A Study of Photonic Devices with Left-Handed Materials: Bragg Structures and Waveguides

Samenvatting

Linkshandige materialen behoren tot een nieuwe klasse van fotonische materialen en zijn gekenmerkt door een negatieve brekingsindex. Hun eigenschappen zijn veelbelovend: het licht breekt negatief, evanescente golven kunnen tot hun oorspronkelijke amplitude hersteld worden, enz. In deze thesis wordt een theoretische studie verricht van fotonische componenten met linkshandige lagen en er wordt getracht om deze componenten te verbeteren.
Eerst onderzoeken we een Bragg structuur met een eenheidscel die een links- en een rechtshandig materiaal bevat. Een analytische studie wordt uitgevoerd om de dispersierelatie van een oneindige Bragg structuur te vinden. Ook de transmissie door een eindige Bragg structuur wordt onderzocht. Hierna wordt de competitie tussen de Bragg en de Fabry-Perot voorwaarde kwalitatief beschreven. De linkshandige laag speelt in deze competitie een grote rol. Men zal bijvoorbeeld, in sommige gevallen, een nieuw gebied van transmissie vinden. Dit gebied heeft een zeer nauwe transmissieband waarmee zeer selectieve filters bekomen kunnen worden.
Vervolgens wordt een golfgeleider met een kern bestaande uit een links- en een rechtshandige laag bestudeerd. Vermits de optische weglengtes van de lichtstralen nul kan wordenzou men kunnen vermoeden dat de dikte van de kern kleiner kan gemaakt worden, en zelfs volledig zou kunnen verdwijnen. Uit de dispersierelatie blijkt echter dat dit onjuist is en dat het onmogelijk is om via een linkshandige laag in de kern de dikte van de golfgeleider te verkleinen. Om meer inzicht te krijgen wordt een geometrische aanpak bestudeerd, waaruit blijkt dat de fase aangroei als gevolg van de reflecties op de wanden verantwoordelijk zijn voor de minimum dikte van golfgeleiders. Om deze fase aangroei te kunnen beïnvloeden kan men een linkshandige laag als wand van de golfgeleider gebruiken. De dispersierelatie wordt weer afgeleid en een geometrische aanpak wordt bestudeerd. We tonen aan dat via deze structuur de verschillende fase aangroeien gecompenseerd kunnen worden, waardoor golfgeleiders geen kern meer nodig hebben. Om toch goed opgesloten modes te verkrijgen, zal een kern nog steeds nodig blijken, maar de totale dikte van de golfgeleider kan zeker een grootteorde verkleind worden.
Tenslotte onzoeken we de energie van elektromagnetische golven in linkshandige materialen. We herschrijven de stelling van Poynting, zodat deze kan gebruikt worden voor dispersieve, magnetische materialen. We zullen dan enkele eenvoudige gevallen beschouwen om aan te tonen dat deze nieuwe stelling van Poynting zin heeft voor optische voortplanting in links-handige materialen.

Datum prijs	6 sep 2007
Originele taal	English
Begeleider	Irina Veretennicoff (Promotor), Ronald Van Loon (Jury), Jan Danckaert (Jury), Philippe Tassin (Jury), Guy Van Der Sande (Jury), Roger Vounckx (Jury) & Philippe Tassin (Advisor)