Waveplates based on metasurfaces in the THz range
Los platos de onda basados en metasuperficies son componentes clave en electromagnetismo, ya que permiten un control total de la polarización de las ondas electromagnéticas con la ventaja de presentar estructuras más compactas que los platos de onda convencionales. Además, la aplicación del principi...
| Autor: | |
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| Formato: | tesis doctoral |
| Fecha de publicación: | 2023 |
| País: | España |
| Recursos: | Universidad Pública de Navarra |
| Repositorio: | Academica-e. Repositorio Institucional de la Universidad Pública de Navarra |
| OAI Identifier: | oai:academica-e.unavarra.es:2454/45639 |
| Acesso em linha: | https://hdl.handle.net/2454/45639 |
| Access Level: | acceso abierto |
| Palavra-chave: | Platos de onda Metasuperfices Polarización Principio Pancharatnam Berry Waveplates Metasurfaces Polarization Pancharatnam Berry principle |
| Resumo: | Los platos de onda basados en metasuperficies son componentes clave en electromagnetismo, ya que permiten un control total de la polarización de las ondas electromagnéticas con la ventaja de presentar estructuras más compactas que los platos de onda convencionales. Además, la aplicación del principio de Pancharatnam Berry (PB) a los platos de media onda (HWP) basados en metasuperficies, permite la manipulación de frentes de onda junto con la conversión de la polarización de las ondas incidentes circularmente polarizadas, simplemente girando los meta-átomos que componen la metasuperficie. Para lograr altos niveles de eficiencia de transmisión con platos de onda basados en metasuperficies, generalmente se requieren diseños multicapa. Esto implica estructuras voluminosas y complica el proceso de fabricación, restando importancia a la ventaja de utilizar metasuperficies. El propósito de esta tesis realizada en la Universidad Pública de Navarra y en L’École Polytechnique Fédérale de Lausanne, Suiza (EPFL) es ofrecer una ventaja tecnológica tanto para el control de polarización como para la manipulación del frente de onda y contribuir al desarrollo de dispositivos basados en metamasuperficies, incluyendo su fabricación y verificación experimental. Los resultados incluyen lo siguiente: Un plato de media onda operando en transmisión, ultradelgado y basado en una metasuperficie en zigzag de dos capas que opera en la parte baja del espectro del THz con un 90% de eficiencia de transmisión, que se demuestra numérica y experimentalmente. Se lleva a cabo un análisis detallado de la robustez del dispositivo con respecto a los desalineamientos de las capas mediante el diseño y la fabricación de dos dispositivos adicionales con el máximo desalineamiento entre capas en ambas direcciones transversales. Una metalente ultradelgada y compacta basada en el principio Pancharatnam Berry con solo dos capas alcanzando un 90% de eficiencia de transmisión, enfocando el frente de onda de una onda incidente polarizada circularmente y convirtiendo su polarización. La estructura es estudiada semi-analítica y numéricamente y medida experimentalmente, comprobándose un excelente comportamiento como HWP PB metalente a 87 GHz. Una aplicación de ingeniería de frentes de onda para la manipulación de los mismos se demuestra numéricamente en el rango de ondas milimétricas mediante la integración de la metalente en un sistema de antena-metalente, que se estudia semi-analíticamente y se corrobora experimentalmente. El sistema convierte la polarización de las ondas polarizadas circularmente, logrando un incremento de la directividad de antena de 17 dB a ⁓35 dB a 87 GHz con un AR inferior a 0.5 dB. Finalmente, se presentan dos configuraciones extra del sistema para trabajar entre los extremos del rango de frecuencia comprendido entre 75 GHz y 105 GHz, con directividades ⁓32 dB y AR < 3 dB. |
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