Forschungsbericht 2010 - 2011 - Fachbereich Physik der Universität ...

formbaren Feststoffen demonstriert.
Metamaterialien:
Im Forschungsgebiet der THz-Metamaterialien wurden verschiedene Themenfelder
bearbeitet, die sich u.a. der Konzeption und Herstellung von freistehenden Optiken, der
THz-Nahfeld-Sensorik, der Untersuchung von propagierenden Oberflächen-Polaritonen
auf Meta-Oberflächen sowie der Beschreibung und experimentellen Studie von
Analogien zwischen quanten-optischen und elektromagnetischen Phänomenen in
Metamaterialien widmen. Im Bereich der metamaterial-basierten Optiken wurde eine
Gradienten-Index-Linse entworfen, die die Fokussierung von THz-Strahlung auf
Strahldurchmesser in der Größenordnung einer Wellenlänge erlaubt. Die Operations
Bandbreite der Linse war 300 GHz. Die Linse selbst war nur 120 μm dick, was dünner ist
als die Wellenlänge der fokussierten THz-Strahlung.
Auf dem Gebiet der THz-Nahfeld-Sensorik wurde untersucht, in wieweit Metamaterialien
zum Design hochsensitiver Nahfeld-Sensoren für die THz-Technologie geeignet sind. Es
wurde ein Sensor entworfen, mit Hilfe dessen in Reflexionskonfiguration dünne
Schichten von Silizium in einem Proof-of-Principle-Experiment detektiert werden
konnten. Die Sensitivität bzgl. der Dicke der Siliziumschicht war im Bereich von 12.5 nm,
was weit unter der Wellenlänge von THz-Strahlung bei 1 THz liegt. Zudem konnte der
Sensor dazu verwendet werden, verschiedene Flüssigkeiten anhand der Messung ihres
Brechungsindexes zu unterscheiden. Es konnten sogar die Mischungsverhältnisse
verschiedener Flüssigkeitsgemische bestimmt werden.
Mit dem Ziel der Herstellung interferometrischer Sensoren sollen propagierende, stark
an die Oberfläche eines Metamaterials gebundene Oberflächen-Polaritonen so gesteuert
werden, dass sie die Realisierung von Interferometern für THz-Oberflächen-Polaritonen
erlauben und damit chip-basierte Lösungen für die THz-Technologie liefern. Dazu wurden
verschiedene Designs erarbeitet und die Propagation der Polaritonen auf der
Oberflächenumerisch und teilweise auch experimentell untersucht. In numerischen
Rechnungen konnte verifiziert werden, dass durch geschicktes Design die Oberflächen
Polaritonen bzgl. ihrer räumlichen Propagationseigenschaften und hinsichtlich der
Bindung an die Oberfläche gezielt beeinflusst werden können. Beispielsweise kann man
die Oberflächen-Polaritonen fokussieren oder um eine Kurve leiten.
Bezüglich der Untersuchung von elektromagnetischen Systemen mit Analogien zur
Quantenoptik wurde gezeigt, dass die Kopplung zwischen resonanten Oszillationen in
einem Dielektrikum und plasmonischen Oszillationen in den metallischen Strukturen
eines Metamaterials hybridisierungs-induzierte Transparenz stattfinden kann, in
Analogie zur elektromagnetisch induzierten Transparenz.
Zusammensetzung der Arbeitsgruppe:
Juniorprofessor Dr. Marco Rahm
Dr. Michael Theuer WM bis 12/11
Dipl.-Inf. Sebastian Bachtler WM seit 05/09
Dipl.-Phys. Tristan Weinland WM bis 12/10
Dipl.-Phys. Christian Wiegand WM bis 03/11
Dr.-Ing. Wissem Zouaghi WM seit 04/08
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