Design of anisotropic nanostructures for light control

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Publication date
2018
Reading date
27-07-2018
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Abstract
El rápido avance en métodos de micro- y nanofabricación, tanto teórica como experimentalmente, han hecho posible a día de hoy que podamos controlar el flujo de luz con una precisión sin precedentes. Los metamateriales y las metasuperficies son nanoestructuras compuestas a partir de celdas unidad dise˜nadas, de forma que permitan manipular la luz con una respuesta estipulada. Como resultado de esto, los metamateriales han proporcinoado un gran número de posibles aplicaciones nuevas que antes eran inconcebibles. En esta Tesis Doctoral nos hemos centrado en el uso de estos metamateriales excepcionales para conseguir, específicamente, partículas indetectables y también para controlar el modelado de haces de luz. El objetivo principal de esta Tesis es proponer nuevas estructuras fotónicas basadas en metamateriales multicapa metal-dieléctricos que, gracias a su alta anisotropía de forma, son capaces de generar distribuciones de luz altamente localizadas, así como respuestas ópticamente inertes en el campo lejano. Hemos analizado el mecanismo para conseguir la cancelación de la dispersión en nanopartículas con simetría cilíndrica. Es posible ajustar con gran precisión la cancelación de la dispersión a diferentes longitudes de onda para conseguir invisibilidad si tenemos un control preciso tanto de la morfología como de la combinación apropiada de los materiales. Por otro lado, teniendo un dise˜no adecuado de metarrecubrimientos de tama˜no alrededor del nanómetro, podemos conseguir una fuerte focalización de ondas electromagnéticas con gran apertura numérica. Además, dado un campo convergente estos metarrecubrimientos pueden aumentar de forma significativa la apertura numérica. Es más, usando las metasuperficies dise˜nadas se puede moldear el haz para transformar ondas convergentes de gran angular en haces acelerados que presevan su forma. El trabajo que hemos llevado a cabo no se limita exclusivamente a desarrollos basados en fundamentos teóricos y simulaciones numéricas, sino que también nos involucramos en tareas experimentales. Siguiendo esta dirección, estudiamos las ondas de superficie de Dyakonov (DSWs), que se pueden encontrar en la interfase entre un medio birrefringente y otro isótropo. La excitación ocurre en el campo cercano bajo fotoluminiscencia, y la prueba de la existencia de las DSWs se basa en la determinación experimental de su constante de propagación compleja, cuya parte imaginaria es significativamente menor que la encontrada tanto en modos guiados como en leaky modes.
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