Exploring ways towards the excitation and amplification of surface plasmon-polaritons

Abstract

With the rapidly increasing demand for smaller and faster technology in the world of telecommunications over the past few years, there has come a time for nanotechnology to take over. Nanotechnology will provide with a new set of tools to the engineering community to design and manufacture nanoscale components with unprecedented functionalities. The ability to integrate several of those components into a single structure in just hundreds of nanometers will enable the development of new and advanced nanosystems. In this thesis, we go over the basics of nanoscale communications, the fundamentals of nanonetworks as well as the main state-of-the-art devices proposed to date. As the main focus of this work, two different alternatives to provide a signal source to an optical nanoscale communication system are proposed. First, as the optical term suggests, the basics of the most common light source are covered: the semiconductor laser. We describe its working principles and analyze its capabilities in order to determine its suitability for nanoscale communications. Last, a new concept of light source is proposed, which deals with light-matter interactions in the nanoscale: the plasmon nanolaser.

Con la creciente demanda de dispositivos más inteligentes en el mundo de las telecomunicaciones en los últimos años, ha llegado la hora de hacer uso de la nanotecnología. La nanotecnología proporcionará un nuevo conjunto de herramientas para el sector de la ingeniería para diseñar y fabricar nano-dispositivos con funcionalidades sin precedentes. La habilidad de integrar múltiples componentes en una sola estructura en solo centenares de nanómetros permitirá el desarrollo de nuevos y avanzados nano-sistemas. En esta tesis, se presentan los fundamientos sobre las nano-comunicaciones, las nano-redes como también los componentes más avanzados que existen hoy en día. En concreto, en este trabajo se proponen dos alternativas sobre fuentes de señal para un sistema de nano-comunicaciones ópticas. En primer lugar se estudia la fuente de señal más común en comunicaciones ópticas: el láser semiconductor. Se analizan sus propiedades y características para determinar su idoneidad para integrarlo en un sistema de nano-comunicaciones ópticas. En segundo lugar, se propone otro tipo de fuente de luz, la cual se basa en interaciones de luz-materia en regiones cuánticas: el nano-láser plasmónico.

Amb la creixent demanda de dispositius més intel·ligents en el món de les telecomunicacions en els darrers anys, ha arribat l'hora de fer ús de la nanotecnologia. La nanotecnologia proporcionarà un nou conjunt d'eines pel sector de l'enginyeria per dissenyar i fabricar nano-dispositius amb funcionalitats sense precedents. L'habilitat d'integrar diferents components en una sola estructura en només centenars de nanòmetres permetrà el desenvolupament de nous i avançats nano-sistemes. En aquesta tesi, es presenten els fonaments sobre les nano-comunicacions, les nano-xarxes com també els components més avançats que existeixen avui dia. En concret, en aquest treball es proposen dues alternatives sobre fonts de senyal per a un sistema de nano-comunicacions òptiques. En primer lloc s'estudia la font de senyal més comú a les comunicacions òptiques: el làser semiconductor. S'analitzen les seves propietats i característiques per determinar la seva idoneïtat per integrar-lo a un sistema de nano-comunicacions òptiques. En segon lloc, es proposa un altre tipus de font de llum, la qual es basa en interaccions de llum-matèria a regions quàntiques: el nano-làser plasmònic.