Multifunktionale, aktive und nichtlineare optische Metaoberflächen

Intelligente planare Systeme, die eine Reihe von gleichzeitigen bei gleichzeitig kompakten Größe erfüllen können, sind in der aktuellen Optik-Forschung ein zentrales Thema. Meta-Oberflächen bestehen aus künstlichen subwellenlängen dicken Strukturen, die in der Lage sind, die optischen Eigenschaften von Lichtwellen umfassende zu beeinflussen. Meta-Oberflächen können leicht zur Veränderung der Lichtausbreitung, als Elemente zur Strahlformung und zur Kodierung von Information verwendet werden. Jedoch existieren immer noch Einschränkungen für Meta-Oberflächen, insbesondere für komplexe anisotrope Strukturen und Multilagenschichten. Diese erfordern zusätzliche Aufwand beim Design und der Herstellung, da unterschiedliche elektromagnetische Kopplungsmechanismen und verschiedene Resonanzphänomene berücksichtigt werden müssen. Nur unter Berücksichtigung solcher Effekte kann ein klares physikalisches Modell entwickelte werden, welches wiederum ein direktes und effizientes Design ermöglicht.Dieses Projekt beschäftigt sich mit theoretischen und experimentellen Untersuchungen an optischen Meta-Oberflächen mit multifunktionalen, aktiven, linearen und nichtlinearen Eigenschaften, welche die Eigenschaften herkömmlicher optischer Elemente übertreffen können. Damit Meta-Oberflächen mehrere Funktionen gleichzeitig übernehmen oder auch aktive optische Eigenschaften besitzen können, müssen verbesserte theoretische Modelle entwickelt und neue aktive Materialien bei der Realisierung verwendet werden. Zur Erhöhung der Funktionalität optischer Meta-Oberflächen, soll innerhalb des Projekts das Problem der gleichzeitigen Modifikation von mehreren Strahlparametern untersucht und die Anpassung von Algorithmen zum parallelen Multiplexing auf Meta-Oberflächen vorgenommen werden. Unser Ziel ist die Entwicklung von Meta-Oberflächen, die mehr als eine Eigenschaft des Lichts verändern können, wie z.B. gleichzeitig Änderung der Polarisation, Phase und Amplitude einer Welle. Zudem planen wir aktive Materialien zu verwenden, so dass die optischen Eigenschaften durch einen externen Stimulus dynamisch verändert werden können.Das Projekt gliedert sich in vier Teilbereiche, die sich auf einzelne Teilaspekte konzentrieren: Fundamentale Designmethoden, „Deep Learning“ für ein schnelleres Design, Multifunktionalität sowie aktive Kontrolle von linearen und nichtlinearen Effekten. Die in diesem Projekt entwickelten Techniken und Methoden sollen dazu beitragen, die Performance von Meta-Oberflächen zu verbessern und neuartige multifunktionale optische Bauelemente zu ermöglichen. Dieses Kooperationsprojekt kombiniert dabei die Erfahrung von zwei Gruppen an der Universität Paderborn und dem Beijing Institute of Technology in den Bereichen Nanophotonik, diffraktiver Optik, Holographie und nichtlinearer Optik.

DFG-Verfahren Sachbeihilfen

Internationaler Bezug China

Partnerorganisation National Natural Science Foundation of China