Väitös teknillisen fysiikan alalta, M.Sc. Somendu Maurya

Väitöskirjan nimi: Control of light coherence, polarization, and propagation using nanostructures

Vastaväittäjä: professori Taco Dirk Visser, University of Rochester, Yhdysvallat
Kustos: emeritusprofessori Matti Kaivola, Aalto-yliopiston perustieteiden korkeakoulu, teknillisen fysiikan laitos

Väitöskirja on julkisesti nähtävillä 10 päivää ennen väitöstä Aalto-yliopiston julkaisuarkiston verkkoriiputussivulla.

Elektroninen väitöskirja

Väitöstiedote:

Nanofotoniikka on uusi nopeasti kasvava ala, joka on toiminut edelläkävijänä modernissa tieteellisessä pyrkimyksessä valon ominaisuuksien hallitsemiseen hyödyntäen nanorakenteisia optisia komponentteja. Nämä nanorakenteet ovat valon aallonpituuden kokoisia tai sitä pienempiä, joka mahdollistaa valon ohjaamisen hyödyntäen poikkeuksellisia valon ja aineen välisiä vuorovaikutuksia. Tämä väitöstutkimus jatkaa alan teoreettista kehittämistä ja esittää niihin pohjautuvia nanorakenteisia materiaaleja ja laitteita. Tutkimuksessa esitellään myös uusia laskennallisia menetelmiä nanorakenteisten optisten järjestelmien kehitemäiseen ja niiden toimintakyvyn analysoimiseen. 

Väitöstyössä raportoidaan uusista metalli-dielektrisisiä nanorakenteista, jotka on kehitetty valon polarisaation hallitsemiseen. Kuten esimerkkisi nanovalmisteinen aaltolevy, joka on valon aallonpituutta ohuempi. Tämän kaltaiset aaltolevyt toimivat laajalla optisella kaistanleveydellä ja pienillä häviöillä läpäisymoodissa. Toisen samankaltaisen nanorakenteen demonstroidaan toimivan säädettävänä osittaispolarisaattorina. Valon polarisaatioasteen muokkaaminen perustuu yhden polarisaatiokomponentin intensiteetin vaimentamiseen, jota voidaan säätää nanorakenteeseen kohdistuvan valon tulokulmaa muuttamalla. Työssä esitellään myös uusi semianalyyttinen menetelmä nanorakenteisten valonlähteiden lähi- ja kaukokenttien spatiaalisen koherenssin laskemiseen. 

Tutkimus selvittää myös valon etenemistä nano ja mikro kokoluokan optisissa aaltojohdoissa, joita käytettään fotonisissa integroiduissa piireissä signaalien kuljettamiseen. Lähekkäin asetetuilla aaltojohdoilla esiintyy keskinäishäiriötä, joka estää niiden tiheän integroimisen piirille. Tähän ongelmaan ratkaisuksi väitöstyössä ehdotetaan, että valojohdoissa tulisi hyödyntää niissä esiintyviä radiaalisesti ja atsimuutillisesti polarisoituneita korkeamman kertaluvun moodeja tavanomaisesti käytettyjen perusmoodien sijaan. Tässä työssä esitetyt tulokset auttavat kehittämään edistyksellisiä optisia laiteita valon tuottamiseen ja havaitsemiseen sekä optiseen tiedonsiirtoon ja -käsittelyyn.

Väittelijän yhteystiedot: [email protected]