Design and fabrication of metastructures for terahertz applications

Abstract

This work focuses on the design of three specific metastructures using the commercial simulation software CST Studio Suite. The first is a wire-grid polarizer, an essential component for terahertz (THz) time-domain spectroscopic ellipsometry. Wire-grid polarizers were fabricated using direct laser writing lithography and physical vapor deposition, and their functionality was experimentally validated through terahertz time-domain spectroscopy. The second is a metalens, a flat focusing device replacing bulky traditional optics and enabling high-power THz output from spintronic THz emitters. The third is a chiral metastructure, an artificial chiral material exhibiting strong optical activity, intended as a reference for other optically active materials in the THz range. For the latter two metastructures, the fabrication strategies are discussed based on advanced lithographic techniques.

Tato práce se zabývá návrhem tří konkrétních metastruktur za použití komerčního simulačního softwaru CST Studio Suite. První z nich je wire-grid polarizátor, nezbytná součástka terahertzové (THz) spektroskopické elipsometrie v časové doméně. Wire-grid polarizátory byly vyrobeny pomocí laserové litografie s přímým zápisem a fyzikální depozice par, a jejich funkčnost byla experimentálně ověřena prostřednictvím THz spektroskopie v časové doméně. Druhou z nich je metačočka, ploché fokusační zařízení, které nahrazuje objemné tradiční optické prvky a umožňuje vysoký THz výstupní výkon ze spintronických THz emitorů. Třetí z nich je chirální metastruktura, umělý chirální materiál vykazující velkou optickou aktivitu, určený jako referenční vzorek pro jiné opticky aktivní materiály v THz oblasti. V případě posledních dvou zmíněných metastruktur jsou diskutovány výrobní strategie založené na pokročilých litografických metodách.