Optické metapovrchy z karbidu křemíku

Abstract

Tato bakalářská práce se zabývá návrhem a optimalizací optických metapovrchů z karbidu křemíku (SiC) pro kvantové aplikace, především pro kolimaci záření z jednofotonových emitorů (SPE). Práce kombinuje rešeršní studii s numerickými a semianalytickými simulacemi k návrhu metapovrchu schopného směrového vyzařování a zvýšení účinnosti SPE na bázi barevných center v SiC. Využita je platforma 4H-SiC, jejíž jedinečné optoelektronické a mechanické vlastnosti ji činí vhodnou pro integrovanou kvantovou fotoniku. Pro návrh metapovrchu byly vytvořeny knihovny nanoantén optimalizovaných pomocí FDTD a RCWA simulací. Výsledný metapovrch byl následně vyroben technologií elektronové litografie a reaktivního iontového leptání a charakterizován pomocí konfokální a digitální holografické mikroskopie. Výsledky potvrzují funkčnost návrhu a naznačují potenciál SiC metapovrchů pro realizaci kvantově-optických zařízení s integrovanými SPE.This bachelor’s thesis focuses on the design and optimization of silicon carbide (SiC) optical metasurfaces for quantum applications, particularly for the collimation of emission from single-photon emitters (SPEs). The work combines a literature review with numerical and semi-analytical simulations to propose a metasurface capable of directional emission and enhanced efficiency of SiC-based color center SPEs. The 4H-SiC polytype was used due to its unique optoelectronic and mechanical properties, making it a promising platform for integrated quantum photonics. Libraries of nanoantennas were created and optimized using FDTD and RCWA simulations. The final metasurface was fabricated using electron-beam lithography and reactive ion etching and characterized by confocal and digital holographic microscopy. The results confirm the functionality of the design and demonstrate the potential of SiC metasurfaces for integrated quantum-optical devices with embedded SPEs.