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http://cicese.repositorioinstitucional.mx/jspui/handle/1007/589| Estudio de la difracción no lineal con generación de segundo armónico en estructuras bidimensionales Generation of second-harmonic in two-dimensional structures with Au nanoparticles | |
| Víctor Aarón Verdugo Gutiérrez | |
| Anatoly Khomenko | |
| Acceso Abierto | |
| Atribución | |
| Difracción | |
| En las últimas dos décadas el interés en las nanopartículas metálicas y nanoestructuras se ha incrementado drásticamente debido a sus propiedades ópticas y electrónicas únicas que prometen nuevas aplicaciones en los dispositivos fotónicos a nanoescala. Estas propiedades se deben principalmente a la excitación colectiva de los electrones de la banda de conducción conocidas como la resonancia de plasmón de superficie. Desde el inicio, los métodos de la óptica lineal se utilizaron ampliamente para estudiar las propiedades de las nanopartículas. Recientemente, los métodos de óptica no lineal se han utilizado exitosamente para investigar las propiedades de las nanopartículas y, en particular, se utiliza el efecto de generación de segundo armónico (GSA) que es muy sensible a tales factores como el tamaño y forma de las nanopartículas. Un notable obstáculo en aplicación de este método es la baja eficiencia de GSA. En este trabajo, con el propósito de aumentar la eficiencia de la detección del segundo armónico generado por nanopartículas fabricadas por varios métodos químicos, está realizado el estudio teórico-numérico de GSA por nanopartículas de oro distribuidas aleatoriamente en un substrato con una superficie periódicamente perfilada. En este caso, el aumento de la intensidad de segundo armónico se logra debido a un empatamiento de fase en una cierta dirección definida por la periodicidad del perfil del substrato. Los cálculos numéricos están basados en la ecuación analítica que describe el campo de segundo armónico generado por una nanopartícula esférica. Dicha ecuación fue desarrollada en las aproximaciones que corresponden a condiciones experimentales que pueden ser realizados en nuestro laboratorio. La ecuación considera la contribución dipolar y cuadrupolar del campo de segundo armónico generado por la nanopartícula. Los programas desarrollados han permitido calcular las distribuciones tridimensionales de las intensidades de segundo armónico para diferentes densidades y distribuciones de nanopartículas en el substrato. Fueron calculadas las dependencias de la eficiencia de GSA con el número de nanopartículas en una cierta dirección con diferentes distribuciones de nanopartículas en el substrato con superficie periódicamente perfilada, así como realizar una optimización de la estructura para la el estudio de GSA. Los resultados numéricos demuestran que el método propuesto permite aumentar la eficiencia de detección en 2-3 órdenes de su valor. In last two decades the interest in metal nanoparticles and nanostructures has increased dramatically due to their unique optical and electronic properties that promise new applications in nanoscale photonic devices. These unique properties are mainly due to a collective excitation of electrons from the conduction band known as surface plasmon resonance. From the beginning, the methods of linear optics are widely used to study the properties of nanoparticles. Recently, non-linear optical methods have been successfully used to investigate properties of nanoparticles, in particular, with the effect of second harmonic generation (SHG), which is very sensitive to factors such as the size, and the shape of metal nanoparticles. A major obstacle in applying this method is the low efficiency of SHG.In this work, in order to increase the detecting efficiency of the second harmonic generated by nanoparticles fabricated by different chemical methods, the SHG of gold nanoparticles randomly distributed in a substrate with a regularly profiled surface is studied numerically. In this case, the intensity of the second harmonic is noticeably increased due to phase matching of second harmonic waves propagating in a certain direction that is defined by the periodicity of the substrate profile.The numerical calculations are based on the analytical equation that describes the field of second harmonic generated by a spherical nanoparticle. Approximations made in the development of this equation correspond to the conditions of experiments in our laboratory. The equation takes into account the dipole and quadrupole contribution to the field of second harmonic generated by the spherical nanoparticle. Developed programs in this work have allowed the calculation of three-dimensional distributions of intensities of the second harmonic for different densities and distributions of nanoparticles on the substrate. SHG efficiencies were calculated as a function of the nanoparticles density, which allowed estimation of the minimum density, resulted in increase of the detection efficiency due to substrate surface profile with different distributions of the nanoparticles and optimization of the nanostructure for SHG study. The numerical results show that the proposed method can increase the detection efficiency by 2-3 orders of its value. | |
| CICESE | |
| 2015 | |
| Tesis de maestría | |
| Español | |
| Verdugo Gutiérrez,V.A.2015.Estudio de la difracción no lineal con generación de segundo armónico en estructuras bidimensionales.Tesis de Maestría en Ciencias. Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada, Baja California.92 pp. | |
| CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA | |
| Aparece en las colecciones: | Tesis - Óptica |
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