Plasmon-soliton waves in metal-nonlinear dielectric planar structures
- Autores: Wiktor Tomasz Walasik
- Directores de la Tesis: Gilles Renversez (dir. tes.), Yaroslav V. Kartashov (dir. tes.)
- Lectura: En la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC) ( España ) en 2014
- Idioma: inglés
- Tribunal Calificador de la Tesis: Emmanuel Centeno (presid.), Kestutis Staliunas (secret.), Juan José Sáenz Gutiérrez (voc.)
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: TDX
- Resumen
El objetivo de esta tesis es la mejora en el conocimiento de los SP, así como el diseño de estructuras capaces de soportar estas ondas no lineales a bajos niveles de intensidad. En primer lugar, se ha estudiado la configuración correspondiente a un medio no lineal semiinfinito. Para ello se han desarrollado dos modelos semianalíticos basados en las ecuaciones de Maxwell. El primero trata la no linealidad de tipo Kerr de una manera sencilla, pero permite obtener expresiones analíticas para tanto los perfiles de campo como para las relaciones de dispersión no lineales. El segundo considera la no linealidad de un modo exacto. Esto permite obtener una expresión analítica de la mencionada relación de dispersión no lineal; sin embargo, los perfiles de campo han de ser obtenidos numéricamente. Se estudian también por primera vez estructuras de tres láminas (dieléctrico no lineal/metal/ dieléctrico lineal) en las que las constantes dieléctricas lineales del recubrimiento son distintas en ambos lados del metal. En estas estructuras se optimizan los parámetros y se obtienen pequeñas zonas con presencia de SP de baja energía. Puesto que los modelos están desarrollados para estructuras de cuatro láminas, se pueden estudiar por primera vez configuraciones con una lámina dieléctrica adicional situada entre el dieléctrico no lineal y el metal. Se proporcionan a su vez diagramas de dispersión y perfiles de campo para las anteriores estructuras en función de varios parámetros. La formulación semianalítica de los modelos permite hacer un rápido barrido del espacio fásico de los parámetros de la estructura. De este modo, se muestran configuraciones de cuatro láminas con unos parámetros realistas para la creación de los citados SP de baja energía. En segundo lugar, se han estudiado las guías de onda metálicas no lineales (GOMNL), en las que un núcleo dieléctrico no lineal de tamaño finito es intercalado entre dos láminas metálicas. Para ello se han desarrollado de nuevo dos modelos basados en las ecuaciones de Maxwell. El primero trata la no linealidad de tipo Kerr de un modo sencillo, pero proporciona expresiones analíticas para los perfiles de campo y las relaciones de dispersión no lineales mediante funciones elípticas de Jacobi. Por otra parte, el segundo modelo trata la no linealidad de tipo Kerr de un modo exacto y proporciona una condición analítica para la eliminación de una de las dimensiones del espacio fásico en el cual las soluciones son buscadas numéricamente. A su vez se estudian las curvas de dispersión así como sus posibles transformaciones de modo asociadas para las GOMNL. Además de los modos de primer orden típicos en este tipo de estructuras, se muestra la existencia de modos de orden superior. Todos los modos de las GOMNL pueden ser divididos en dos familias: la de los modos simétricos y antisimétricos con nodos que se asemejan a los modos lineales de una guía de onda metálica lineal modificada; y la de los modos simétricos y asimétricos sin nodos y que no se asemejan a ningún tipo de modos lineales. En esta última familia, los modos simétricos aparecen a través de una bifurcación silla-nodo y los asimétricos a través de una bifurcación de Hopf. Se estudian también los efectos producidos sobre los diagramas de dispersión al variar el tamaño del núcleo y el contraste dieléctrico entre el núcleo y el recubrimiento metálico.
