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Projeto, fabricação e caracterização de meta-superfícies para aplicações em óptica difrativa

Processo: 15/21455-1
Linha de fomento:Bolsas no Brasil - Doutorado Direto
Vigência (Início): 01 de março de 2016
Vigência (Término): 28 de fevereiro de 2021
Área do conhecimento:Engenharias - Engenharia Elétrica - Telecomunicações
Pesquisador responsável:Ben-Hur Viana Borges
Beneficiário:Augusto Martins
Instituição-sede: Escola de Engenharia de São Carlos (EESC). Universidade de São Paulo (USP). São Carlos , SP, Brasil
Bolsa(s) vinculada(s):18/25372-1 - Projeto, fabricação e caracterização de metalentes sem aberração para aplicações em ótica integrada, BE.EP.DD
Assunto(s):Comunicação óptica   Óptica   Plasmons   Holografia

Resumo

Este projeto de pesquisa de doutoramento tem por objetivo a modelagem, fabricação e caracterização de metamateriais (em seu estado-da-arte) capazes de controlar a propagação de feixes de luz com baixas perdas de inserção para aplicações em óptica difrativa, notadamente em holografia de fase binária. Mais especificamente, esta pesquisa focará em óptica difrativa plasmônica para o projeto de nano-antenas distribuídas formando o que se chama de meta-superfície. Essas estruturas são capazes de modular a fase e a amplitude da luz de maneira muito mais eficiente que a obtida com elementos difrativos convencionais. Serão também investigadas estratégias de mitigação do truncamento (tamanho finito) na resposta desses elementos, estabelecendo dimensões ideais das sub-máscaras, e otimizando a geometria da região de transição de +p para -p. Com isso espera-se mitigar ordens de difração espúrias indesejadas. Adicionalmente, tendo em vista que a obtenção de baixas perdas é crucial (já que metamateriais tendem a produzir elevadas perdas de inserção, principalmente quando operam no regime de refração negativa) serão investigados substratos e configurações apropriadas para as nano-inclusões visando mitigar essas perdas. Os metais adotados para as meta-superfícies são a prata e o alumínio, devido à compatibilidade destes com processos CMOS. Entretanto, é esperado que o tipo de metal influencie o desempenho das nano-antenas. Sendo assim, o padrão adotado para a caracterização experimental será estabelecido de modo a acessar o desempenho das meta-superfícies. Serão também projetadas e fabricadas meta-superfícies padrão (adotadas aqui como benchmark) utilizando métodos convencionais. Os resultados teóricos e experimentais obtidos nesta etapa servirão, então, para comparação de desempenho das estruturas otimizadas (livres de difrações indesejadas). Por explorar graus de liberdade adicionais, a presente proposta apresenta grande potencial de produzir resultados de grande impacto científico, a serem alcançados por meio de projetos otimizados de estruturas metamateriais periódicas com baixas perdas de inserção. Isso será realizado por meio de simulações eletromagnéticas auxiliadas por ferramentas de otimização visando sempre extrair diferentes funcionalidades ópticas das estruturas propostas, tal como uma rígida seletividade em frequência e padrões de transmissão otimizados. Finalmente, espera-se que a presente pesquisa demonstre teórica e experimentalmente novos conceitos voltados para holografia de fase binária baseadas nas meta-superfícies propostas. Adicionalmente, a abordagem aqui proposta encontra enorme potencial de aplicação também em sensoriamento e interconexão óptica. (AU)

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Publicações científicas (9)
(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)
LI, KEZHENG; HAQUE, SIRAZUL; MARTINS, AUGUSTO; FORTUNATO, ELVIRA; MARTINS, RODRIGO; MENDES, MANUEL J.; SCHUSTER, CHRISTIAN S. Light trapping in solar cells: simple design rules to maximize absorption. OPTICA, v. 7, n. 10, p. 1377-1384, OCT 20 2020. Citações Web of Science: 0.
MARTINS, AUGUSTO; LI, KEZHENG; LI, JUNTAO; LIANG, HAOWEN; CONTEDUCA, DONATO; BORGES, BEN-HUR V.; KRAUSS, THOMAS F.; MARTINS, EMILIANO R. On Metalenses with Arbitrarily Wide Field of View. ACS PHOTONICS, v. 7, n. 8, p. 2073-2079, AUG 19 2020. Citações Web of Science: 0.
DA MOTA, ACHILES F.; MARTINS, AUGUSTO; WEINER, JOHN; COURTEILLE, PHILIPPE; MARTINS, EMILIANO R.; BORGES, V, BEN-HUR. Design and analysis of nanopatterned graphene-based structures for trapping applications. Physical Review B, v. 102, n. 8 AUG 12 2020. Citações Web of Science: 0.
ARRUDA, GUILHERME S.; LI, JUNTAO; MARTINS, AUGUSTO; LI, KEZHENG; KRAUSS, THOMAS F.; MARTINS, EMILIANO R. Reducing the Surface Area of Black Silicon by Optically Equivalent Structures. IEEE JOURNAL OF PHOTOVOLTAICS, v. 10, n. 1, p. 41-45, JAN 2020. Citações Web of Science: 0.
LIANG, HAOWEN; MARTINS, AUGUSTO; BORGES, BEN-HUR V.; ZHOU, JIANYING; MARTINS, EMILIANO R.; LI, JUNTAO; KRAUSS, THOMAS F. High performance metalenses: numerical aperture, aberrations, chromaticity, and trade-offs. OPTICA, v. 6, n. 12, p. 1461-1470, DEC 20 2019. Citações Web of Science: 0.
DA MOTA, ACHILES F.; MARTINS, AUGUSTO; PEPINO, VINICIUS; OTTEVAERE, HEIDI; MEULEBROECK, WENDY; TEIXEIRA, FERNANDO L.; BORGES, V, BEN-HUR. Semianalytical modeling of arbitrarily distributed quantum emitters embedded in nanopatterned hyperbolic metamaterials. JOURNAL OF THE OPTICAL SOCIETY OF AMERICA B-OPTICAL PHYSICS, v. 36, n. 5, p. 1273-1287, MAY 1 2019. Citações Web of Science: 0.
MARTINS, AUGUSTO; LI, JUNTAO; DA MOTA, ACHILES F.; PEPINO, VINICIUS M.; WANG, YIN; NETO, LUIZ G.; TEIXEIRA, FERNANDO L.; MARTINS, EMILIANO R.; BORGES, BEN-HUR V. Broadband c-Si metasurfaces with polarization control at visible wavelengths: applications to 3D stereoscopic holography. Optics Express, v. 26, n. 23, p. 30740-30752, NOV 12 2018. Citações Web of Science: 1.
MARTINS, AUGUSTO; LI, JUNTAO; DA MOTA, ACHILES F.; WANG, YIN; NETO, LUIZ G.; DO CARMO, JOAO P.; TEIXEIRA, FERNANDO L.; MARTINS, EMILIANO R.; BORGES, BEN-HUR V. Highly efficient holograms based on c-Si metasurfaces in the visible range. Optics Express, v. 26, n. 8, p. 9573-9583, APR 16 2018. Citações Web of Science: 4.
MARTINS, AUGUSTO; BORGES, BEN-HUR VIANA; LI, JUNTAO; KRAUSS, THOMAS F.; MARTINS, EMILIANO R. Photonic Intermediate Structures for Perovskite/c-Silicon Four Terminal Tandem Solar Cells. IEEE JOURNAL OF PHOTOVOLTAICS, v. 7, n. 5, p. 1190-1196, SEP 2017. Citações Web of Science: 1.

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