Extraordinary Transmission Filtering Structures based on Plasmonic Metamaterials

Abstract

Esta tesis trata sobre el fascinante fenómeno de la transmisión extraordinaria a través de láminas metálicas nonoestructuradas periódicamente con aperturas al corte. Un efecto relacionado con la excitación de un tipo de ondas superficiales como son los plasmones de superficie. Además, en aquellas estructuras formadas por el apilamiento de dos o más láminas metálicas se consiguen nuevas funcionalidades, como magnetismo artificial que da lugar a resonancias magnéticas y por tanto la posibilidad de obtener un índice de refracción negativo.Mediante un estudio teórico y numérico se ha comprobado que este tipo de respuesta magnética efectiva se debe a la excitación de resonancias plasmónicas internas en la estructura. Obteniéndose, bajo incidencia normal, un índice de refracción efectivo negativo en la dirección de propagación en el caso de que dichas resonancias se produzcan en zonas del espectro donde se obtenga la permitividad negativa, conectando el mundo de la plasmónica con el de los metamateriales. Uno de los principales objetivos en el diseño de metamateriales es obtener un índice de refracción negativo en un gran ancho de banda. Sin embargo, este objetivo suele ser complicado de conseguier al basar los diseños en fenómenos resonantes. Es por ello que en esta tesis se ha propuesto un diseño basado en el apilamiento de estructuras fishnet con diferentes grosores de dieléctrico para conseguir aumentar el ancho de banda en el cual se consigue un índice negativo. Básicamente, la obtención de tal efecto se basa en la excitación de resonancias plasmónicas a distintas frecuencias al estar formada la celda unidad por difentes grososres de dieléctrico. La hibridación que se produce entre dichas resonancias permite aumentar el ancho de banda con índice negativo. Aunque la transmisión extraordinaria esta principalmente relacionada con excitación de plasmones de superficie, los resultados mostrados en la tesis demuestran que para el caso de láminas metálicas rodeadas por dieléctricos también se consigue transmisión extraordinaria debido a la adaptación de la luz incidente a los modos soportados por los medios dieléctricos siempre y cuando el metal se encuentre estructurado periódicamente.