When an interface between two media can cause position-dependent phase delay of light, the traditional Snell’s law has to be modified, resulting in anomalous wave reflection and refraction. A metamaterial surface (metasurface) of thickness at a fraction of electromagnetic wavelength can exactly achieve such goal. With metasurfaces, phase variation at each interface position can be precisely controlled by geometry of the so- called meta-atoms. Such ultra-thin metasurfaces can be readily fabricated through modern lithographic techniques, which is attractive for miniaturized optical and photonic applications. In this thesis, 3D finite-element method (FEM) is deployed to validate both design and performance of a metal-insulator-metal (MIM) metasurface for controlling reflection angle at near-infrared wavelength. FEM can serve as an excellent design and verification tool for modeling such electromagnetic wave phenomenon in a full 3D setting.

När ett gränssnitt mellan två medier kan orsaka positionsberoende fasfördröjning för ljus måste den traditionella Snell’s lagen ändras, vilket leder till onormal reflektion och refraktion av vågor. En metamaterialyta (metayta) med en tjocklek på en bråkdel av den elektromagnetiska våglängden kan exakt uppnå ett sådant mål. Med metaytor kan fasvariationen vid varje gränssnittsposition styras exakt genom geometrin hos den så kallade meta-atomen. Sådana ultratunna metasurfaces kan lätt tillverkas med hjälp av modern litografisk teknik, vilket är attraktivt för miniatyriserade optiska och fotoniska tillämpningar. I den här avhandlingen används 3D finita elementmetoden (FEM) för att validera både utformning och prestanda hos en metayta gjord av metall, isolator och metall (MIM) för att kontrollera reflektionsvinkeln vid nära infraröd våglängd. FEM kan fungera som ett utmärkt verktyg för konstruktion och verifiering för modellering av sådana elektromagnetiska vågfenomen i en fullständig 3D-inställning.