Título
Elementos ópticos de difracción no lineal basados en nanoestructuras
Non - lineal d iffractive optical elements based on nanostructures
Autor
PAMELA MASTRANZO ORTEGA
Colaborador
ANATOLY KHOMENKO (Asesor de tesis)
Nivel de Acceso
Acceso Abierto
Materias
Resumen o descripción
El presente trabajo pertenece al campo de la óptica no lineal y en particular, la plasmónica no lineal. El enorme incremento en el campo electromagnético local en nanoestructuras plasmónicas favorece a los efectos no lineales y promete numerosas aplicaciones prácticas. El objetivo del presente trabajo es la fabricación e investigación de elementos de difracción no lineal que permiten generación del segundo armónico (GSA). Se fabricaron dos tipos de muestras experimentales por el método de litografía por haz de electrones. La primera fue una rejilla de tiras de oro sobre un sustrato de silicio cuyo periodo fue de 1000 nm y ancho de tira de alrededor de 500 nm. Esta estructura puede excitar plasmones con propiedades que corresponden a plasmones de superficie localizados. La segunda muestra fabricada fue una película de oro con el perfil de superficie periódico, con un periodo de 1000 nm y una profundidad del perfil de 10 nm. En este caso, las propiedades ópticas de las muestras están determinadas por los plasmones polaritones de superficie. En ambas muestras se detectó la GSA y se investigó experimentalmente la dependencia de la polarización del segundo armónico (SA) en función de la polarización de la luz de bombeo. Se realizó un estudio numérico utilizando un paquete del software COMSOL para determinar los parámetros óptimos de nanoestructuras que permiten obtener el máximo aumento en la intensidad del campo, para la longitud de onda del láser utilizada en los experimentos y así obtener la máxima eficiencia de GSA. Los resultados numéricos demuestran que hay un potencial significativo para el aumento de la eficacia de la GSA de las muestras experimentales. En particular, puede alcanzarse un aumento máximo en la intensidad del campo local para las rejillas de tiras de oro, cuando el ancho y altura de las tiras son de alrededor de 150 y 40 nm, respectivamente. En el caso de la película de oro con superficie perfilada, la resonancia plasmónica puede ser sintonizada con la longitud de onda del láser variando el ángulo de incidencia del haz de bombeo. Sin embargo, la profundidad del perfil debe ser mayor que en las muestras fabricadas para los experimentos, específicamente alrededor de 40 nm.
Palabras
The present work belongs to the field of non-linear optics and particular by to non-linear plasmonics. The strong enhancement of the local electromagnetic field in plasmonic nanostructures favors nonlinear effects and promises numerous practical applications. The objective of to present work is the manufacture and investigation of non-linear diffraction elements allowing second harmonic generation (SHG). Two types of experimental samples were fabricated by an electron beam lithography method. The first one was a grid of gold strips on a silicon substrate with a period of 1000 nm and a strip width around 500 nm. This structuer allows the excitation of localized surface plasmons. The second sample was fabricated on a gold film with a periodic surface profile (period of 1000 nm and profile depth of 10 nm). In this case, the optical properties of the sample are determined by surface plasmon polaritons. In both samples SHG was detected and the dependence of second harmonic (SH) polarization as a function of the pump light polarization was investigated. We conducted a numerical analysis using of COMSOL software to determine the optimal nanostructure parameters that allow obtaining the maximum enhancement in the local field for the wavelength of the laser used in the experiments, and hence obtaining the maximum efficiency for SHG. Numerical results demonstrate that there is a significant reserve to increase SHG efficacy of the experimental samples. In particular, the maximum enhancement of the local field in the case of the gold strip grating can be achieved when the width and height of the gold strip are around 150 and 40 nm, respectively. In the case of the gold film with the periodic surface profile, the plasmon resonance can be tuned to the wavelength of the laser by changing the angle of incidence of the pumping beam. The depth of the profile should be larger, than in the experimental samples, namely, about 40 nm.
Editor
CICESE
Fecha de publicación
2017
Tipo de publicación
Tesis de maestría
Recurso de información
Formato
application/pdf
Idioma
Español
Sugerencia de citación
Mastranzo Ortega, P. 2017. Elementos ópticos de difracción no lineal basados en nanoestructuras metálicas. Tesis de Maestría en Ciencias.Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada, Baja California. 81 pp.
Repositorio Orígen
Repositorio Institucional CICESE
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