Propagación de la luz con excitación de resonancias morfológicas en nanocilindros: valoración de su calidad refractiva como elementos de metamateriales, de su influencia en la supertransmisión de nanoaperturas y de su respuesta a fuerzas ópticas

Abstract

Este trabajo se enmarca dentro del área de la nanofotónica, es decir, trata sobre la manipulación de luz a escala del nm. Concretamente, se centra en la predicción numérica de diferentes fenómenos en este ámbito mediante simulación 2D a partir del método de elementos finitos (FEM) y el método de diferencias finitas en dominio temporal (FDTD).Se desarrolla una discusión sobre la excitación de resonancias morfológicas (MDR) en estructuras periódicas y aleatorias como método de diseño de metamateriales para su uso como componentes refractores negativos. Se presentan cálculos sobre el realce de transmisión a través de rendijas de dimensión sublongitud de onda (sub-λ), también llamada supertransmisión (ST) o transmisión extraordinaria, por extracción de luz debida a MDRs excitadas tanto en agrupaciones de nanopartículas para el caso de rendijas individuales, como en cristales fotónicos para el caso de una red de estas últimas.Se ofrecen adicionalmente dos técnicas para realzar la ST de rendijas sub-λ mediante iluminación procedente, bien de MDRs plasmónicas excitadas en una nanopartícula metálica, bien de un nanojet fotónico (NJ) enfocado a través de una micropartícula dieléctrica. Por último, se muestran resultados encaminados a potenciar el funcionamiento de rendijas sub-λ como trampas ópticas iluminadas, sea directamente por un haz de perfil gaussiano, sea mediante enfoque de NJs. Se compara el mecanismo de confinamiento correspondiente a estas técnicas con el asociado a una pinza óptica. Se describe el efecto que las MDRs tienen sobre las fuerzas ópticas experimentadas por las partículas de prueba, drásticamente diferente dependiendo de su naturaleza; es decir, el refuerzo de estas fuerzas a longitudes de onda correspondientes a la excitación de plasmones, sobre nanocilindros metálicos, mientras que los cilindros dieléctricos experimentan fuerzas ópticas que decrecen a longitudes de onda para las cuales se excitan sus modos de galería susurrante.