{"id":{"repo_id":"athens","oai_identifier":"oai:lib.uoa.gr:uoadl:5368008"},"canonical_url":"https://search.dev.ndltd.org/etd/athens/oai:lib.uoa.gr:uoadl:5368008","repository":{"repo_id":"athens","name":"National and Kapodistrian University of Athens","base_url":"https://pergamos.lib.uoa.gr/uoa/dl/frontend/oaipmh"},"display":{"title":"Metasurface Implementation in Optic Fibers","abstract":"Στόχος της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι να παρουσιάσει τον σχεδιασμό, τη θεωρητική θεμελίωση και τη αριθμητική ανάλυση μίας διηλεκτρικής μεταεπιφάνειας (metasurface) για εκτροπή δέσμης στη τηλεπικοινωνιακή περιοχή μήκους κύματος 1.55 μm. Ξεκινώντας με αναδρομή στην στην ιστορία των μεταϋλικών, αναδεικνύεται η σημασία τους στη σύγχρονη μελέτη του τομέα της Οπτικής. Το θεωρητικό κομάτι της εργασίας επικεντρώνεται στον Γενικευμένο Νόμο του Snell, ο οποίος επιτρέπει τον έλεγχο της διάδοσης του φωτός μέσω τεχνητά επιβαλλόμενων ασυνεχειών φάσης στην επιφάνεια διάδοσης και αποτελεί τη βάση της θεωρίας των μεταϋλικών και εν συνεχεία των μεταεπιφανειών. Δίνεται ιδιαίτερη έμφαση στη μελέτη και το σχεδιασμό των Οπτικών Μεταεπιφανειών ώστε να αναδειχθεί η σημασία τους, ο τρόπος λειτουργίας τους και τα πλεονεκτήματα που παρουσιάζουν σε σχέση με τις αντίστοιχες συμβατικές επιλογές. Η Οπτική Μεταεπιφάνεια αποτελείται από υπομήκους κύματος διηλεκτρικούς κυλίνδρους υψηλού δείκτη διάθλασης, των οποίων η γεωμετρία καθορίζει άμεσα τη φασική απόκριση της διαδιδόμενης δέσμης. Στο πρακτικό μέρος της εργασίας, πραγματοποιήθηκε συστηματική παραμετρική μελέτη μοναδιαίου κελιού με χρήση της μεθόδου πεπερασμένων στοιχείων (FEM) στο πεδίο συχνοτήτων, προκειμένου να προσδιοριστεί η σχέση μεταξύ ακτίνας κυλίνδρου και μεταδιδόμενης φάσης. Διαπιστώθηκε ότι η μεταβολή της ακτίνας επιτρέπει συνεχή ρύθμιση της φάσης σχεδόν στο εύρος $0-2\\pi$, διατηρώντας παράλληλα υψηλή απόδοση μετάδοσης. Με βάση τα αποτελέσματα της μοναδιαίας ανάλυσης, σχεδιάστηκε υπερκελί (supercell) που υλοποιεί γραμμική βαθμίδα φάσης, επιτυγχάνοντας ανώμαλη διάθλαση και ελεγχόμενη εκτροπή της δέσμης σύμφωνα με τη θεωρητική πρόβλεψη. Επιπλέον, εξετάστηκε η γεωμετρική κλιμάκωση της δομής για λειτουργία στο μήκος κύματος 1.33 μm, επιβεβαιώνοντας την ιδιότητα κλιμακωσιμότητας των εξισώσεων του Maxwell σε ασθενώς διασπειρόμενα διηλεκτρικά μέσα. Τα αποτελέσματα αναδεικνύουν τις διηλεκτρικές μεταεπιφάνειες ως συμπαγείς, επίπεδες και υψηλής απόδοσης εναλλακτικές λύσεις των συμβατικών οπτικών στοιχείων, με ιδιαίτερο ενδιαφέρον για εφαρμογές σε οπτικές ίνες και ολοκληρωμένα φωτονικά συστήματα.","abstract_html":"Στόχος της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι να παρουσιάσει τον σχεδιασμό, τη θεωρητική θεμελίωση και τη αριθμητική ανάλυση μίας διηλεκτρικής μεταεπιφάνειας (metasurface) για εκτροπή δέσμης στη τηλεπικοινωνιακή περιοχή μήκους κύματος 1.55 μm. Ξεκινώντας με αναδρομή στην στην ιστορία των μεταϋλικών, αναδεικνύεται η σημασία τους στη σύγχρονη μελέτη του τομέα της Οπτικής. Το θεωρητικό κομάτι της εργασίας επικεντρώνεται στον Γενικευμένο Νόμο του Snell, ο οποίος επιτρέπει τον έλεγχο της διάδοσης του φωτός μέσω τεχνητά επιβαλλόμενων ασυνεχειών φάσης στην επιφάνεια διάδοσης και αποτελεί τη βάση της θεωρίας των μεταϋλικών και εν συνεχεία των μεταεπιφανειών. Δίνεται ιδιαίτερη έμφαση στη μελέτη και το σχεδιασμό των Οπτικών Μεταεπιφανειών ώστε να αναδειχθεί η σημασία τους, ο τρόπος λειτουργίας τους και τα πλεονεκτήματα που παρουσιάζουν σε σχέση με τις αντίστοιχες συμβατικές επιλογές. Η Οπτική Μεταεπιφάνεια αποτελείται από υπομήκους κύματος διηλεκτρικούς κυλίνδρους υψηλού δείκτη διάθλασης, των οποίων η γεωμετρία καθορίζει άμεσα τη φασική απόκριση της διαδιδόμενης δέσμης. Στο πρακτικό μέρος της εργασίας, πραγματοποιήθηκε συστηματική παραμετρική μελέτη μοναδιαίου κελιού με χρήση της μεθόδου πεπερασμένων στοιχείων (FEM) στο πεδίο συχνοτήτων, προκειμένου να προσδιοριστεί η σχέση μεταξύ ακτίνας κυλίνδρου και μεταδιδόμενης φάσης. Διαπιστώθηκε ότι η μεταβολή της ακτίνας επιτρέπει συνεχή ρύθμιση της φάσης σχεδόν στο εύρος <span class=\"etd-inline-math\">0-2&pi;</span>, διατηρώντας παράλληλα υψηλή απόδοση μετάδοσης. Με βάση τα αποτελέσματα της μοναδιαίας ανάλυσης, σχεδιάστηκε υπερκελί (supercell) που υλοποιεί γραμμική βαθμίδα φάσης, επιτυγχάνοντας ανώμαλη διάθλαση και ελεγχόμενη εκτροπή της δέσμης σύμφωνα με τη θεωρητική πρόβλεψη. Επιπλέον, εξετάστηκε η γεωμετρική κλιμάκωση της δομής για λειτουργία στο μήκος κύματος 1.33 μm, επιβεβαιώνοντας την ιδιότητα κλιμακωσιμότητας των εξισώσεων του Maxwell σε ασθενώς διασπειρόμενα διηλεκτρικά μέσα. Τα αποτελέσματα αναδεικνύουν τις διηλεκτρικές μεταεπιφάνειες ως συμπαγείς, επίπεδες και υψηλής απόδοσης εναλλακτικές λύσεις των συμβατικών οπτικών στοιχείων, με ιδιαίτερο ενδιαφέρον για εφαρμογές σε οπτικές ίνες και ολοκληρωμένα φωτονικά συστήματα.","abstract_has_math":true,"creators":["ΚΑΡΓΙΩΤΗ ΑΡΕΤΗ","KARGIOTI ARETI"],"institution":null,"degree_name":null,"degree_level":null,"degree_discipline":null,"degree_department":null,"school":null,"contributors":[],"advisors":[],"committee_chairs":[],"committee_members":[],"year":2026,"date_issued":"2026","date_published":"2026","updated_at":"2026-07-24T01:02:02Z","subjects":["Θετικές Επιστήμες","Science"],"languages":["English"],"rights":[],"rights_urls":[],"identifier_entries":[{"key":"dc:identifier","label":"Identifier","values":["uoadl:5368008"],"render_values":[{"text":"uoadl:5368008","href":null,"code":true}]}]},"links":{"outbound_url":"https://pergamos.lib.uoa.gr/uoa/dl/object/5368008","outbound_label":"Repository record","outbound_source":"dc:identifier"},"metadata_groups":[{"id":"people","label":"People","entries":[{"key":"dc:creator","label":"Author","values":["ΚΑΡΓΙΩΤΗ ΑΡΕΤΗ","KARGIOTI ARETI"]}]},{"id":"academic_context","label":"Academic Context","entries":[{"key":"dc:date","label":"Dc Date","values":["2026"]},{"key":"dc:type","label":"Dc Type","values":["born_digital_postgraduate_thesis","Διπλωματική Εργασία","Postgraduate Thesis"]}]},{"id":"subjects_keywords","label":"Subjects and Keywords","entries":[{"key":"dc:subject","label":"Dc Subject","values":["Θετικές Επιστήμες","Science"]}]},{"id":"language_rights","label":"Language and Rights","entries":[{"key":"dc:language","label":"Dc Language","values":["English"]}]},{"id":"identifiers","label":"Identifiers","entries":[{"key":"dc:identifier","label":"Identifier","values":["uoadl:5368008","https://pergamos.lib.uoa.gr/uoa/dl/object/5368008"]}]},{"id":"additional","label":"Additional Metadata","entries":[{"key":"dc:description","label":"Description","values":["Στόχος της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι να παρουσιάσει τον σχεδιασμό, τη θεωρητική θεμελίωση και τη αριθμητική ανάλυση μίας διηλεκτρικής μεταεπιφάνειας (metasurface) για εκτροπή δέσμης στη τηλεπικοινωνιακή περιοχή μήκους κύματος 1.55 μm. Ξεκινώντας με αναδρομή στην στην ιστορία των μεταϋλικών, αναδεικνύεται η σημασία τους στη σύγχρονη μελέτη του τομέα της Οπτικής. Το θεωρητικό κομάτι της εργασίας επικεντρώνεται στον Γενικευμένο Νόμο του Snell, ο οποίος επιτρέπει τον έλεγχο της διάδοσης του φωτός μέσω τεχνητά επιβαλλόμενων ασυνεχειών φάσης στην επιφάνεια διάδοσης και αποτελεί τη βάση της θεωρίας των μεταϋλικών και εν συνεχεία των μεταεπιφανειών. Δίνεται ιδιαίτερη έμφαση στη μελέτη και το σχεδιασμό των Οπτικών Μεταεπιφανειών ώστε να αναδειχθεί η σημασία τους, ο τρόπος λειτουργίας τους και τα πλεονεκτήματα που παρουσιάζουν σε σχέση με τις αντίστοιχες συμβατικές επιλογές. Η Οπτική Μεταεπιφάνεια αποτελείται από υπομήκους κύματος διηλεκτρικούς κυλίνδρους υψηλού δείκτη διάθλασης, των οποίων η γεωμετρία καθορίζει άμεσα τη φασική απόκριση της διαδιδόμενης δέσμης. Στο πρακτικό μέρος της εργασίας, πραγματοποιήθηκε συστηματική παραμετρική μελέτη μοναδιαίου κελιού με χρήση της μεθόδου πεπερασμένων στοιχείων (FEM) στο πεδίο συχνοτήτων, προκειμένου να προσδιοριστεί η σχέση μεταξύ ακτίνας κυλίνδρου και μεταδιδόμενης φάσης. Διαπιστώθηκε ότι η μεταβολή της ακτίνας επιτρέπει συνεχή ρύθμιση της φάσης σχεδόν στο εύρος $0-2\\pi$, διατηρώντας παράλληλα υψηλή απόδοση μετάδοσης. Με βάση τα αποτελέσματα της μοναδιαίας ανάλυσης, σχεδιάστηκε υπερκελί (supercell) που υλοποιεί γραμμική βαθμίδα φάσης, επιτυγχάνοντας ανώμαλη διάθλαση και ελεγχόμενη εκτροπή της δέσμης σύμφωνα με τη θεωρητική πρόβλεψη. Επιπλέον, εξετάστηκε η γεωμετρική κλιμάκωση της δομής για λειτουργία στο μήκος κύματος 1.33 μm, επιβεβαιώνοντας την ιδιότητα κλιμακωσιμότητας των εξισώσεων του Maxwell σε ασθενώς διασπειρόμενα διηλεκτρικά μέσα. Τα αποτελέσματα αναδεικνύουν τις διηλεκτρικές μεταεπιφάνειες ως συμπαγείς, επίπεδες και υψηλής απόδοσης εναλλακτικές λύσεις των συμβατικών οπτικών στοιχείων, με ιδιαίτερο ενδιαφέρον για εφαρμογές σε οπτικές ίνες και ολοκληρωμένα φωτονικά συστήματα.","This thesis presents the design, numerical modeling, and optimization of a dielectric metasurface for beam steering at the telecommunications wavelength of 1.55 µm. The work is founded on the theoretical framework of generalized Snell’s law, which enables wavefront manipulation through engineered phase discontinuities. By tailoring the geometrical parameters of subwavelength dielectric nano-rods, complete phase control over the transmitted wavefront is achieved while maintaining high transmission efficiency. A systematic unit-cell parametric study was performed using the finite element method (FEM) in the frequency domain to establish the relationship between structural geometry and phase response. The rod radius was identified as the primary tuning parameter, enabling continuous phase variation spanning nearly $0-2\\pi$. Based on this phase mapping, a discrete phase gradient was constructed to realize anomalous refraction and controlled beam deflection. The numerical simulations incorporate Floquet periodic boundary conditions and port excitations to extract transmission coefficients and phase behavior accurately. The designed metasurface demonstrates efficient beam steering consistent with theoretical predictions. Additionally, geometric scaling principles were validated by adapting the design for operation at 1.33 µm, confirming the scale invariance of Maxwell’s equations in weakly dispersive dielectric media. The results highlight the potential of dielectric metasurfaces as compact, planar, and highly efficient alternatives to conventional refractive optics, particularly for applications in fiber-integrated photonics and free-space optical coupling."]},{"key":"dc:title","label":"Title","values":["Metasurface Implementation in Optic Fibers"]}]}],"canonical_facts":{"dc:creator":["ΚΑΡΓΙΩΤΗ ΑΡΕΤΗ","KARGIOTI ARETI"],"dc:date":["2026"],"dc:description":["Στόχος της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι να παρουσιάσει τον σχεδιασμό, τη θεωρητική θεμελίωση και τη αριθμητική ανάλυση μίας διηλεκτρικής μεταεπιφάνειας (metasurface) για εκτροπή δέσμης στη τηλεπικοινωνιακή περιοχή μήκους κύματος 1.55 μm. Ξεκινώντας με αναδρομή στην στην ιστορία των μεταϋλικών, αναδεικνύεται η σημασία τους στη σύγχρονη μελέτη του τομέα της Οπτικής. Το θεωρητικό κομάτι της εργασίας επικεντρώνεται στον Γενικευμένο Νόμο του Snell, ο οποίος επιτρέπει τον έλεγχο της διάδοσης του φωτός μέσω τεχνητά επιβαλλόμενων ασυνεχειών φάσης στην επιφάνεια διάδοσης και αποτελεί τη βάση της θεωρίας των μεταϋλικών και εν συνεχεία των μεταεπιφανειών. Δίνεται ιδιαίτερη έμφαση στη μελέτη και το σχεδιασμό των Οπτικών Μεταεπιφανειών ώστε να αναδειχθεί η σημασία τους, ο τρόπος λειτουργίας τους και τα πλεονεκτήματα που παρουσιάζουν σε σχέση με τις αντίστοιχες συμβατικές επιλογές. Η Οπτική Μεταεπιφάνεια αποτελείται από υπομήκους κύματος διηλεκτρικούς κυλίνδρους υψηλού δείκτη διάθλασης, των οποίων η γεωμετρία καθορίζει άμεσα τη φασική απόκριση της διαδιδόμενης δέσμης. Στο πρακτικό μέρος της εργασίας, πραγματοποιήθηκε συστηματική παραμετρική μελέτη μοναδιαίου κελιού με χρήση της μεθόδου πεπερασμένων στοιχείων (FEM) στο πεδίο συχνοτήτων, προκειμένου να προσδιοριστεί η σχέση μεταξύ ακτίνας κυλίνδρου και μεταδιδόμενης φάσης. Διαπιστώθηκε ότι η μεταβολή της ακτίνας επιτρέπει συνεχή ρύθμιση της φάσης σχεδόν στο εύρος $0-2\\pi$, διατηρώντας παράλληλα υψηλή απόδοση μετάδοσης. Με βάση τα αποτελέσματα της μοναδιαίας ανάλυσης, σχεδιάστηκε υπερκελί (supercell) που υλοποιεί γραμμική βαθμίδα φάσης, επιτυγχάνοντας ανώμαλη διάθλαση και ελεγχόμενη εκτροπή της δέσμης σύμφωνα με τη θεωρητική πρόβλεψη. Επιπλέον, εξετάστηκε η γεωμετρική κλιμάκωση της δομής για λειτουργία στο μήκος κύματος 1.33 μm, επιβεβαιώνοντας την ιδιότητα κλιμακωσιμότητας των εξισώσεων του Maxwell σε ασθενώς διασπειρόμενα διηλεκτρικά μέσα. Τα αποτελέσματα αναδεικνύουν τις διηλεκτρικές μεταεπιφάνειες ως συμπαγείς, επίπεδες και υψηλής απόδοσης εναλλακτικές λύσεις των συμβατικών οπτικών στοιχείων, με ιδιαίτερο ενδιαφέρον για εφαρμογές σε οπτικές ίνες και ολοκληρωμένα φωτονικά συστήματα.","This thesis presents the design, numerical modeling, and optimization of a dielectric metasurface for beam steering at the telecommunications wavelength of 1.55 µm. The work is founded on the theoretical framework of generalized Snell’s law, which enables wavefront manipulation through engineered phase discontinuities. By tailoring the geometrical parameters of subwavelength dielectric nano-rods, complete phase control over the transmitted wavefront is achieved while maintaining high transmission efficiency. A systematic unit-cell parametric study was performed using the finite element method (FEM) in the frequency domain to establish the relationship between structural geometry and phase response. The rod radius was identified as the primary tuning parameter, enabling continuous phase variation spanning nearly $0-2\\pi$. Based on this phase mapping, a discrete phase gradient was constructed to realize anomalous refraction and controlled beam deflection. The numerical simulations incorporate Floquet periodic boundary conditions and port excitations to extract transmission coefficients and phase behavior accurately. The designed metasurface demonstrates efficient beam steering consistent with theoretical predictions. Additionally, geometric scaling principles were validated by adapting the design for operation at 1.33 µm, confirming the scale invariance of Maxwell’s equations in weakly dispersive dielectric media. The results highlight the potential of dielectric metasurfaces as compact, planar, and highly efficient alternatives to conventional refractive optics, particularly for applications in fiber-integrated photonics and free-space optical coupling."],"dc:identifier":["uoadl:5368008","https://pergamos.lib.uoa.gr/uoa/dl/object/5368008"],"dc:language":["English"],"dc:subject":["Θετικές Επιστήμες","Science"],"dc:title":["Metasurface Implementation in Optic Fibers"],"dc:type":["born_digital_postgraduate_thesis","Διπλωματική Εργασία","Postgraduate Thesis"]},"updated_at":"2026-07-24T01:02:02Z"}