Lokalisierte elektromagnetische Felder an Metaoberflächen für den Terahertz-Spektralbereich von Benjamin Reinhard

Bei den aktuellen Forschungsarbeiten, künstliche Materialien für die Beeinflussung elektromagnetischer Wellen zu entwickeln, hat sich die Klasse der Metamaterialien als besonders vielversprechend herausgestellt. Die optischen Eigenschaften eines Metamaterials werden nicht in erster Linie durch seine chemische Zusammensetzung festgelegt, sondern durch die Form und Größe künstlicher Basiselemente, aus denen es aufgebaut ist. Sind diese viel kleiner als die Arbeitswellenlänge, kann das Metamaterial über effektive Materialparameter beschrieben werden. Durch systematische Gestaltung der Basiselemente ist es möglich, die effektive Permittivität und die effektive Permeabilität in großen Wertebereichen gezielt einzustellen. Dadurch bieten Metamaterialien vielfältige Möglichkeiten zur Konstruktion von spezialisierten optischen Elementen. Metaoberflächen stellen die zweidimensionale Entsprechung zu Metamaterialien dar. Sie bestehen nur aus einer einzelnen Lage von Basiselementen, haben also eine Dicke, die weit unterhalb der Arbeitswellenlänge liegt. Für das Verhalten so dünner Strukturen spielen die evaneszenten elektromagnetischen Felder, die in den umgebenden Raum eindringen, eine große Rolle. Die vorliegende Arbeit behandelt die Eigenschaften und die Auswirkungen dieser evaneszenten Felder. Die erste Metaoberfläche, die in dieser Arbeit präsentiert wird, ist ein Sensor, mit dem die Schichtdicke oder der Brechungsindex einer Probe mit großer Genauigkeit gemessen werden kann. Dieser Sensor basiert darauf, dass seine Resonanzfrequenz sich in Anwesenheit der Probe verändert. Der zweite Teil der vorliegenden Arbeit behandelt lokalisierte Oberflächenwellen, die sich entlang Metaoberflächen ausbreiten, ohne in den umgebenden Raum abzustrahlen.