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http://cicese.repositorioinstitucional.mx/jspui/handle/1007/293| Estudios de la interacción de luz con superficies rugosas y diseño de elementos ópticos basados en superficies estructuradas Studies of the interaction of the light with random rough surfaces and design of optical devices based on structured surfaces | |
| ALMA KAREN GONZALEZ ALCALDE | |
| EUGENIO RAFAEL MENDEZ MENDEZ | |
| Acceso Abierto | |
| Atribución | |
| Superficies rugosas Picos Yoneda Espejos magnéticos | |
| En esta tesis se presentan cuatro trabajos de investigación originales sobre la interacción de luz con superficies no planas. Como parte del trabajo de investigación, se realizaron los primeros estudios teóricos y experimentales de la reflectancia de superficies rugosas iluminados con luz difusa. También se presentan las primeras observaciones experimentales de esparcimiento de luz por superficies rugosas que muestran fenómenos asociados a los llamadas picos Yoneda. Adicionalmente, se abordan temas de diseño de difusores y se muestra que, aunque con ciertas limitaciones, es posible fabricar superficies con propiedades especiales de esparcimiento utilizando impresoras tridimensionales. Finalmente, se presenta el diseño de estructuras simples que se comportan como espejos altamente reflejantes en un intervalo espectral amplio. De especial importancia es la propuesta de una metasuperficie que puede funcionar como un espejo magnético en la región visible del espectro. Las técnicas experimentales empleadas para realizar esta investigación también revisten cierta originalidad, ya que incluyen técnicas de fabricación tales como litografía óptica, impresoras tridimensionales y métodos de replicado de superficies en materiales absorbentes y transparentes. También vale la pena hacer notar que, debido a las dificultades técnicas involucradas, el esparcimiento de luz en geometrías de reflexión interna es un tema que ha sido poco explorado desde el punto de vista experimental. Entre otras cosas, podemos mencionar que para el estudio de los picos Yoneda fue necesario medir la distribución angular de la luz esparcida a través de una semiesfera de vidrio y, que para los estudios de reflectancia con luz difusa, fue necesario fabricar una esfera integradora sólida.
No menos importante es el trabajo teórico-numérico, que se realizó como complemento de los estudios experimentales. Como parte del trabajo de tesis, fue necesario desarrollar y adaptar varias herramientas de cálculo electromagnético. En particular, se utilizaron los siguientes métodos: un método basado en el teorema integral de Green, un método numérico basado en la ecuación reducida de Rayleigh, un método numérico basado en la aproximación de Kirchhoff, varios métodos perturbativos para calcular esparcimiento por superficies y el método de diferencias finitas en el dominio del tiempo. This thesis reports four original research studies on the interaction of light with structured surfaces. As part of the work, we carried out the first theoretical and experimental studies of the reflectance of random rough surfaces illuminate by diffuse light. We also present present the first experimental observations of the scattering of light by random rough surfaces that display phenomena associated with the so-called Yoneda peaks. In addition, we consider problems involving the design of diffusers and show that, with some limitations, it is possible to fabricate surfaces with special scattering properties using three-dimensional printers. Finally, we present the design of some simple structures that behave as magnetic mirrors at particular wavelengths. Particularly important is the proposal of a metasurface that can work as a magnetic mirror in the visible region of the spectrum. The experimental techniques employed to carry out this research have also some originality, as they include fabrication techniques such as optical lithography, three-dimensional printers, and methods of replication of surfaces involving absorbing and transparent materials. It is also worth mentioning that, due to the technical difficulties involved, the scattering of light in geometries of internal reflection has been a little-explored topic from an experimental standpoint. Among other things, we can mention that for the study of the Yoneda peaks the angular distribution of the scattered light was measured through a glass hemisphere and that, for the studies of reflectance with diffuse light, we had to fabricate a solid integrating sphere. Not less important is the numerical work carried out as a complement of the experimental studies. As part of the thesis work, we had to develop and adapt several tools of electromagnetic calculations. In particular, we employed the following methods: a method based on Green’s integral theorem, a numerical method based on a reduced Rayleigh equation, a numerical method based on the Kirchhoff approximation, several perturbative methods for rough surface scattering and the method of finite-difference time-domain. | |
| 2016 | |
| Tesis de doctorado | |
| Español | |
| Público en general | |
| González Alcalde, A.K. 2016. Estudios de la interacción de luz con superficies rugosas y diseño de elementos ópticos basados en superficies estructuradas. Tesis de Doctorado en Ciencias. Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada, Baja California. 151 pp. | |
| OPTICA FÍSICA | |
| Aparece en las colecciones: | Tesis - Óptica |
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| Fichero | Descripción | Tamaño | Formato | |
|---|---|---|---|---|
| tesis_González_Alcalde_Alma_Karen_29_nov_2016.pdf | Versión completa de la tesis | 15.42 MB | Adobe PDF | Visualizar/Abrir |