Perfeccionamiento de dispositivos a alta frecuencia usando metamateriales: lente binaria de Fresnel y lente super-oscilatoria

Abstract

El trabajo propuesto trata en primer lugar del diseño, simulación, construcción y medición experimental de dos lentes binarias cuadradas zonadas de Fresnel (BSFZPL, por sus siglas en inglés) utilizando metamateriales (MTM): Una lente MTM-MTM y una lente dieléctrico-MTM, como los dos componentes de las distintas zonas de Fresnel. Se revisa completamente el proceso de diseño y después se simulan ambas lentes caracterizando su respuesta espectral y los planos focales. Se comprueba que el rendimiento de la lente MTM-MTM es superior; la peor respuesta de la lente MTM-dieléctrico podría deberse a la difracción que se produce en las interfaces metaldieléctrico de los bordes del metamaterial. A continuación, se construye la lente MTM-MTM mediante la técnica de fotolitografía y se caracteriza experimentalmente. La segunda parte de este trabajo trata sobre el diseño y simulación de una lente superoscilatoria (SOL) utilizando metamateriales para aumentar la transmisividad de estas lentes que típicamente se basan en áreas opacas y transparentes. A través de un proceso analítico de optimización se obtiene un foco, a la longitud focal de 9.33λ0, que está por debajo del límite clásico de difracción. Esta solución analítica ha sido validada mediante simulación.

The proposed work deals in the first place with the design, simulation, construction and experimental measurement of two different Fresnel square Fresnel zone plate lenses (BSFZPL) using metamaterials (MTM): A MTM-MTM lens and a dielectric-MTM lens, as the two components of the different zones. We review the full design process and, subsequently, the simulation of both lenses is carried out, completely characterizing their spectral response and focal planes. From the simulation results it is found that the overall performance of the MTMMTM lens is better than the performance of the MTM-dielectric lens. The worse response of the MTM-dielectric lens could be because of the diffraction produced at the edges of the MTM. Construction and experimental measurement of the MTM-MTM is performed. The second part of this work deals with the design and simulation of a super-oscillatory lens (SOL) using metamaterials to increase the transmissivity of these lenses that are usually based on opaque and transparent areas. Through an analytical process of optimization, a subwavelength focal spot is created at the design focal length of 9.33λ0 that is beyond the diffraction limit. This analytical solution has been validated in the simulation domain.