Aplikace metapovrchů pro strukturální zbarvení

Abstract

Barevné filtry umožňují fotosenzorům získat informace o spektrálním složení dopadajícího záření, ať už za účelem napodobení lidského zraku nebo separace analytického signálu. Snaha o zvýšení rozlišení senzorů vede k snižování velikosti jednotlivých obrazových elementů – pixelů, což klade stále vyšší požadavky na technologii barevných filtrů. Konvenční barevné filtry založené na principu absorpce záření v organických barvivech jsou velice rozšířené, ale již přestávají vyhovovat rostoucím nárokům na rozlišení senzorů. Na pomoc přichází pole metapovrchů, které pomocí svých elementů – nanostruktur – umožňují separovat barvy a vytvářet tak strukturální zbarvení. Existuje již mnoho přístupů, jak pomocí metapovrchů barvy separovat, avšak každý kromě svých výhod s sebou nese i jisté nevýhody. V této práci představujeme nový přístup k separaci barev s vysokou účinností využívající manipulace s polarizací záření. Barevný filtr je nejdříve modelován a optimalizován prostřednictvím numerických simulací a poté je v čistých prostorách vyroben pomocí nanofabrikačních metod. Na závěr jsou vlastnosti barevného filtru ověřeny vybranými optickými spektroskopickými metodami.Color filters enable photosensors to obtain spectral composition of incoming radiation, be it to mimic human vision or to separate analytical signals. Efforts to increase the resolution of these photosensors lead to decrease in size of individual picture elements – pixels, which places increasing demands on the color filter technology. Conventional color filters operating on the principle of absorption of light in organic pigments are frequently used, but they are no longer meeting growing requirements of increasing sensor resolution. Here, metasurfaces comes to an aid, utilizing nanostructures to separate colors and thus creating structural coloration. There are many approaches to separate colors using metasurfaces, but each carries certain disadvantages with their principle of operation. In this thesis, we present a novel approach to separate colors which utilizes manipulation of radiation polarization. The presented color filter is first modeled and optimizes through numerical simulations and then manufactured using nanofabrication methods. Finally, the optical response of nanostructures is verified by several optical spectroscopy methods.