Estudio de la propagación de la luz en heteroestructuras basadas en multicapas de óxidos metálicos

Las estructuras fotónicas unidimensionales son sistemas periódicos conformados por láminas de dos o más materiales con índices de refracción distintos. Su propósito es controlar la propagación de la luz incidente en un cierto rango de longitudes de onda. En su variante más común, estas estructuras se forman alternando los distintos índices siguiendo una secuencia ordenada, en donde los espesores de cada capa se calculan a partir de establecer un mínimo de difracción de la ley de Bragg para a una longitud de onda central, λ₀. Por ejemplo, cuando se distribuyen de manera consecutiva dos capas de materiales distintos A y B, y se repite periódicamente la celda elemental así construida se tiene lo que se conoce como un espejo de Bragg (en la literatura internacional, se le suele mencionar como ”distributed Bragg reflector”, DBR, o simplemente ”Bragg mirror”, BM). Tales estructuras tienen como propiedad esencial la aparición de un intervalo de longitudes de onda, con centro en λ₀, para el cual existe reflexión total de los correspondientes modos electromagnéticos. En otras palabras, esas señales no se propagan a través del sistema a lo largo de su dirección de crecimiento. Tal intervalo recibe el nombre de brecha fotónica o gap fotónico. La propuesta de esta clase de sistemas apareció en 1987, simultáneamente, en los trabajos de E. Yablonovitch y S. John [1, 2]. La presencia de esta clase de gap en las longitudes de onda, más la construcción periódica basada en unidades con contraste de índice de refracción derivó directamente en que, independientemente de tratar con una, dos o tres dimensiones espaciales, las heteroestructuras en cuestión se comenzarán a llamar como çristales fotónicos”[3, 4]. Se conoce que, en el caso de un reflector -o espejo- de Bragg bicomponente, la amplitud del gap fotónico puede controlarse mediante la manipulación del contraste óptico entre las dos capas, ∆n(i, i + 1) = |ni+1 − ni|, el cual determina igualmente los espesores de las capas involucradas a partir de la condición de Bragg di = λ₀/4ni . Este tipo de cristales poseen un amplio uso de aplicaciones desde filtros ópticos, espejos omnidireccionales y guías de onda. Otro elemento que modula la amplitud de dicho gap, en el caso de sistemas fotónicos en una dimensión es el ángulo de incidencia de la luz con respecto a la normal a las capas constituyentes [5]. Un espejo omnidireccional, entonces, es cuando la estructura presenta un rango del espectro en la cual refleja todo un intervalo de frecuencias de la luz para todos los ángulos posibles, entre cero (incidencia normal) y 90◦