Flat focusing mirrors

Author: Yu Chieh Cheng
Title: Flat focusing mirrors
Directors: K. Staliunas, D. Wiersma and J. Trull
Presentation date: April 17, 2015
Link to text: https://issuu.com/yuchiehcheng/docs/thesis_yu_chieh_cheng_2015_final22

Abstract: En este trabajo hemos demostrado numérica y experimentalmente la posibilidad de obtener focalización en reflexión mediante el uso de espejos planos en diferentes configuraciones como en estructuras dieléctricas de multicapas o redes con periodicidades por debajo de la longitud de onda (subwavelength gratings SWG). Una de las propiedades importantes de estos espejos es que mantienen una invariancia transversal lo que favorece su posible uso en elementos focalizadores sub-micrométricos como dispositivos en circuitos fotónicos integrados.El principio físico en que se basan estos dispositivos es el de difracción anómala, similar a la idea de lentes planas o super-lentes. En la primera estructura propuesta, espejo con modulación espacial del periodo (chirped), demostramos el principio básico de funcionamiento y la posibilidad de obtener focalización en reflexión con superficies planas. Para aumentar la estabilidad y optimizar su funcionamiento hemos propuesto un dispositivo optimizado que conjuga espejos chirped con defectos en la cavidad, obteniendo distancias focales más largas. Finalmente hemos demostrado numérica y experimentalmente un nuevo diseño con el que podemos focalizar en reflexión a distancias más largas.En esta tesis también se proponen redes de difracción con periodicidades por debajo de la longitud de onda. La focalización en reflexión en incidencia normal puede obtenerse cuando se tiene en cuenta el retardo de fase entre las imágenes reflejadas procedentes de los procesos de dispersión primario y secundario en la red. Dicha configuración puede extenderse a estructuras con simetría 2D cuadrada y estructuras 2D cuasi-simétricas permitiendo obtener focalización en reflexión para más configuraciones. El uso de dos SWG paralelas permite obtener, además de la focalización en reflexión, un desplazamiento negativo del haz (efecto Goos-Hanchen). Este efecto es debido a la superposición de los desplazamientos laterales originados en dos soluciones contra-propagantes que dan como resultado una pendiente del desplazamiento lateral negativa con respecto al ángulo de incidencia, lo que da lugar a la focalización por reflexión.Todos las estructuras propuestas en esta tesis carecen de eje óptico, lo cual representa una innovación importante y abre la posibilidad de utilizarlas para fabricación de dispositivos ultra-compactos. Una de las aplicaciones que podría tener esta estructura es la de propagar ( a modo de guía) y focalizar haces localizados espacialmente sin dispersión espacial.