Projeto e fabricação de nanoestruturas plasmônicas para aplicações em óptica difrativa

• Autor(a) principal: Mazulquim, Daniel Baladelli
• Data de Publicação: 2016
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: por
• Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP
• Texto Completo: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18155/tde-19092016-155714/
• topic: Nanoestruturas; Nanofabricação; Nanofabrication; Nanostructures; Plasmônica; Plasmonics

A plasmônica é a área que faz a junção entre fotônica e nanoestruturas. As implicações tecnológicas resultantes do acoplamento entre campos eletromagnéticos e oscilações eletrônicas em um material condutor fazem desta área uma das mais excitantes da óptica atualmente. Neste contexto, o objetivo deste trabalho é o projeto, fabricação e caracterização de nanoestruturas metálicas visando aplicações em óptica difrativa, incluindo filtros e lentes. Inicialmente, uma extensa revisão bibliográfica permitiu definir quais tipos de estruturas seriam abordadas, levando em conta tanto a capacidade computacional para fazer a modelagem numérica quanto a infraestrutura necessária na fabricação dos elementos. A primeira estrutura analisada foi um filtro óptico baseado em ressonância de modo guiado e ressonância plasmônica. Foram projetados e fabricados três filtros operando no azul, verde e vermelho. Resultados experimentais mostraram eficiência acima de 80% e largura de banda em torno de 20 nm, consideravelmente menor que os ~60 nm obtidos previamente na literatura considerando estrutura semelhante. Foi possível verificar as cores puras associadas à ressonância de modo guiado. Além disso, foi demonstrado como gerar as três cores primárias - azul, verde e vermelho - usando apenas o filtro vermelho. A segunda estrutura proposta consiste em uma lente tipo zonas de Fresnel integrada com um filme metálico. Resultados numéricos identificaram uma estrutura ressonante do tipo Fabry-Perot que possibilita uma redução dos lóbulos laterais gerada pela lente por um fator 3.0 na polarização TM e 4.8 na polarização TE. A estrutura foi fabricada usando litografia por nanoimpressão. Por fim, a terceira estrutura analisada foi um holograma binário baseado em metassuperfície, cuja célula básica é composta de um ressoador tipo nanorod. Foi proposta uma geometria na qual a diferença de fase entre os elementos é igual a π independente do comprimento de onda. Assim, o holograma pode operar em uma faixa espectral definida pela largura de banda transmitida. É descrito o inicio da fabricação do elemento usando litografia por feixe de elétrons.