Resumen de Terahertz and Infrared Sensing with Metasurfaces and Spectroscopy Techniques
- español
Los metamateriales aparecen en los primeros años del siglo XXI como materiales artificiales con parámetros inusuales, que presentan un comportamiento electromagnético exótico, con más posibilidades para el control de la radiación electromagnética. Desde su primera realización experimental, la investigación en el campo del electromagnetismo tuvo un gran impulso y, como resultado, se han propuesto numerosos diseños basados en metasuperficies (la versión plana de los metamateriales) para diversas aplicaciones como las telecomunicaciones, seguridad, espectroscopía, imagen, sensado, etc. En esta Tesis se investiga el uso de dispositivos inspirados en el paradigma de las metasuperficies para aplicaciones de sensado, operando en el régimen frecuencial de los terahercios. El contenido de la Tesis se puede dividir en tres partes diferenciadas que se relacionan con los diferentes estudios que se han llevado a cabo. En primer lugar, el diseño numérico y experimental de metasensores para el sensado de películas delgadas, muestras biológicas, y químicas. Para ello, se presentan dos tipos de estructuras basadas en metasuperficies: un diseño con una geometría complicada que permite obtener resultados con una elevada sensibilidad; y un diseño basado en matrices de agujeros que explota el fenómeno de la transmisión extraordinaria. Por otra parte, se investiga el efecto de la geometría en los patrones de los metasensores y su influencia en la calidad de la detección, mediante la modificación geométrica de un diseño basado en tripolos. Por último, se investiga la aplicación de la espectroscopía de infrarojo medio para el análisis de productos oxidativos en carne de origen animal.
- English
Metamaterials emerged in the early years of the 21st century as artificial materials with unusual parameters, presenting an exotic electromagnetic behavior, with more possibilities for the control of electromagnetic radiation. Since their first experimental realization, the research in the field of electromagnetism had a great momentum and, as a result, numerous designs based on metasurfaces (the planar version of metamaterials) have been proposed for various applications such as telecommunications, security, spectroscopy, imaging, or sensing, among others. This Thesis investigates the use of devices inspired by the metasurfaces paradigm for sensing applications, operating in the terahertz frequency regime. The content of the Thesis can be divided into three distinct parts that are related to the different studies carried out in these years. First, the numerical and experimental design of metasensors for thin films, biological and chemical samples sensing applications. For this purpose, two types of metasurface-based structures are presented: a design with a complicated geometry that allows obtaining results with high sensitivity, and a design based on hole arrays that exploits the phenomenon of extraordinary transmission. On the other hand, the effect of geometry on metasensor patterns and its influence on detection quality is investigated by geometrical modification of a very simple tripod-based design. Finally, the application of mid-infrared spectroscopy for the analysis of oxidative products in animal meat is investigated.
