Examinando por Materia "Cristales fotónicos"

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    PublicaciónAcceso abierto
    Análisis del diagrama de bandas de cuasi-cristales cotónicos compuestos por estructuras periódicas independientes
    (Universidad del Valle, 2025) Calderón Vargas, Juan Felipe; Galíndez Jamioy, Carlos Augusto
    Los sistemas cuasicristalinos formados por capas superpuestas de cristales fotónicos ofrecen propiedades ópticas únicas que pueden ser modificadas a través del giro o desplazamiento relativo de las láminas que los componen. En este trabajo se estudia el diagrama de bandas de estructuras bicapa, en el punto Γ de la primera zona de Brillouin, usando Análisis Riguroso de ondas acopladas (RCWA) y espectroscopía resuelta en ángulo. Estos métodos fueron validados numéricamente mediante la reproducción de fenómenos ópticos bien conocidos, como la ley de Snell y reflexión total interna, junto con el análisis de sistemas periódicos, como los espejos de Bragg y láminas de cristal fotónico bidimensionales, obteniendo una correlación promedio de 0.99 con predicciones teóricas. Los resultados demuestran que el espectro de transmitancia varía significativamente con el desplazamiento y el giro relativo entre las láminas, debido a la evolución de las resonancias guiadas en función de estos parámetros. Adicionalmente, se encuentra que un sistema bicapa de rejillas de difracción de dióxido de vanadio (VO2) permite modular la intensidad de un láser de dióxido de carbono (CO2) ajustando el desplazamiento relativo de las láminas. Además, el análisis de un sistema cuasicristalino particular, revela que el comportamiento lineal de una resonancia guiada, en función del giro relativo de las capas, podría utilizarse en la fabricación de filtros con frecuencia central variable. Estos hallazgos sientan las bases para la aplicación práctica de sistemas bilaminares y dan paso a futuras validaciones experimentales y desarrollos teóricos más profundos.
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    Cálculo de espectros de reflectancia de un cristal fotónico 1D de geometría cilíndrica con componentes superconductor-dieléctrico
    (Universidad del Valle, 2019) Herrera Vargas, Carlos Alberto; Calero Quintero, Jesús Maria
    En este trabajo de grado se llevó a cabo el estudio teórico del comportamiento óptico de cristales fotónicos 1D de simetría anular obteniendo resultados numéricos a través del método de la matriz de transferencia en coordenadas cilíndricas para ondas que divergen del eje de simetría con polarización TM. Este método nos proporcionó valores de reflectancia en función de longitudes de onda o frecuencias de la luz, cuyas gráficas son conocidas como espectros de reflectancia. Para construir la matriz de transferencia se parte de la ecuación de onda en coordenadas cilíndricas, de allí se desprenden tres ecuaciones diferenciales, cada una respecto a una de las coordenadas (p,q,z). La ecuación diferencial relevante para este caso es la que depende de la coordenada p ya que es en esta dirección que la luz experimentará un índice de refracción periódico. Esta ecuación toma la forma de una ecuación diferencial de Bessel de orden m, donde m es el número de estado azimutal y admite solo valores enteros. La solución propuesta para esta ecuación y que es la análoga a las funciones de onda plana, son llamadas funciones de Hankel de primer y segundo tipo. Una vez escrito los campos eléctricos y magnéticos en términos de las funciones de Hankel se establecerán las condiciones de continuidad en la frontera para finalmente obtener la matriz de transferencia de un cristal fotónico en coordenadas cilíndricas.
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    Caracterización teórica de la respuesta óptica y excitaciones de plasmones localizados y no localizados en cristales fotónicos formados por materiales dispersivos.
    (2019-10-30) Calero Quintero, Jesus Maria; Porras Montenegro, Nelson; Gonzalez, Luz Esther; Calvo, Danny Manuel; Sanchez, Robert; Meñaca, Victor Hugo; Olaya, Vanessa Carolina; Marin, Gustavo Adolfo; Herrera, Alan Yuseth; Diaz, Brayan Fernando
    En las dos últimas décadas ha crecido el interés por estudiar los cristales fotónicos, debido esencialmente a la posibilidad que ofrecen de controlar la luz que pasa a través de ellos. Aunque la estructura de bandas en cristales fotónicos 1D y 2D fabricados con metales, dieléctricos y otros materiales ha sido estudiada, son muchos los aspectos que no se han abordado aún. Por ejemplo, considerar la inclusión de otros tipos de materiales dispersivos tales como superconductores, sulvanitas y grafeno en cristales fotónicos 1D y 2D con diferentes arreglos geométricos. Tampoco se conocen estudios sistemáticos relacionados con la influencia de parámetros externos de control, tales como presión hidrostática o temperatura, sobre la estructura de bandas fotónicas de dichos cristales fotónicos. Los principales objetivos del proyecto pueden sintetizarse en tres categorías: i) efectuar cálculos de estructura de bandas fotónicas y distribuciones de campo electromagnético en cristales fotónicos 2D compuestos por barras metálicas de sección transversal cuadrada, y estudiar los modos plasmónicos existentes en las fronteras de separación. ii) Estudiar la respuesta óptica de cristales fotónicos 1D y 2D, compuestos por aire y semiconductores cuaternarios, ante incidencia oblicua de la radiación electromagnética. iii) Calcular estructuras de bandas fotónicas de cristales fotónicos consistentes en cortezas cilíndricas superconductoras con núcleo dieléctrico, dispuestas en arreglos de redes cuadrada y triangular, y estudiar la influencia de la temperatura y geometría sobre dichas estructuras de bandas
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    Efectos de presión, temperatura y frecuencia del plasma sobre la estructura de bandas de un cristal fotónico 1D semiconductor
    (Universidad del Valle, 2010) González Reyes, Luz Esther; Porras Montenegro, Nelson
    En este trabajo se deriva vía el formalismo de la matriz transferencia una ecuación trascendental para encontrar la estructura de bandas de dos cristales fotónicos 1D compuestos de capas alternadas de diferentes materiales, tales como GaAs y aire, Ta2O5 y aire. Se verificó la existencia de las bandas de energía prohibida y se mostró que éstas dependen de la relación entre el espesor de las capas de los materiales corroborando resultados previos. Adicionalmente, se investigaron los efectos de la presión y temperatura sobre la estructura de bandas, así como, los efectos de agregar n-dopantes en el GaAs considerando las variaciones en la frecuencia del plasma, causadas por la presión a través de la densidad de carga y la masa efectiva.
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    PublicaciónAcceso abierto
    Estudio de cristales fotónicos basados en ferrofluidos con nanopartículas magnéticas de ferritas de cobalto-zinc
    (Universidad del Valle, 2013) González R., Luz Esther; Porras Montenegro, Nelson
    Resultados experimentales previos muestran diversos fenómenos como la formación de patrones estructurados cuando el ferrofluido se encuentra con-tenido en una película delgada, bajo la acción de un campo magnético exter-no aplicado; si el campo magnético es paralelo al plano de la película, una porción de las partículas magnéticas en el fluido se aglomeran para formar cadenas 1D, pero si es perpendicular se forman columnas cilíndricas de con-glomerados de nanopartículas cuyo comportamiento puede ser visto como un cristal fotónico 2D. En este trabajo se presenta el estudio de cristales fotónicos basados ​​en ferrofluidos con nanopartículas de ferritas de cobalto-zinc (Co0,8Zno, 2Fe2O4), material que no ha sido reportado hasta el momento en aplicaciones fotónicas y que bajo campo magnético se ordena formando cristales fotónicos. Esto hace que estos cristales sean de gran interés en el desarrollo de nuevas tecnologías. En la primera parte de este trabajo, usando la técnica de la matriz transfer-encia, se estudian los efectos de la concentración de Zn, el tamaño y la forma de las nanopartículas sobre la estructura de bandas de un cristal fotónico 1D hecho de capas alternadas de aire y ferrofluido. Para el ferrofluido, nosotros tomamos nopartículas de ferritas de cobalto-zinc (C00,8Zn0,2 Fe2O4), recu-biertas con ácido oleico e inmersas en etanol. Adicionalmente, usando los resultados de los efectos de la concentración de Zn sobre la PBS, se propo-nen photonic quantum wells (QWs) que dependiendo de la geometría y de los parámetros dieléctricos, pueden presentar modificaciones notables en los espectros de transmisión. En la segunda parte de este trabajo, se utiliza el método de expansión de ondas planas para estudiar la estructura de bandas de un cristal fotónico 2D constituido por rods de nanopartículas de las ferritas utilizadas en el caso 1D a diferentes campos magnéticos aplicados, que depende de la permitividad.
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    Propiedades ópticas de cristales fotónicos anulares, ternarios con componentes superconductores y dieléctricos
    (Universidad del Valle, 2023) Escobar Agudelo, Jorge Mario; Calero Quintero, Jesus Maria; Diaz Valencia, Brayan Fernando
    En el presente trabajo de grado se pretende estudiar las propiedades ópticas de cristales fotónicos ternarios con geometría anular, conformados por cortezas cilíndricas coaxiales de materiales superconductores y dieléctricos alternadas. Para caracterizar la dependencia de estas propiedades con respecto a parámetros externos, tales como la temperatura y geometría del cristal, se obtendrá la ecuación maestra para los campos eléctrico y magnético a partir de las ecuaciones de Maxwell, llegando de esta forma a un problema de valores propios, cuyas soluciones serán calculadas numéricamente usando el método de la matriz de transferencia. Los superconductores serán introducidos en el sistema a partir del modelo de los dos fluidos. De esta forma, es posible estudiar propiedades tales como transmitancia o reflectancia en función de la frecuencia de la radiación incidente, y construir la estructura de bandas fotónicas del cristal. La respuesta óptica observada permite diferenciar los efectos para polarización TE y TM, en donde en este último caso se presentan nuevas brechas fotónicas, una asociada a cada superconductor. Estas responden a cambios de temperatura variando su posición en el espectro electromagnético, además su ancho puede ser modificado variando parámetros como el numero azimutal, el radio interno del cristal, el índice de refracción del dieléctrico y el grosor de las capas superconductoras y dieléctricas.
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    Transmisión de ondas electromagnéticas a través de cristales fotónicos periódicos y cuasiperiódicos dieléctrico –superconductor.
    (Universidad del Valle, 2018) Rodríguez Morante, Mauricio; Granada Echeverri, Juan Carlos
    Con base en el método de matriz de transferencia y en el marco del modelo fenomenológico de Gorter-Casimir, se estudia la estructura de bandas fotónica y el coeficiente de transmisión de los modos TE y TM en películas delgadas superconductoras y en cristales fotónicos unidimensionales conformados por capas de materiales convencionales alternadas por capas de materiales superconductores, prestando especial atención a arreglos cuasi periódicos de dichas capas en la secuencia de Fibonacci. Al examinar el comportamiento de estas propiedades ópticas al variar la temperatura de la capa superconductora se estableció en particular que la variación de la temperatura permite modificar las frecuencias en las que ocurre la máxima transmisión de energía, así como las posiciones y los anchos de los intervalos de transmisión de energía. Se demuestra además que la cuasiperiodicidad disminuye (en todo el rango de temperaturas por debajo de la temperatura crítica) tanto el ancho de las frecuencias de transmisión como el de las brechas.
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    PublicaciónAcceso abierto
    Transmittance study of a 1D superconductor - semiconductor photonic cristal
    (Universidad del Valle, 2018) Herrera Flor, Alan Yuseth; Porras Montenegro, Nelson
    Usando el método de matriz transferencia (TMM) estudiamos la transmitancia de cristales fotónicos 1D formados por capas alternadas de un semiconductor (GaAs) y un superconductor de alta temperatura crítica (HgBa2Ca2Cu3O8+¿) bajo cambios en la temperatura del sistema, presión hidrostática aplicada y espesor de las capas de los materiales. La fórmula de dispersión dependiente de la frecuencia para la permitividad dieléctrica se adoptó de acuerdo con el modelo de dos fluidos para describir la respuesta óptica del sistema superconductor. Se encontró que al aumentar el espesor de las capas superconductoras (semiconductoras) se produce un desplazamiento a valores más altos (más bajos) de la frecuencia de corte de transmitancia. Adicionalmente, esta frecuencia de corte se desplaza a valores más bajos con el aumento de la temperatura del sistema. Además, encontramos que el ancho de las brechas de banda fotónicas varía con la presión aplicada. La variación más notoria se presenta cerca a la región de 17 THz, donde se aprecia la aparición de un nuevo gap con el incremento de la presión. Calculamos además la estructura de bandas fotónica del sistema, basada en la ecuación trascendental derivada del TMM y del teorema de Bloch. Nos dimos cuenta de que las estructuras de banda son muy consistentes con los espectros de transmitancia. Esperamos que este trabajo se tenga en cuenta para el desarrollo de nuevas perspectivas en el diseño de nuevos dispositivos ópticos.