Estudio de las propiedades ópticas de un cristal fotónico con base en una rejilla de difracción

Study of the optical properties of a photonic crystal based on a diffraction grating

dc.contributorELENA TCHAIKINA KOLESNIKOVA
dc.creatorAna Carolina Medina Galindo
dc.date2021
dc.date.accessioned2023-03-16T14:34:03Z
dc.date.available2023-03-16T14:34:03Z
dc.identifierhttp://cicese.repositorioinstitucional.mx/jspui/handle/1007/3548
dc.identifier.urihttps://repositorioslatinoamericanos.uchile.cl/handle/2250/6231503
dc.descriptionEn este trabajo de tesis se reporta el diseño y la fabricación, así como la investigación de las propiedades ópticas de un cristal fotónico, el cual, para el presente trabajo es una estructura dieléctrica multicapa con superficie perfilada. Tales estructuras tienen un gran potencial para sus aplicaciones como sensores de alta sensibilidad, cuya acción se basa en el cambio en el espectro de reflexión de la estructura bajo la influencia de factores externos. Se utilizaron dos métodos para fabricar substratos perfilados para los cristales fotónicos: i) método fotolitográfico en el que se utilizó resina marca Shipley; ii) se utilizó un disco DVD comercial sin capa protectora. En ambos casos se realizaron réplicas de las superficies perfiladas con polidimetilsiloxano (PDMS) y acrílico. Estas réplicas se utilizaron también como substratos para el depósito de las películas delgadas que forman el cristal fotónico. Las muestras fabricadas presentan una estructura que incluye una rejilla sinusoidal como base, posteriormente se recubrieron por 9 capas de películas delgadas. Estas películas fueron fabricadas por depósito en vacío de TiO2 y SiO2 (por cuatro de cada uno, periódicamente) con espesores de 77.8 nm y 126.2 nm, respectivamente, y una capa adicional de TiO2 de 48 nm. Para desarrollo de la estructura de cristal fotónico, así como para su investigación numérica se utilizaron el método matemático de matriz característica, así como el método de diferencias finitas (MDF), apoyándose de los programas MATLAB y COMSOL. Estos métodos permitieron calcular los espectros de reflexión del cristal, cuya estructura se correspondía con la estructura de las muestras experimentales. Los estudios experimentales se llevaron a cabo utilizando un arreglo experimental especialmente diseñado, que hizo posible medir los espectros de reflexión de cristales fotónicos como función de ángulo de incidencia. Los resultados experimentales demuestran un mínimo bien pronunciado en los espectros de reflexión de cristal fotónico, que corresponde a la excitación de onda superficial de Bloch. Se demostró que este mínimo se observa cerca del ángulo de incidencia de la luz sobre el cristal fotónico a 32 grados, se concluyó que el ancho en los valles depende de la amplitud del perfil de superficie del sustrato sobre el que está fabricado el cristal fotónico.
dc.descriptionThe objective of this thesis is the design, fabrication, and analysis of the optical properties of a photonic crystal which is a multilayer dielectric structure with a profiled surface. Photonic crystals of this type have great potential for application as highly sensitive sensors. These sensors use the change in the reflection spectrum of the photonic crystal due to externalfactors. Two methods were used to fabricate profiled substrates for photonic crystals: i) photolithographic method using Shipley brand resin; ii) a commercial DVD without a protective layer was used as a substrate. In both cases, replicas of the profiled surfaces were prepared using polydimethylsiloxane (PDMS) and acrylic. These substrates, as well as their replicas, were used for the deposition of the thin films that make up the photonic crystal. The manufactured samples have a structure that consists of a sinusoidal grating as a substrate covered by nine thin films. These films were prepared by alternating vacuum deposition of TiO2 and SiO2 layers (by four of each) with thicknesses of 77.8 nm and 126.2 nm, respectively, and an additional layer of TiO2 of 48 nm. For the photonic crystal structure design and its numerical investigation, the mathematical method of a characteristic matrix and the finite difference method (MDF) were used, relying on the MATLAB and COMSOL programs. The reflection spectra of photonic crystal with parameters of the experimental samples were calculated. The experimental studies were carried out using a specially designed experimental setup to measure photonic crystals’ reflection spectra as a function of angle of incidence. The experimental results demonstrate a well-pronounced minimum in the photonic crystal reflection spectra, which corresponds to the Bloch surface wave excitation. It was shown that the minimum of the spectrum was observed near the angle of incidence of light on the photonic crystal at 32 degrees, it was concluded that the width in the valleys depends on the width of the surface profile of the substrate on which the photonic crystal is manufactured.
dc.formatapplication/pdf
dc.languagespa
dc.publisherCICESE
dc.relationcitation:Medina Galindo, A.C. 2021. Estudio de las propiedades ópticas de un cristal fotónico con base en una rejilla de difracción. Tesis de Maestría en Ciencias. Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada, Baja California. 97 pp.
dc.rightsinfo:eu-repo/semantics/openAccess
dc.rightshttp://creativecommons.org/licenses/by/4.0
dc.subjectinfo:eu-repo/classification/Autor/Cristal fotónico, ondas de superficie de bloch, estructura de bandas, modo
dc.subjectinfo:eu-repo/classification/Autor/Photonic crystal, bloch surface waves, band estructure, mode
dc.subjectinfo:eu-repo/classification/cti/7
dc.subjectinfo:eu-repo/classification/cti/33
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dc.titleEstudio de las propiedades ópticas de un cristal fotónico con base en una rejilla de difracción
dc.titleStudy of the optical properties of a photonic crystal based on a diffraction grating
dc.typeinfo:eu-repo/semantics/masterThesis


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