Dise O De Un Metamaterial Con Indice De Hellip

Diseño de un metamaterial con
índice de refracción negativo en el
espectro visible

Autor: Carlos García Meca
Directores: Dr. Alejandro Martínez Abiétar
David Zorrilla Gascón

Proyecto Final de Carrera presentado en la
Universidad Politécnica de Valencia para la
obtención del título de Ingeniero de
Telecomunicaciones
Valencia, Mayo 2007

ContenidoResumen_____________________________________________________________ iii
Agradecimientos ______________________________________________________ vi
Capítulo 1 Introducción ________________________________________________ 1
1.1. Antecedentes y motivación _______________________________________________ 1
1.2. Objetivos _____________________________________________________________ 4
1.2.1. Documentación____________________________________________________________4
1.2.2. Diseño e innovación_________________________________________________________4

1.3. Contenidos del proyecto _________________________________________________ 5

Capítulo 2 Índice de refracción negativo ___________________________________ 7
2.1. Introducción __________________________________________________________ 7
2.2. Física de los materiales de índice de refracciónnegativo ______________________ 9
2.3. Propiedades de los materiales de índice de refracción negativo ________________ 13
2.3.1. Dispersión _______________________________________________________________13
2.3.2. Refracción negativa ________________________________________________________14
2.3.3. Focalización con un material con n<0 __________________________________________17
2.3.4. Otraspropiedades__________________________________________________________19

2.4. Aplicaciones__________________________________________________________ 22

Capítulo 3 Metamateriales _____________________________________________ 28
3.1. Introducción _________________________________________________________ 28
3.2. Teoría _______________________________________________________________ 30
3.2.1. Modelo deDrude-Lorentz ___________________________________________________30
3.2.2. Medio plasmónico diluido ___________________________________________________32
3.2.3. Split-ring resonators________________________________________________________34
3.2.4. El primer NIM ____________________________________________________________39

3.3. Tipos demetamateriales________________________________________________ 40
3.3.1. Metamateriales tipo SRR ____________________________________________________40

i

3.3.2. Tiras o láminas de metal paralelas separados por dieléctrico_________________________44

3.4. Aplicaciones__________________________________________________________ 46
3.4.1. Superlente _______________________________________________________________46
3.4.2. Óptica de transformación____________________________________________________47
3.4.3. Modulador electro-óptico a frecuencias de THz. __________________________________50
3.4.4. “Tunneling” de energía electromagnética _______________________________________51

3.5. Fabricación __________________________________________________________ 53

Capítulo 4 Caracterización y simulaciones. ________________________________ 56
4.1.Simulaciones _________________________________________________________ 56
4.1.1. Software de simulación _____________________________________________________56
4.1.2. Modelo matemático para dieléctricos y metales __________________________________58
4.1.3. Reproducción de resultados __________________________________________________60
4.1.3.1. “Electromagnetic parameter retrieval from inhomogeneousmetamaterials”_________61
4.1.3.2. “Magnetic Response of Metamaterials at 100 Terahertz” _______________________62
4.1.3.3. “Simultaneous negative phase and group velocity of light in a metamaterial” _______63

4.2. Extracción de los parámetros constitutivos efectivos de un metamaterial _______ 64
4.2.1. Método de extracción_______________________________________________________65
4.2.2. Ejemplos...