Three-dimensional optical metamaterials

Abstract

Metamamaterials have attracted a lot of attention due to their fascinating properties. Many proactical applications have been suggested such as negative refraction, perfect lens, and invisibility cloak. In order to create real materials, we need three-dimensional structures. These structures pose some challenges in fabrication as well as with regards to understanding their optical properties, especially the relevant coupling mechanisms between neighboring elements and layers. In this thesis, we are going to present the advantages and problems associated with different fabrication methods. We will discuss coupling between the elements, taking electric and magnetic dipoles as well as higher order multipoles into account. Longitudinal and transverse interactions as well as their interplay will be examined.

Metamaterialien haben aufgrund ihrer faszinierenden Eigenschaften viel Aufsehen erregt. Es wurden zahlreiche optische Anwendungen vorgeschlagen, wie zum Beispiel Materialien mit negativem Brechungsindex, Perfekte Linsen und Tarnkappen. Um reale Metamaterialien herzustellen, braucht man dreidimensionale Strukturen. Es ist eine anspruchvolle Aufgabe, diese Strukturen herzustellen und ihre optischen Eigenschaften, im Besonderen die Kopplungsmechanismen zwischen benachbarten Strukturen und Ebenen zu verstehen. In dieser Arbeit, stellen wir die Vorteile und Probleme vor, die mit verschiedenen Herstellungsmethoden einhergehen. Wir diskutieren die Kopplung zwischen einzelnen Elementen und berücksichtigen elektrische und magnetische Dipole sowie höhere Ordnungen der Multipolentwicklung. Es werden longitudinale und transversale Wechselwirkungen sowie deren Zusammenspiel untersucht.