Título
Interacción de plasmones de superficie localizados en estructuras híbridas fotónica-plasmónicas
Localized surface plasmons interactions in hybrid photonic-plasmonic structures
Autor
Josslyn Beltrán Madrigal
Colaborador
Heriberto Márquez Becerra (Asesor de tesis)
Rafael Salas Montiel (Asesor de tesis)
Nivel de Acceso
Acceso Abierto
Materias
Resumen o descripción
La presente tesis muestra el estudio teórico, numérico y experimental de estructuras híbridas fotónica-plasmónicas compuestas de un arreglo bidimensional equidistante de nanoalambres de oro colocados sobre una guía de onda dieléctrica de silicio. La estructura híbrida es analizada mediante la teoría de acoplamiento modos y la de aproximación de dipolos discretos. Las componentes del campo eléctrico que se propagan por la estructura son simuladas por el método de diferencias finitas en el dominio del tiempo; cuando se incide un campo con polarización TE0. Se muestran las distribuciones de amplitud y fase del campo en un rango de longitudes de onda en el infrarrojo cercano (alrededor de 1.5 µm). Se manejan los datos y se trabaja con ellos en el espacio de Fourier para caracterizar a los índices efectivos de los modos guiados en la estructura híbrida. De estos análisis se encuentra que la longitud de onda de excitación máxima de los plasmones de superficie localizados esta cercana a λ=1.4 µm. Para longitudes de ondas más largas que la longitud de onda de excitación plasmónica, se encuentran dos modos guiados, cuyos índices efectivos aumentan ante el incremento del período de los nanoalambres en la dirección de propagación ˆz. Las estructuras híbridas se realizan por litografía electrónica y fotolitografía. El análisis experimental fue realizado mediante el mapeo de la intensidad, amplitud y fase del campo con la técnica de microscopia óptica de barrido en campo cercano en modo de perturbación con detección heterodina, en modo de perturbación y esparcimiento en sistema heterodino. En donde se observa que el modo de perturbación en sistema heterodino proporciona imágenes con buen contraste de la distribución de intensidad de campo y el modo de esparcimiento proporciona imágenes de la distibución de fase. Con la amplitud y fase del campo medido, se construyó su amplitud compleja del campo y se analizó en el espacio de Fourier, en donde se encontraron los índices efectivos de los modos guiados por la estructura híbrida. Finalmente, se muestra que los resultados obtenidos de la simulación y experimentales para el calculo de índices efectivos de la estructura híbrida fotónica-plasmonica son concordantes.
The thesis shows the theorical, numerical and experimental study of hybrid photonicplasmonic structures made of a bi-dimensional equidistant array of gold nanowires in the top of a silicon waveguide. The hybrid structure is analyzed by coupling modes theory and discrete dipole approximation. The electric field components propagated through to structure are simulated by finite difference in the time domain method; for an incident field with TE0 polarization. The amplitude and phase distributions of the field in a wavelengths range in infrared (about de 1.5 µm) are presented. Results from the Fourier space were used for to characterize the effective indexes of the guided modes in the hybrid structure. From theses analyzes, it is found that the maximum of excitation wavelength of the localized surface plasmons, is close to λ=1.4 µm. For wavelengths longer than the plasmonic excitation wavelength there are two guided modes, its effective indices increase when the nanowires period increases in the propagation direction ˆz. The hybrid structures were made by electronic lithography and photolithography processes. The experimental analysis was made by intensity, amplitude and phase field distributions imaging by means scanning near-field optical microscopy technical, in perturbation and scattering mode with a heterodyne system. In these images, we can see the perturbation mode in heterodyne system provides images with good contrast of the intensity distribution and the scattering mode provides images of the phase distribution of the field. With amplitude and phase of the measured field, the complex amplitude of the field was analyzed in the Fourier spaces, and the effective indexes of the guided modes of the hybrid structure were calculated. Finally, the simulation and the experimental results for effective indexes of the hybrid photonic-plasmonic structures are similar.
Editor
CICESE
Fecha de publicación
2013
Tipo de publicación
Tesis de maestría
Recurso de información
Formato
application/pdf
Idioma
Español
Sugerencia de citación
Beltrán Madrigal, J.2013.Interacción de plasmones de superficie localizados en estructuras híbridas fotónica-plasmónicas.Tesis de Maestría en Ciencias. Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada, Baja California. 125 pp
Repositorio Orígen
Repositorio Institucional CICESE
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