Efectos del desorden en la transmisión de la luz en nanomateriales con propiedades fotónicas

Abstract

En este trabajo se estudian las propiedades ópticas de cristales fotónicos unidimensionales (1D), haciendo énfasis en la transmisión de la luz a través de materiales multicapa, Para ello, se emplea el método de la matriz de tranferencia, el cual permite analizar con precisión como se comporta la luz al atravesar diferentes medios, considerando además el desorden inherente a materiales reales. Como punto de partida, se modela un sistema unidimensional ideal compuesto por un número infinito de capas alternadas de dos materiales con diferentes índices de refracción (aire y vidrio). La transmisión a través de todo el sistema se analiza aplicando las condiciones de frontera derivados de las ecuaciones de Maxwell y la ley de Snell en las interfaces. En configuraciones con múltiples capas, se hace necesario el uso del método matricial, que facilita el tratamiento de las múltiples interfaces. Este enfoque permite además incorporar los efectos de polarización de la luz en sus modos transverso eléctrico (TE) y transverso magnético (TM), posibilitando el cálculo detallado de los coeficientes de reflexión, transmisión y la estructura de bandas fotónicas del sistema. Finalmente se presenta un análisis complementario de la propagación de ondas mediante el uso de una matriz de propagación, lo cual permite una comprensión mas sencilla del comportamiento de la luz en estructuras periódicas y desordenadas. (Texto tomado de la fuente)

In this work, the optical properties of one-dimensional (1D) photonic crystals are studied, with emphasis on light transmission through multilayer materials. To this end, the transfer matrix method is employed, which allows for an accurate analysis of how light behaves as it passes through different media, while also accounting for the inherent disorder present in real materials. As a starting point, an ideal one-dimensional system composed of an infinite number of alternating layers of two materials with different refractive indices (air and glass) is modeled. Light transmission through the entire system is analyzed by applying the boundary conditions derived from Maxwell’s equations and Snell’s law at the interfaces. In configurations with multiple layers, the use of the matrix method becomes necessary, as it facilitates the treatment of multiple interfaces. This approach also enables the incorporation of light polarization effects in its transverse electric (TE) and transverse magnetic (TM) modes, allowing for a detailed calculation of the reflection and transmission coefficients, as well as the photonic band structure of the system. Finally, a complementary analysis of wave propagation is presented using a propagation matrix, which provides a simpler understanding of light behavior in both periodic and disordered structures.