Estudio de estructuras de cristal fotónico de silicio macroporoso para sensores de gas

Abstract

[ANGLÈS] The band structure of photonic crystals offers many possibilities for the manipulation of electromagnetic waves. In recent years, research has been primarily focused on possible applications that these crystals may have in the telecommunications area. This project suggests the use of photonic crystal for gas sensing applications. The main idea is to take advantage of low group velocity and the distribution of some modes for certain k-points in the band structure of photonic crystal that allow the realization of very compact sensors. The main objective of this project is to show different configurations of macroporous silicon in which the electromagnetic waves behavior can be observed when passing through them. This way will get an appropriate structure for the creation of an optical waveguide and optical resonators. These behaviors will be obtained by the MPB and MEEP simulation programs developed by Massachusetts Institute of Technology (MIT). This will determine what structure is best suited to achieve optical waveguide capable of transmitting a certain frequency wave through the glass without scattering, or an optical resonator that confine the wave in a specific volume to be measured Given that by introducing gas into the structure, frequency behavior of the wave will change depending of the gas introduced, this will serve to detect the concentration of the gaseous substance sensing object.

[CASTELLÀ] La estructura de bandas de los cristales fotónicos ofrece muchas posibilidades para la manipulación de ondas electromagnéticas. Durante los últimos años las investigaciones han ido principalmente enfocadas a las posibles aplicaciones que estos cristales pueden tener en el área de las telecomunicaciones. En este proyecto se sugiere la utilización de los cristales fotónicos para aplicaciones de sensores de gas. La idea principal es sacar ventaja de la baja velocidad de grupo y la distribución de ciertos modos para algunos k-points (número de onda) en la estructura de bandas del cristal fotónico, que permiten la realización de sensores muy compactos. El objetivo principal de este proyecto es mostrar diferentes configuraciones de silicio macroporoso en las cuales se observa el comportamiento que tienen las ondas electromagnéticas al atravesarlos. De esta manera se obtendrá una estructura adecuada para la creación de una guía de onda y resonadores ópticos. Estos comportamientos se obtendrán mediante los programas de simulación MPB y MEEP desarrollados por el Massachusetts Institute of Technology (MIT). De este modo, se llegará a determinar qué estructura es la más adecuada para conseguir una guía de onda óptica que permita transmitir una onda de una frecuencia determinada a través del cristal sin que ésta se disperse, o un resonador óptico que confine la onda en un volumen específico para su medición. Dado que al introducir un gas en la estructura, el comportamiento frecuencial de la onda cambiará en función del gas introducido, éste nos servirá para detectar la concentración de la sustancia gaseosa objeto de detección.

[CATALÀ] Les estructures de bandes dels cristalls fotònics ofereixen moltes possibilitats per a la manipulació d'ones electromagnètiques. Durant els darrers anys les investigacions han anat principalment orientades a les possibles aplicacions que aquests cristalls poden tenir en l'àrea de les telecomunicacions. En aquest projecte se suggereix la utilització de cristalls fotònics per aplicacions de sensors de gas. La idea principal és treure profit de la baixa velocitat de grup i la distribució de diversos modes per alguns k-points (números d'ona) en l'estructura de bandes del cristall fotònic, que permeten la realització de sensors molt compactes. L'objectiu principal d'aquest projecte és mostrar diferents configuracions de silici macroporós en les quals s'observa el comportament que tenen les ones electromagnètiques quan el travessen. D'aquesta manera s'obtindrà una estructura adequada per a la creació d'una guia d'ona i ressonadors òptics. Aquests comportaments s'obtindran mitjançant els programes de simulació MPB i MEEP desenvolupats pel Massachusetts Institute of Technology (MIT). D'aquesta manera, s'arribarà a determinar quina estructura és la més adient per aconseguir una guia d'ona òptica que permeti transmetre una ona d'una freqüència determinada a través del cristall sense que aquesta es dispersi, o un ressonador òptic que confini l'ona en un volum específic per a la seva medició. Donat que a l'introduir el gas en l'estructura, el comportament freqüencial de l'ona canviarà en funció del gas introduït, aquest ens servirà per detectar la concentració de la substancia gasosa objecte de detecció.