In this thesis, a dynamic electric field distribution that can act as a "freeform optical conveyor" is implemented using a universal metasurface that can function independently from different incident polarization states and incidence polarization control. It makes it possible to move particles having a size from a sub-micrometer to hundreds of micrometers in a three-dimensional arbitrary path inside the fluid without a physical structure. In the past, there have been studies about optical tweezers and optical conveyors using optical force, but there were several limitations such as the limitation of the path, and these limitations can be overcome through this study. Ultimately, this freeform optical conveyor can implement advanced functionalities as follows. Through real-time control of light, the network configuration of fluid channels can be changed. The movement speed of particles can also be controlled differently depending on the zone. And various functions such as splitter, circulator, and accumulator can be controlled in real-time.
본 학위논문에서는 서로 다른 입사 편광 상태에 따라 독립적인 기능을 할 수 있는 유니버설 메타표면과 입사 편광 제어를 통하여 "자유 경로 광학 컨베이어"의 역할을 할 수 있는 동적 전기장 분포를 구현하여, 서브 마이크로미터에서 수백 마이크로미터의 사이즈를 갖는 입자를 물리적 통로 역할을 하는 구조체 없이 유체 내부에서 3차원의 임의의 경로로 이동시킬 수 있도록 한다. 기존에도 광학력을 이용한 광 집게, 광 컨베이어 등의 연구가 있었으나, 경로의 제한성 등 여러 가지 한계점이 존재하였고, 본 연구를 통하여 그 한계점들을 극복할 수 있다. 본 자유 경로 광학 컨베이어를 이용한다면, 궁극적으로는 빛의 실시간 제어를 통해 유체 채널의 네트워크 구성 자체를 바꾸거나, 입자의 이동 속도를 구역에 따라서 다르게 제어하거나, splitter, circulator, accumulator 등 다양한 기능을 실시간으로 바꿀 수 있는 기능을 구현할 수 있다.
