Optomecánica en cavidades con modos plasmónicos de TAMM.
Recientemente se ha demostrado la existencia de modos ópticos confinados en la interface entre un reflector distribuido de Bragg (DBR) de la familia de materiales GaAs/AlAs y un metal: las cavidades plasmónicas de Tamm. Estas cavidades diseñadas para confinar fotones son también óptimas para conf...
Guardado en:
| Autor principal: | |
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| Formato: | Tesis NonPeerReviewed |
| Lenguaje: | Español |
| Publicado: |
2013
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| Materias: | |
| Acceso en línea: | http://ricabib.cab.cnea.gov.ar/445/1/1Villafa%C3%B1e.pdf |
| Aporte de: |
| Sumario: | Recientemente se ha demostrado la existencia de modos ópticos confinados en la
interface entre un reflector distribuido de Bragg (DBR) de la familia de materiales
GaAs/AlAs y un metal: las cavidades plasmónicas de Tamm. Estas cavidades diseñadas
para confinar fotones son también óptimas para confinar fonones acústicos en el
rango de los sub-THz. En esta tesis se aprovechará el fuerte acoplamiento entre los
modos ópticos y vibracionales en estas cavidades para estudiar la modulación de las
propiedades ópticas del modo óptico confinado y los efectos optomecánicos no lineales
que allí suceden. Se considerarán cavidades con confinamiento unidimensional y tridimensional
de los campos fotónicos y fonónicos, y se acoplarán los modos Tamm ópticos
con un ensamble de puntos cuánticos de InGaAs.
En primer lugar, hemos dado una descripción de las componentes que conforman
las cavidades Tamm plasmónicas y hemos discutido las propiedades acústicas y ópticas
tanto de las componentes por separado como del conjunto total de elementos. Posteriormente,
resumimos las nociones teóricas involucradas en los fenómenos físicos de
generación y de detección de fonones acústicos coherentes longitudinales con la técnica
de acústica de picosegundos.
En segundo lugar, hemos realizado experimentos de fotoluminiscencia sobre las
cavidades con confinamiento unidimensional y tridimensional. En el caso de la cavidad
Tamm plasmónica convencional, vimos que a temperatura ambiente existe una leve
superposición energética entre el modo Tamm plasmónico y los puntos cuánticos de
InGaAs y que la eficiencia del acoplamiento aumenta a temperatura de nitrógeno
líquido. En el caso de la cavidad Tamm plasmónica cubierta con microdiscos de Au,
los espectros de fotoluminiscencia revelaron el confinamiento adicional de la luz en el
plano de las interfaces. Estudiando la energía de confinamiento en función de los radios
de los microdiscos de Au, hemos obtenido la masa del plasmón de Tamm.
En tercer lugar, nos hemos concentrado en los experimentos de acústica de picosegundos
realizados a temperatura ambiente y de nitrógeno líquido sobre la cavidad
Tamm plasmónica con confinamiento unidimensional de los campos eléctrico y de desplazamiento.
Encontramos que la contribución electrónica a la señal temporal da cuenta
del cambio de signo de ΔR/R al pasar por el mínimo de la curva de reflectividad.
Luego, analizamos una traza temporal sin su contribución electrónica y explicamos el
comportamiento de la intensidad de las oscilaciones durante los primeros 500ps del
experimento siguiendo la evolución temporal de la curva de reflectividad óptica de la
muestra.
Hemos identificado en los experimentos de pump/probe dos clases de vibraciones
diferentes: Tamm y propagantes. Mediante la realización de simulaciones numéricas
analizamos el origen de la función generación y de la función detección para cada uno
de los modos vibracionales, y concluimos que si bien la mayor parte de la señal acústica
proviene de la superred que conforma la cavidad Tamm plasmónica, los puntos cuánticos
de InGaAs realizan un aporte signicativo en la generación y detección de los modos
vibracionales confinados. Para ambos casos, temperatura ambiente y de nitrógeno
líquido, vimos que es posible amplificar la respuesta vibracional de la muestra mediante
la elección de la energía óptica de exitación respecto del modo Tamm plasmónico.
Además, medimos los factores de calidad óptico y acústico para ambas temperaturas, y
encontramos que el factor de calidad acústico aumenta considerablemente al disminuir
la temperatura.
Por último, calculamos las constantes de acoplamiento optomecánico para cada
una de las vibraciones de la cavidad. Observamos que los efectos de modulación de las
propiedades ópticas en las cavidades son provocados en esencia por el mecanismo fotoel
ástico, y que los modos no confinados son más eficientes para convertir información
óptica en información mecánica. También encontramos que la constante optomecánica
del mecanismo fotoelástico crece cuando el strain de los modos vibracionales sobre los
puntos cuánticos de InGaAs es más grande.
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