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Zusammenfassung

In der vorliegenden Arbeit werden Metaoberflächenhologramme als funktionale holografische Informationsträger untersucht. Dabei werden verschiedene Geometrien, Anordnungen und Materialien für Nanoantennen verwendet, um Hologramme zu kodieren.Durch die Ausnutzung einer plasmonischen Zweilagenstruktur, wobei eine Lage aus Antennen für eine Phasenkodierung und eine Lage aus Antennen als Polarisator designt wird, wird ein richtungsabhängiges Hologramm erzeugt und mit einem richtungsunabhängigen Hologramm verglichen. Es wird gezeigt, dass eine Kopplung der Zweischichtstruktur Auswirkungen auf die Konversionseffizienz des Hologramms hat. Des Weiteren wird untersucht, wie wellenlängen- und polarisationsabhängige Hologramme basierend auf dem Prinzip eines Photonensiebs hergestellt werden können. Durch die Verwendung speziell designter Siliziumantennen, welche als spektrale Filter eingesetzt werden, können zwei Amplitudenhologramme mit einem Phasenhologramm in eine Metaoberfläche kodiert werden. Die verschiedenen Hologramme können unter Änderung der Polarisation und Wellenlänge des einfallenden Lichts rekonstruiert werden. Zuletzt werden rotationssymmetrischen plasmonischen Nanoantennen ausgenutzt um ein nichtlineares Hologramm basierend auf der Pancharatnam-Berry Phase zu generieren. Wenn die Metaoberfläche mit nahinfrarotem Laserlicht mit entsprechender Leistung, Wellenlänge und Polarisation angeregt wird, kann ein zweifarbiges Bild im sichtbaren Spektralbereich erzeugt werden.

Abstract

In the present work, different metasurface holograms are investigated as functional holographic devices. Different geometries, arrangements and materials of nanoantennas, which are the building blocks of metasurfaces, are investigated to encode the holograms. Using a plasmonic two-layer structure, consisting of one layer of antennas for the phase encoding and one layer of antennas which is utilized as a polarizer, a directional hologram is generated and compared to a direction-independent hologram. It is shown that a potential coupling in the bilayer structure has an impact on the conversion efficiency of the hologram. Furthermore, it is shown how wavelength and polarization dependent holograms can be fabricated based on the principle of a photon sieve. By using specially designed silicon nanoantennas, which are utilized as spectral filters, two amplitude holograms combined with a phase hologram can be encoded into one metasurface. The different holograms can be reconstructed by changing the polarization and wavelength of the incident light. Lastly, using rotationally symmetric plasmonic nanoantennas, a nonlinear hologram based on the Pancharatnam-Berry phase is generated. When the metasurface is excited with near-infrared laser light with appropriate power, wavelength, and polarization, a two-color image in the visible spectral range can be generated based on second and third harmonic generation processes.