Por favor, use este identificador para citar o enlazar este ítem:
http://cicese.repositorioinstitucional.mx/jspui/handle/1007/3888| Generación de segundo armónico por nanoestructuras de metal-semiconductor Second-harmonic generation by metal-semiconductor nanostructures | |
| CINDY JOHANNA VALENCIA CAICEDO | |
| Anatoly Khomenko Manuel Herrera Zaldívar | |
| Acceso Abierto | |
| Atribución | |
| Generación de segundo armónico, rejillas sublongitud de onda, resonancia de modo guiado, GaAs, metasuperficie Second-harmonic generation, subwavelength gratings, mode-guided resonance, GaAs, metasurface | |
| En el presente trabajo se investigó numérica y experimentalmente la generación de segundo armónico (GSA) en rejillas de superficie de arseniuro de galio (GaAs) con un periodo sublongitud de onda, con y sin nanofranjas de oro en la parte inferior de los canales de la rejilla. Se determinó la eficiencia de la GSA mediante el método de elementos finitos, teniendo en cuenta los parámetros geométricos de la rejilla, el grosor de las franjas de oro y la polarización de la luz incidente. Los resultados indican que, en el régimen de sublongitud de onda profunda, la rejilla sin franjas de oro puede considerarse como una película homogénea cuando su periodo es 3.5 veces más corto que la longitud de onda. Una rejilla de este tipo mejora la eficiencia de la GSA en aproximadamente 20 veces en comparación con un cristal de superficie plana, debido a las resonancias de Fabry-Perot que pueden ser sintonizadas mediante la profundidad de los canales de la rejilla. Las franjas de oro en los canales de la rejilla aumentan significativamente la concentración del campo electromagnético en los canales de la rejilla debido a la resonancia plasmónica. En este caso, el aumento de la eficiencia de la GSA es 500 veces mayor, mientras que el valor absoluto de la eficiencia alcanza el 1.2 × 10-5 cuando la intensidad de la luz de bombeo es de 1 GW/cm². Los resultados del estudio numérico muestran que, cuando la longitud de onda de la luz de bombeo es comparable con el período de la rejilla o mayor, la rejilla no se puede considerar como una película delgada homogénea. En este caso, la eficiencia de la GSA puede mejorarse significativamente mediante la excitación resonante de ondas evanescentes en la rejilla. En el caso de la rejilla híbrida de GaAs-oro, a la longitud de onda de resonancia del modo guiado, la eficiencia de la GSA aumenta hasta en cuatro órdenes de magnitud cuando esta rejilla es orientada en las direcciones cristalográficas para las cuales se genera el segundo armónico con ambas componentes de polarización x y y. En la parte experimental del trabajo se fabricaron muestras de rejillas en la superficie de sustratos de GaAs (110) mediante el método de erosión por un haz de iones enfocado. Los resultados del estudio experimental de las rejillas fabricadas demuestran que, para longitudes de onda de la luz fuera de resonancia, el segundo armónico presenta polarización lineal, y la presencia de la rejilla en la superficie duplica la eficiencia de la GSA. The present work numerically and experimentally investigated the generation of a second harmonic (SHG) in subwavelength GaAs surface gratings with and without gold nanostripes at the bottom of the grating channels. The SHG efficiency was determined using the finite element method, considering the geometric parameters of the grating, the thickness of the gold stripes, and the polarization of the incident light. The results indicate that in the deep subwavelength regime, the grating without gold stripes can be considered a homogeneous film when its period is 3.5 times shorter than the wavelength. Such a grating improves the SHG efficiency by approximately 20 times compared to a flat surface crystal owing to Fabry-Perot resonances that can be tuned by the grating channel depth. Gold stripes in the grating channels significantly increase the electromagnetic field concentration in the channels due to plasmonic resonance. In this case, the SHG efficiency enhancement is 500 times, while the absolute value of the efficiency reaches 1.2 × 10-5 when the pumping light intensity is 1 GW/cm². Numerical results show that when the pumping light wavelength is comparable to or larger than the grating period, the grating cannot be considered as a homogeneous thin film. In this case, the SHG efficiency can be significantly improved by resonant excitation of evanescent waves in the grating. For the GaAs-gold hybrid grating, at the resonant wavelength of the guided mode, the SHG efficiency increases by up to four orders of magnitude when the grating is oriented in the crystallographic direction for which the second harmonic is generated with both x- and y-polarization components. In the experimental part of this work, grating samples were fabricated on GaAs (110) substrates by focused ion beam erosion. The experimental results of the fabricated gratings show that for off-resonance light wavelengths, the second harmonic exhibits linear polarization, and the presence of the grating on the surface doubles the SHG efficiency. | |
| CICESE | |
| 2023 | |
| Tesis de doctorado | |
| Español | |
| Valencia Caicedo, C.J. 2023. Generación de segundo armónico por nanoestructuras de metal-semiconductor. Tesis de Doctorado en Ciencias. Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada, Baja California. 119 pp. | |
| OPTICA FÍSICA | |
| Aparece en las colecciones: | Tesis - Óptica |
Cargar archivos:
| Fichero | Descripción | Tamaño | Formato | |
|---|---|---|---|---|
| tesis_Cindy Johanna Valencia Caicedo_16 mayo 2023.pdf | Versión completa de la tesis | 4.07 MB | Adobe PDF | Visualizar/Abrir |