This thesis explores the diverse optical properties manifested when light interacts with various materials, with an emphasis on circular polarization- and bandgaprelated phenomena. The studies in this work are centered around Mueller matrix spectroscopic ellipsometry, with the objective of synthesizing and characterizing nanostructured and high-quality thin films to expand our understanding of the optical properties arising from their underlying structure and electronic transitions, respectively.

Papers I, II, and III of the research address the optical properties associated with circular polarization, emphasizing the importance of the morphology and structure of the sculptured thin films used. To clarify this, AlN-based chiral sculptured thin films are synthesized using glancing angle deposition and magnetron sputtering. The discussion explores the impact of different growth parameters on the morphology and crystal structure of the films. By examining these thin film samples, it is shown how their structure and crystallographic orientation can be designed to reflect narrow spectral bands of circularly polarized light at specific wavelengths. The research also tackles how thin films preferentially reflect one handedness of circularly polarized light over the other with a high degree of circular polarization. A combination of theoretical and experimental studies offers insights into the nuances of growth and light-material interactions, particularly in complex photonic structures.

Papers IV and V investigate the optical properties that arise from electronic transitions in thin films, focusing on the complex dielectric function and optical bandgap phenomena. These properties are explored using high-quality single crystalline homogenous thin films of ZnGaO, grown using metal-organic chemical vapor deposition. Various formalisms to calculate bandgap values are evaluated for their precision and applicability. The modified Cody formalism stands out as the preferred choice due to its ability to provide the most linear region for extrapolating bandgap energy values. Through both theoretical calculations and experiments, a critical analysis is provided on the evolution of the crystal structure and optical properties of these thin films when exposed to elevated temperatures. These findings explain the interplay between the structural characteristics of thin films and their subsequent influence on bandgap properties.

Altogether, this thesis provides a fundamental understanding of the structural and intrinsic properties of materials that govern light-matter interactions. This research paves the way for the further development of thin film-based polarization filters and advanced optoelectronic device technologies.

Detta arbete utforskar optiska egenskaper som manifesteras när ljus interagerar med olika material. Avhandlingens tonvikt ligger på generation av cirkulärpolariserat ljus samt bandgapsrelaterade egenskaper. Studierna är centrerade kring spektroskopisk Mueller-matrisellipsometri, med målet att syntetisera och karakterisera nanostrukturerade och högkvalitativa tunna filmer. Detta för att utöka förståelsen av de optiska fenomen som uppstår från deras underliggande struktur respektive elektroniska övergångar.

Artikel I, II och III i avhandlingen är relaterade till optiska polarisationsstudier och belyser betydelsen av morfologi och struktur hos optiska och fotoniska material. För att studera detta syntetiserar vi AlN baserade kirala skulpterade tunna filmer med hjälp av magnetronsputtring vid små infallsvinklar (glancing angle deposition) och diskuterar inverkan av olika tillväxtparametrar på filmernas morfologi och kristallstruktur. Genom att studera detta visar vi hur struktur och kristallografiska orientering kan skräddarsys för att reflektera smala spektrala band av där ljuset har hög grad av cirkulär polarisation. Vi visar även hur de tunna filmerna selektivt reflekterar den ena polarisationsriktningen (vänster/höger) beroende på det inkommande ljusets infallsvinkel och våglängd. Genom en serie teoretiska och experimentella studier ger vi detaljerad insikt i hur de studerade nanostrukturerna samverkar med ljus.

Artikel IV och V undersöker de optiska egenskaperna som härrör från elektroniska övergångar i tunna filmer, med fokus specifikt på dielektricitetsfunktionen och optiska bandgapsfenomen. Dessa egenskaper studeras med för högkvalitativa enkristallina och homogena tunna filmer av ZnGaO, syntetiserade med metallorganisk CVD-teknik (Chemical Vapour Deposition). Vi utvärderar olika formalismer för att beräkna bandgapsvärden och bedömer deras noggrannhet och tillämpbarhet. Den modifierade Cody formalismen framhålls som bästa val på grund av dess egenskap att tillhandahålla den mest linjära regionen för att extrapolera fram värden på bandgapsenergierna. Med hjälp av teoretiska beräkningar och experiment analyserar vi även utvecklingen de tunna filmernas kristallstruktur och optiska egenskaper när de värms upp till höga temperaturer. Resultaten förklarar samspelet mellan de strukturella egenskaperna och kopplingen till bandgapsvärdena.

Sammantaget ger denna avhandling en grundläggande förståelse för strukturella och inneboende egenskaper hos material som styr samverkan mellan ljus och materia. Denna forskning banar väg för vidareutveckling av tunnfilmsbaserade polarisationsfilter och avancerade optoelektroniska komponenter.