Optomecánica en cavidades con modos plasmónicos de TAMM.

Autor Principal: Villafañe, Viviana D.
Formato: Tesis
Publicado: 2013-12-13
Series: http://ricabib.cab.cnea.gov.ar/445/
Materias:
Acceso en línea: http://ricabib.cab.cnea.gov.ar/445/1/1Villafa%C3%B1e.pdf
building BALSEIRO
institution Repositorio Institucional Centro Atómico Bariloche e Instituto Balseiro (CNEA)
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author Villafañe, Viviana D.
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ÓPTICA
[OPTOMECHANICS
OPTOMECÁNICA
TAMM PLASMON
PLASMÓN DE TAMM
OPTICAL CAVITIES
CAVIDADES ÓPTICAS]
Optomecánica en cavidades con modos plasmónicos de TAMM.
Recientemente se ha demostrado la existencia de modos ópticos confinados en la interface entre un reflector distribuido de Bragg (DBR) de la familia de materiales GaAs/AlAs y un metal: las cavidades plasmónicas de Tamm. Estas cavidades diseñadas para confinar fotones son también óptimas para confinar fonones acústicos en el rango de los sub-THz. En esta tesis se aprovechará el fuerte acoplamiento entre los modos ópticos y vibracionales en estas cavidades para estudiar la modulación de las propiedades ópticas del modo óptico confinado y los efectos optomecánicos no lineales que allí suceden. Se considerarán cavidades con confinamiento unidimensional y tridimensional de los campos fotónicos y fonónicos, y se acoplarán los modos Tamm ópticos con un ensamble de puntos cuánticos de InGaAs. En primer lugar, hemos dado una descripción de las componentes que conforman las cavidades Tamm plasmónicas y hemos discutido las propiedades acústicas y ópticas tanto de las componentes por separado como del conjunto total de elementos. Posteriormente, resumimos las nociones teóricas involucradas en los fenómenos físicos de generación y de detección de fonones acústicos coherentes longitudinales con la técnica de acústica de picosegundos. En segundo lugar, hemos realizado experimentos de fotoluminiscencia sobre las cavidades con confinamiento unidimensional y tridimensional. En el caso de la cavidad Tamm plasmónica convencional, vimos que a temperatura ambiente existe una leve superposición energética entre el modo Tamm plasmónico y los puntos cuánticos de InGaAs y que la eficiencia del acoplamiento aumenta a temperatura de nitrógeno líquido. En el caso de la cavidad Tamm plasmónica cubierta con microdiscos de Au, los espectros de fotoluminiscencia revelaron el confinamiento adicional de la luz en el plano de las interfaces. Estudiando la energía de confinamiento en función de los radios de los microdiscos de Au, hemos obtenido la masa del plasmón de Tamm. En tercer lugar, nos hemos concentrado en los experimentos de acústica de picosegundos realizados a temperatura ambiente y de nitrógeno líquido sobre la cavidad Tamm plasmónica con confinamiento unidimensional de los campos eléctrico y de desplazamiento. Encontramos que la contribución electrónica a la señal temporal da cuenta del cambio de signo de ΔR/R al pasar por el mínimo de la curva de reflectividad. Luego, analizamos una traza temporal sin su contribución electrónica y explicamos el comportamiento de la intensidad de las oscilaciones durante los primeros 500ps del experimento siguiendo la evolución temporal de la curva de reflectividad óptica de la muestra. Hemos identificado en los experimentos de pump/probe dos clases de vibraciones diferentes: Tamm y propagantes. Mediante la realización de simulaciones numéricas analizamos el origen de la función generación y de la función detección para cada uno de los modos vibracionales, y concluimos que si bien la mayor parte de la señal acústica proviene de la superred que conforma la cavidad Tamm plasmónica, los puntos cuánticos de InGaAs realizan un aporte signicativo en la generación y detección de los modos vibracionales confinados. Para ambos casos, temperatura ambiente y de nitrógeno líquido, vimos que es posible amplificar la respuesta vibracional de la muestra mediante la elección de la energía óptica de exitación respecto del modo Tamm plasmónico. Además, medimos los factores de calidad óptico y acústico para ambas temperaturas, y encontramos que el factor de calidad acústico aumenta considerablemente al disminuir la temperatura. Por último, calculamos las constantes de acoplamiento optomecánico para cada una de las vibraciones de la cavidad. Observamos que los efectos de modulación de las propiedades ópticas en las cavidades son provocados en esencia por el mecanismo fotoel ástico, y que los modos no confinados son más eficientes para convertir información óptica en información mecánica. También encontramos que la constante optomecánica del mecanismo fotoelástico crece cuando el strain de los modos vibracionales sobre los puntos cuánticos de InGaAs es más grande.
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