Doktorska naloga raziskuje načrtovanje in optimizacijo kompleksnih materialnih struktur za nadzor svetlobe s posebnim poudarkom na sistemih mehke snovi, kot so tekoči kristali. Uporabljena sta tako parametrični kot inverzni pristop načrtovanja za ustvarjanje različnih optičnih naprav. Delo je razdeljeno na štiri glavne raziskovalne sklope. Prva dva se osredotočata na parametrično in inverzno načrtovanje fotonskih komponent v trdni snovi in tekočih kristalov. Tretji sklop se posveča uklonskim mrežicam iz tekočih kristalov, medtem ko se zadnja smer osredotoča na računalniško generirane holograme.
Prva smer se začne s parametričnim načrtovanjem dvo-periodičnih fotonskih kristalov za počasno svetlobo, ki omogočajo poljubno visoke grupne lomne količnike. Nadaljuje se z inverznim načrtovanjem dvodimenzionalnih fotonskih struktur z asimetrično prepustnostjo, načrtovanih s topološko optimizacijo za silicijeve in organske platforme. Rezultat so tri naprave z relativno visoko asimetrično prepustnostjo pri različnih valovnih dolžinah.
Druga smer obravnava nove tridimenzionalne optične valovode iz tekočih kristalov in njihove zaključke, ki so načrtovani preko vzorcev sidranja na substratih. Ti vzorci so generirani z novo posplošeno metodo na osnovi funkcij predznačene razdalje.
Poglavje predstavlja tudi rekonfigurabilne naprave in vezja iz tekočih kristalov, načrtovane z uporabo tako parametričnih metod kot tudi topološke optimizacije in optimizacije oblike z materialnimi omejitvami na osnovi funkcij predznačene razdalje. Predstavljene so različne rekonfigurabilne naprave za delitev, odklanjanje, fokusiranje in usmerjanje žarkov z nizkimi izgubami.
Predzadnji raziskovalni sklop uvaja uklonske mrežice iz tekočih kristalov, ki temeljijo na geometrijski fazi. Te so zasnovane s posebej razvitimi parametričnimi vzorci sidranja, ki omogočajo fino nastavitev uklonskega spektra in z uporabo zunanjih električnih polj zvezen prehod med visoko disperzijskim in prepustnim stanjem.
Tema se razvije v topološko optimizacijo uklonskih mrežic iz mehke snovi z materialnimi omejitvami, ki so načrtovane, da uklonijo svetlobo pod določenimi koti. Pristop k načrtovanju uporablja novo metodo za uvedbo materialnih omejitev, povezanih z elastično energijo tekočih kristalov, kar bi bilo sicer zelo računsko zahtevno.
Zadnja raziskovalna smer se osredotoča na računalniško generirane holograme, ki so generirani z uporabo novega algoritma na osnovi topološke optimizacije in so ustrezno prilagojeni lastnostim materiala. Poleg tega so predstavljeni tudi večciljni in večconski hologrami za zapisovanje podatkov, šifriranje in barvne holograme, ki so prilagojeni materialnim lastnostim tekočih kristalov.
Doktorska naloga se osredotoča na približevanje teoretičnega modeliranja in fizične implementacije ter tako prispeva k področjem inverznega načrtovanja in fotonike v mehki in trdni snovi.
|