Pričujoče delo raziskuje tok svetlobe v metamaterialih na osnovi nematskih tekočin. Raziskujemo širjenje svetlobe skozi optične metamateriale, s katerimi je možno doseči nadzorovan in inovativen optični odziv, pri čemer se osredotočimo na vlogo dvolomnih materialov, vključno s tekočimi kristali. Večji del rezultatov je bil pridobljen z numeričnimi simulacijami, predvsem z metodo FDTD (ang. finite-difference time domain), ki je bila prilagojena za simuliranje dvolomnih materialov s frekvečno odvisno dielektričnostjo in neničelno absorpcijo. Najprej preučimo homogene dvolomne -- hiperbolične -- metamateriale, v katerih sta lastni vrednosti dielektričnega tenzorja nasprotno predznačeni. Pri lomu svetlobe iz vakuuma v tak material s konstantno optično osjo se izkaže, da je propagacija Poyntingovega vektorja (smer potovanja žarka) močno odvisna od nagiba optične osi, pri čemer je mogoč tako pozitiven kot negativen lom. Tok svetlobe nadalje preučimo pri analizi širjenja svetlobe skozi profile hiperboličnih metamaterialov s prostorsko spreminjajočo se optično osjo, pri čemer pokažemo defektne strukture, ki v jedro defekta svetlobo ``privlačijo'' ali ``odbijejo'', pa tudi možnost vodenja svetlobe z npr. sinusoidno odvisnostjo nagiba optične osi. Drugič, študiramo nehomogene metamateriale na osnovi koloidnih struktur, sestavljenih iz posameznih kovinskih koloidnih podkvastih delcev, imenovanih tudi obročasti resonatorji (ang. split-ring resonators, SRR), obdanih s tekočimi kristali. Preučevali smo optično transmisivnost za posamezen obročast resonator, za 2D in 3D kristale obročastih resonatorjev, in pokazali resonanten transmisivni odziv materiala, odvisen od geometrijskih parametrov, velikosti in materiala, iz katerega je delec, od sklopitve med posameznimi delci, pa tudi od nematskega polja, ki obdaja delce, kar odpira možnost nastavljanja in prilagajanja optičnega odziva metamateriala z zunanjimi polji. Tretjič, preučujemo tok svetlobe v izbranih dvolomnih strukturah: v helikonikih, v prehodnih strukturah med nenadnim nematskim faznim prehodom, in v modri fazi III. Za helikonike pokažemo povezavo med položajem prepovedanega pasu in strukturnimi lastnostmi helikonikov,
natančneje z njegovo periodičnostjo in nagnjenostjo vijačnice helikonične strukture. Analiza prostorske odvisnosti prepuščene svetlobe v amorfnih (neperiodičnih) strukturah tekočekristalnih disklinacijskih linij, kot npr. pri hitrem prehodu tekočih kristalov iz izotropne v nematsko fazo, ali v amorfni modri fazi III, razkriva odziv svetlobe na variacije dvolomnosti, manjše od valovne dolžine svetlobe, kar vodi v določanje strukturnih lastnosti. Disertacija je prispevek k raziskavam metamaterialne fotonike in mehkih dvolomnih materialov, in je usmerjena k ustvarjanju novih dvolomnih (meta)materialov z možnostjo nadzorovanja in spreminjanja njihovih fotonskih lastnosti z uporabo dvolomnih komponent.
|
