La plasmónica es la ciencia que estudia la interacción, a escala nanométrica, entre la luz y los electrones libres de los metales, dando lugar a la propagación de ondas altamente confinadas a su superficie. La plasmónica tiene multitud de aplicaciones en nanotecnología, como son el sensado biológico y químico, espectroscopía, nanolitografía, comunicaciones de banda ultra ancha integradas en chips, nanoantenas para luz, filtrado, y manipulación de señales ópticas, entre muchas otras. Una de las aplicaciones más novedosas es la creación de metamateriales: estructuras artificiales diseñadas para controlar la propagación de la luz, con aplicaciones fascinantes como la lente perfecta o la capa de invisibilidad. La plasmónica y los metamateriales están al frente de la investigación actual en fotónica, gracias al auge de la nanotecnología y la nanociencia, que abre las puertas a una gran cantidad de nuevas aplicaciones. Esta tesis, desarrollada en el Centro de Tecnología Nanofotónica de Valencia de la UPV, en colaboración con la University of Pennsylvania y King's College London, trata de aportar nuevas ideas, estructuras y dispositivos a los campos de la plasmónica y los metamateriales, tratando de realizar su fabricación y medida experimental cuando sea posible. La tesis no se ciñe a una única aplicación o dispositivo, sino que realiza una extensiva exploración de los diversos sub-campos de la plasmónica en busca de fenómenos novedosos. Los resultados descritos son los siguientes: En el campo de los metamateriales de índice negativo se presentan dos estructuras: nanocables en forma de U, y guías coaxiales plasmónicas. En el campo del sensado plasmónico se presenta el diseño y la prueba experimental de un sensor se sustancias químicas de altas prestaciones con nanocruces metálicas. También se detallan teóricamente: un novedoso dispositivo para luz lenta e inversión temporal de pulsos basada en metamateriales y cristales fotónicos, un metamaterial para conversión de polarización sintonizable mediante pérdidas, un análogo plasmónico al efecto de levitación Meissner en superconductores y un método de reducción de pérdidas en guías plasmónicas mediante interferencia en guías multimodo. Por último se presenta teórica y experimentalmente un nuevo ejemplo fundamental de interferencia de campo cercano, logrando la excitación unidireccional de modos fotónicos ---ya sean plasmónicos o no--- mediante los campos cercanos de un dipolo circularmente polarizado. / Rodríguez Fortuño, FJ. (2013). Design and implementation of plasmonic metamaterials and devices [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/31207 / Premios Extraordinarios de tesis doctorales

[ES] En el presente trabajo, se investigan algunos aspectos de la interacción de los materiales dieléctricos con ondas de THz. La banda de THz, que incluye las frecuencias de 100 GHz a 30 THz, ha despertado un gran interés sobre todo por su baja energía y su buena capacidad de penetración en materiales de uso diario como tejidos y plásticos. Las características peculiares de estas ondas permiten su aplicación en diversos campos tecnológicos, especialmente como herramientas científicas y para la inspección de control de calidad. Para avanzar en la aplicación práctica de la radiación THz, la presente tesis doctoral investigó varios caminos. En primer lugar, se trataron métodos alternativos de bajo coste para la fabricación de componentes pasivos de THz, centrándose en los polarizadores. El interés en el control de la polarización nace de la demanda de un mayor control sobre las características físicas de los haces de THz. Asimismo, se han investigado los polarizadores wire grid flexible basados en el efecto de absorción dicroica. Se han fabricado polarizadores con grafito y GaIn24,5 depositados en materiales ordinarios utilizados como sustratos (papel y polímeros como PVA y PVC). Mediante la colaboración con el grupo de investigación chino dirigido por el profesor Liu de la Universidad de Tsinghua, se investigaron procesos de fabricación alternativos. Todos los componentes se simularon mediante un simulador comercial basado en la técnica de integrales finitas FIT (CST Microwave Studio). En segundo lugar, se investigó el potencial de la técnica de fixed delay para la detección rápida de elementos homogéneos y transparentes con posible aplicación en la inspección de calidad industrial. En este esquema, la variación de corriente del haz de THz en un punto específico está relacionada con la variación de sus parámetros ópticos, por lo que se demostró la capacidad de detectar defectos, así como de estimar sus volúmenes bajo ciertas condiciones. Por último, un enfoque diferente para el beam profile basado en un slit dieléctrico fue evaluada como alternativa a los métodos convencionales utilizados en la región de THz y la óptica. Todas las mediciones, tanto la espectroscopia como el control de la polarización, se hicieron por medio de un sistema basado en fibra TDS-THz, con antenas fotoconductoras (PCA), tanto para la generación como para la detección de THz. / [EN] In the present work, some aspects of the role of dielectric materials when interacting with THz waves were investigated. The THz bandgap, which covers the frequencies from 100 GHz to 30 THz, has aroused great interest mainly due to its low energy and its good penetration capacity in some materials of daily use such as fabrics and plastics. The peculiar features of terahertz waves enable their application in various technological fields, especially as scientific tools and for quality control inspection. To advance in the practical application of THz radiation, the present doctoral thesis researched several paths. Firstly, alternative low-cost methods for manufacturing THz passive components, in particular, THz polarizers was treated. The interest in polarization control is derived from the demand for greater control over the physical characteristics of THz beams. Flexible wire grid polarizers based on the dichroic absorption effect have been investigated. The polarizers have been manufactured using graphite and GaIn24.5 deployed on ordinary materials used as substrates (paper and polymers such as PVA and PVC). Through a collaboration undertaken with the Chinese research group led by Professor Liu at Tsinghua University, alternative manufacturing processes were researched. All components were simulated through a commercial simulator based on the FIT finite integrals technique (CST Microwave Studio). Secondly, the potential of the fixed delay technique was investigated for rapid sensing of homogeneous and transparent items with possible application to industrial quality inspection. In this scheme, the current variation of the THz beam at a specific point is related to the variation of its optical parameters, thus it was demonstrated the ability of the method in detecting voids as well as in roughly estimating their volumes under certain conditions. Finally, a different approach for beam profiling based on a dielectric slit aperture was evaluated, as an alternative to the conventional methods used in the THz region and optics All measurements, both spectroscopy and polarization control, were made by means of a TDS-THz fibre-based system, with photoconductive antennas (PCA), both for the generation and detection of THz. / [CA] En el present treball, s'investiguen alguns aspectes del paper dels materials dielèctrics quan interactuen amb ones de THz. El bandgap de THz, que cobreix les freqüències de 100 GHz a 30 THz, ha despertat un gran interés principalment a causa de la seua baixa energia i la seua bona capacitat de penetració en alguns materials d'ús diari com els teixits i els plàstics. Les característiques peculiars de les ones de terahertz permeten la seua aplicació en diversos camps tecnològics, especialment com a eines científiques i per a la inspecció de control de qualitat. Per a avançar en l'aplicació pràctica de la radiació THz, la present tesi doctoral investiga diversos camins. En primer lloc, es s'han tractat mètodes alternatius de baix cost per a la fabricació de components passius de THz, centrant-se principalment en polaritzadors de THz. L'interés en el control de la polarització es deriva de la demanda d'un major control sobre les característiques físiques dels feixos de THz. Així mateix, s'han investigat els polaritzadors amb reixes de filferro flexible basats en l'efecte d'absorció dicroica. Els polaritzadors s'han fabricat utilitzant grafit i GaIn24,5 desplegats en materials ordinaris utilitzats com a substrats (paper i polímers com el PVA i el PVC). Mitjançant una col·laboració empresa amb el grup d'investigació xinés dirigit pel professor Liu de la Universitat de Tsinghua, es van investigar processos de fabricació alternatius. Tots els components es van simular mitjançant un simulador comercial basat en la tècnica d'integrals finites FIT (CST Microwave Studio). En segon lloc, s'ha investigat el potencial de la tècnica de retard fix per a la detecció ràpida d'elements homogenis i transparents amb possible aplicació a la inspecció de qualitat industrial. En aquest esquema, la variació actual del feix de THz en un punt específic està relacionada amb la variació dels seus paràmetres òptics, per la qual cosa es va demostrar la capacitat del mètode per a detectar els buits així com en l'estimació aproximada dels seus volums sota certes condicions. Finalment, un enfocament diferent per al perfil de feix basat en una obertura d'escletxa dielèctrica ha sigut avaluada, com a alternativa als mètodes convencionals utilitzats a la regió de THz i l'òptica.Tots els mesuraments, tant l'espectroscòpia com el control de la polarització, es van fer per mitjà d'un sistema basat en fibra TDS-THz, amb antenes fotoconductores (PCA), tant per a la generació com per a la detecció de THz. / Colleoni, MPM. (2020). Dielectric-based Components and Methods for Terahertz Sensing [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/149569