De beschikbaarheid van infomatie in al zijn verschillende facetten is van levensbelang geworden in onze moderne informatiemaatschappij. Aan de basis van deze ontwikkeling ligt de evolutie van elektronica, die er tot nu toe in slaagt om de capaciteit van informatieverwerkende systemen elke twee jaar te verdubbelen. Het gros van de informatieverwerkende systemen gebruikt inderdaad elektrische signalen om informatie voor te stellen.
Toch is het soms interessant om optische in plaats van elektrische signalen als informatiedrager te gebruiken. Onderzoekers in de fotonica - de wetenschap en technologie van licht - hebben tijdens de laatste decennia het enorme potentieel van licht voor talrijke industriële, medische en consumententoepassingen geëxploiteerd, denk maar aan optische vezel communicatiesystemen voor het internet, laserprinters, de bewerking van metalen met lasers, LCD-schermen, optische gegevenopslag op dvd's, ...
Vele van deze verwezenlijkingen in de fotonica zijn gestoeld op de mogelijkheid om de voortplantings- en andere eigenschappen van licht met ongekende nauwkeurigheid te controleren.
Deze zeer precieze beheersing van licht is mogelijk door de wisselwerking van fotonen met een breed spectrum aan optische materialen. Natuurlijke materialen kennen evenwel een belangrijke tekortkoming: bij optische frequenties kunnen we enkel de elektrische component van elektromagnetische golven beïnvloeden, terwijl de magnetische component buiten bereik blijft.
In dit doctoraatsproefschrift worden mogelijke toepassingen van metamaterialen in de fotonica onderzocht. Metamaterialen zijn kunstmatige materialen met buitengewone (optische) eigenschappen die niet beschikbaar zijn in de natuur.
Een van de meest fascinerende eigenschappen die met dergelijke materialen verwezenlijkt kunnen worden is magnetisme bij microgolf-, terahertz- en optische frequenties. We hebben verscheidene fotonische componenten geïdentificeerd waar metamaterialen tot een betere efficiëntie of nieuwe functionaliteit kunnen leiden of waar metamaterialen aand e tradionele beperkingen van de optica voorbij kunnen gaan.
We lichten kort de drie belangrijkste bijdragen van het proefschrift toe.
Ten eerste hebben we een ontwerp van een optische golfgeleider met dikte kleiner dan de golflengte voorgesteld; deze golfgeleider bevat een materiaal met negative brekingsindex in de mantel. Op die manier kunnen we de faseverschuivingen veroorzaakt door totale interne reflectie van licht aan de randen van de golfgeleider beïnvloeden. Het resultaat is een optische golfgeleider die dunner is dan de golflengte van licht, maar die het licht toch uitstekend kan opsluiten. Dit resultaat is interessant voor de verdere miniaturisatie van fotonische geïntegreerde circuits.
Ten tweede hebben we een subgolflengte caviteit ontworpen. Caviteiten zijn componenten waarin optische energie kan worden opgesloten. Een belangrijke beperking van de huidige optische caviteiten is dat ze niet kleiner kunnen gemaakt worden dan de gollengte van het opgesloten licht. Door gebruik te maken van transfomaticaoptica, een techniek die concepten uit de algemene relativiteitstheorie toepast op de wetten van de optica, hebben we een caviteit kunnen ontwerpen die toch kleiner dan de golflengte kan gemaakt worden.
ir. Philippe Tassin
|