals would unlock major opportunities for science and applications. Moreover, integration of flexible metasurfaces and external mechanical actuation is highly attractive and advantageous. The main goal of this study is to make progress towards the integration of reconfigurable metasurfaces with N-MEMS technology in order to create a complete dynamic optical system. Such integration will establish a powerful new technological platform. If employed as an infrastructure, it is very likely to give rise to the development of new applications and devices
.
