부산대학교 도서관

La fotònica és una tecnologia que permetrà implementar noves tecnologies en àrees tan diverses com les comunicacions, l'energia o la medicina. El seu èxit dependrà en gran mesura de la capacitat de controlar la llum en els dispositius òptics. En aquest sentit, entendre com la llum i la matèria interaccionen en aquests dispositius és un dels requisits principals a l'hora de trobar solucions efectives als reptes que ofereixen les diferents àrees d'aplicació de la fotònica. Aquesta tesi té com a objectiu entendre les interaccions entre llum i matèria en estructures periòdiques i capes ultra-primes així com crear eines de disseny i modelat de dispositius òptics, alguns dels quals són també demostrats experimentalment. A la primera part de la tesi s'investiga la teoria necessària per descriure la interacció de la llum en superfícies periòdiques nano-estructurades. Això inclou un estudi detallat de la transmissió, reflexió i dispersió d'estructures periòdiques en 2D o combinacions d¿elles, així com també l'estudi d'estructures més complexes, com ara defectes, estructures aleatòries, i finalment el càlcul de la densitat local d'estats electromagnètics en aquestes estructures. A la segona part de la tesi s'aplica aquesta teoria per dissenyar i entendre el comportament de dispositiu fotònics basats en aquestes estructures 2D per a aplicacions específiques. El primer dispositiu que es demostra consisteix en una estructura periòdica de nano-forats en una capa d'or coberta amb Ge2Sb2Te5 (GST), un material de canvi de fase. S'investiga l'efecte que té un canvi de fase en la capa de GST en les ressonàncies de transmissió d'aquestes estructures i es demostren canvis en la longitud d'ona de ressonància de fins a 385 nm en el cas de ressonàncies amples. A més a més també es demostra com excitant la capa de GST amb polsos ultra-curts aquestes ressonàncies també es poden modificar en una escala de temps de ps sense la necessitat de tenir un canvi de fase. Per últim també es demostren canvis en la longitud d'ona de ressonàncies de fins a 13 nm en dispositius amb ressonàncies estretes. En el segon dispositiu es demostra com els efectes d'interferència que tenen lloc en estructures compostes per vàries capes primes poden ser explotats per tal d'obtenir una absorció de gairebé el 100%. En particular es demostren dos règims d'absorció completa: banda ampla en el visible i absorció ressonant en l'infraroig. Aquest mètode permet fabricar dispositius de manera fàcil. A més a més es demostra com el GST permet crear una nova classe de dispositius amb aborció completa que poden ser sintonitzats dinàmicament, en contrast amb la majoria d'estructures proposades fins al dia d'avui. En la tercera aplicació es dissenya i demostra experimentalment una estructura de vàries capes per a ser usada com a elèctrode transparent amb propietats d'antireflexió, i amb una resistència molt baixa i alta transmissió òptica. En resum, aquesta tesi descriu eines per modelar la interacció entre llum i matèria en l'escala dels nanòmetres per una classe general d'estructures que després són usades per dissenyar superfícies òptiques basades en capes primes i nano-estructuració. En particular això es demostra amb el disseny i realització experimental de filtres òptics ressonants, dispositius amb absorció completa i gran rang dinàmic així com elèctrodes transparents amb unes grans propietats electró-òptiques.