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http://cicese.repositorioinstitucional.mx/jspui/handle/1007/543| Cambios de fase en la luz esparcida por nanoantenas ópticas Phase shift of the scattered light by optical nanoantennas | |
| Juan Uriel Esparza Villa | |
| EUGENIO RAFAEL MENDEZ MENDEZ | |
| Acceso Abierto | |
| Atribución | |
| Nanoantenas | |
| Los componentes ópticos comunes, como las lentes y los prismas, basan su operación en la acumulación gradual de la fase a lo largo del camino óptico. El trabajo que se presenta en esta tesis está motivado por las posibilidades de diseño que abre un nuevo tipo de dispositivo óptico cuyo principio de operación se basa en la introducción de cambios locales de fase en el frente de onda reflejado y/o transmitido. Lo anterior se puede lograr con lo que se han llamado metasuperficies. Los diseños reportados de metasuperficies consisten de arreglos de resonadores nano ópticos para operación a longitudes de onda del infrarrojo (alrededor de 8µm) cuya respuesta en fase especificada dentro del rango elemental de 0 a 2π. Motivados por las posibilidades de esta estrategia para diseñar componentes ópticos novedosos en el visible, en esta tesis se presenta un estudio teórico y numérico de las propiedades ópticas de esparcimiento (principalmente los cambios de fase) de nanopartículas metálicas en la región visible del espectro electromagnético. Para mejorar nuestra intuición sobre el problema, utilizamos primero técnicas analíticas basadas en la aproximación cuasiestática y estudiamos la respuesta en fase de nanopartículas esféricas y esferoidales. Encontramos que, para polarización lineal incidente, la respuesta en fase de nanoesferas y nanoesferoides está limitada al rango de 0 a π. Con el propósito de ampliar este intervalo, y para superar las limitaciones de la aproximación cuasiestática, en lo que respecta a tamaños y formas de las partículas, realizamos cálculos más realistas utilizando el método de la aproximación de dipolos discretos. Nos concentramos en el caso de cilindros con terminaciones semiesféricas (nanobarras), dando especial atención a la respuesta en fase. Se consideran diferentes tamaños y orientaciones de las nanobarras con el propósito de conseguir el control deseado de la respuesta en fase. Encontramos que en la componente ortogonal de la luz esparcida, la fase puede cubrir el intervalo completo de 0 a 2π y que esta respuesta se puede sintonizar sobre todo el intervalo visible del espectro. Con estos resultados se propone un diseño de metasuperficie periódica compuesta por ocho nanobarras en cada célula elemental, que funciona como un prisma para una longitud de onda de 633nm. El diseño es evaluado empleando un modelo basado en el principio de Huygens-Fresnel Common optical components, such as lenses and prisms, base their operation on the effects of the gradual accumulation of optical phase along the beam path. The work presented in this thesis is motivated by the design possibilities opened up by a new type of optical element whose operation is, instead, based on the introduction of local modification of the phase of the reflected and/or transmitted wavefront. This is achieved with, what has been termed, metasurfaces. The reported designs of metasurfaces consist of arrays of optical nanoresonators that operate at infrared wavelengths (around 8µm) whose phase response is specified in the elementary range 0 to 2π. Motivated by the possibilities of this approach to design novel optical elements in the visible, in this thesis we present a theoretical and numerical study of the optical scattering properties (mainly phase response) of metallic nanoparticles in the visible spectrum range. To gain some insight into the problem, we first use analytical techniques based on the quasi static approximation to study the phase response of spherical and spheroidal nanoparticles. We find that with linear incident polarization, the phase response of nanospheres and nanospheroids is limited to the range 0 to π. To broaden this range, and in order to overcome the limitations of the quasi static approximation on the size and shape of the particles, we carry out more realistic calculations on the basis of the discrete dipole approximation. We focus on the case of cylinders with hemispherical end-caps (nanorods), giving special attention to the phase response. Different sizes and orientations of the nanorods are considered in order to achieve the desired control of the phase response. We find that in the cross-polarized component of the scattered light the phase response can cover the whole interval from 0 to 2π, and that the response can be tunned over the visible spectral range. With these results we propose a design for a prism-like periodic metasurface that consists of eight nanorods per elementary cell, for operation at a wavelength of 633nm. The design is evaluated using a model based on the Huygens-Fresnel principle. | |
| CICESE | |
| 2014 | |
| Tesis de maestría | |
| Español | |
| Esparza Villa, J.U.2014.Cambios de fase en la luz esparcida por nanoantenas ópticas.Tesis de Maestría en Ciencias. Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada, Baja California. 75 pp | |
| ÓPTICA | |
| Aparece en las colecciones: | Tesis - Óptica |
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| 238081.pdf | Versión completa de la tesis | 3.46 MB | Adobe PDF | Visualizar/Abrir |