Doktorsvörn í eðlisfræði - Michael Juhl

Doktorsefni: Michael Juhl

Heiti ritgerðar: Skautunargreining með fylki örloftneta

Andmælendur:
Dr. N. Asger Mortensen, prófessor og VILLUM investigator við Center for Nano Optics og forstöðumaður Technical Science við Danish Institute for Advanced Study við Syddansk Universitet.

Dr. Slawomir M. Koziel, prófessor við tækni- og verkfræðideild Háskólans í Reykjavík.

Leiðbeinandi: Dr. Kristján Leósson, framkvæmdastjóri efnis-, líf- og orkutæknideildar Nýsköpunarmiðstöðvar Íslands.

Einnig í doktorsnefnd:
Dr. Hafliði Pétur Gíslason, prófessor við Raunvísindadeild Háskóla Íslands.

Dr. J. P. Balthasar Müller, Associate í hagnýtri eðlisfræði við Harvard School of Engineering and Applied Sciences og forritari hjá Cloudera Fast Forward Labs.

Doktorsvörn stýrir: Dr. Oddur Ingólfsson, prófessor og deildarforseti Raunvísindadeildar Háskóla Íslands.

Ágrip

Skautunarástand rafsegulbylgju veitir upplýsingar um uppsprettu hennar og eðliseiginleika þeirra hluta sem rafsegulbylgjan hefur víxlverkað við. Rafsegulbylgjur á ákveðnu tíðnibili köllum við ljós. Mælingar á skautunarástandi ljóss eiga sér yfir 200 ára sögu og hafa þær haft veruleg áhrif á flestum sviðum vísinda og tækni. Hin hraða þróun sem átt hefur sér stað á sviði nanótækni á síðustu árum hefur gert okkur kleift að móta yfirborð sem hafa áhrif á rafsegulbylgjur allt niður á sýnilega bylgjulengdasviðið og nýta til þess mynstur þar sem minnstu einingar eru minni en ein bylgjulengd. Slík yfirborð geta m.a. nýst til að einfalda og smækka íhluti sem notaðir eru í ljóstækni í dag, svo sem linsur og hvers kyns ljóssíur en einnig ljósskautunarmæla.
Í þessari ritgerð er rannsökuð hönnun yfirborðs til greiningar á skautunarástandi rafsegulbylgju fyrir nær-innrauðar bylgjulengdir. Yfirborðið er samsett úr fylki örloftneta úr gulli sem hvert um sig er um fjórðungur úr bylgjulengd að stærð. Saman dreifa loftnetin litlum hluta ljóssins sem lendir á yfirborðinu í ákveðnar stefnur, eftir því hvert upprunalegt skautunarástand ljóssins er. Með því að mæla ljósdreifinguna má fá mælingu á Stokes-vigur ljósbylgjunnar sem lýsir skautunarástandi hennar fyllilega.
Skautunarmælar ætlaðir sérstaklega fyrir þær bylgjulengdir ljóss sem nýttar eru í ljósleiðarasamskiptatækni voru hannaðir og smíðaðir með það fyrir augum að tengja þá beint við hefðbundna ljósleiðara. Skautunarmælarnir samanstanda af örþunnu yfirborði með fylki loftneta og fjórum eða sex ljósnemum sem geta mælt skautunarástandið á hárri mælitíðni, án verulegrar truflunar á upprunalega merkinu. Fræðilegt líkan af útgeislun yfirborðsins var smíðað og niðurstöður þess voru bornar saman við tölvuhermanir. Bornir voru saman skautunarmælar sem nýta ólíkar dreifingarstefnur ljóssins, bæði með reikningum og tilraunum. Mælinákvæmnin í skautunargreiningunni var metin og fræðileg líkön þróuð til að lýsa kerfisbundnum mæliskekkjum. Sýnt var fram á möguleika á smækkun ljósskautunargreinisins með því að flytja mynstur loftneta yfir á endaflöt ljósleiðara. Þróuð var sérstök aðferð til mynsturyfirfærslu af kísilskífum yfir á ljósleiðara með hjálp sérstakra lífrænna/ólífrænna blendingsfjölliða. Sýnt var fram á að þannig megi framkvæma skautunarmælingar beint á ljósleiðaranum sjálfum án þess að fórna mælinákvæmni og á sama tíma kúpla stærstum hluta ljósmerkisins aftur inn í annan ljósleiðara.

Verkefnið var unnið í samstarfi við Nýsköpunarmiðstöð Íslands.

Um doktorsefnið

Michael Juhl lauk meistaraprófi í verkfræði frá Danmarks Tekniske Universitet (DTU) árið 2003. Hann hefur unnið sem verkefnastjóri við tækniþróun hjá Alight Technologies A/S og vinnur nú að rannsóknum á notkun gervigreindar í ljóseðlisfræði hjá Nýsköpunarmiðstöð Íslands.