Estudio experimental del esparcimiento en sistemas ópticos multicapas con interfaces de pequeña rugosidad

Abstract

El objetivo de este trabajo es diseñar y construir un esparcímetro, instrumento capaz de detectar señales de muy baja intensidad provenientes de la luz esparcida por la superficie de una película delgada metálica cuya rugosidad es aleatoria y con parámetros mucho menores que la longitud de onda de la luz incidente. La rugosidad superficial se genera al preparar la película metálica sobre una subcapa de CaF2 previamente evaporada sobre un prisma de vidrio, a través del cual será iluminado. Este sistema de capas presenta resonancias electromagnéticas debidas a la excitación de modos colectivos en la superficie rugosa del metal, llamados plasmones de superficies (PS). La configuración prisma/metal/aire se conoce como técnica de reflexión total atenuada (RTA). La posición angular de la excitación de los PS coresponde a un ángulo de incidencia mayor que el crítico 0c, a dicho ángulo se le denomina ángulo del plasmón 0 ps y sólo aparecen con luz polarizada en la dirección p. Con este esparcímetro se detectan las señales provenientes de la muestra hacia tres regiones: una en el hemisferio de reflexión, la segunda en la región de transmisión, y la tercera en la dirección de incidencia de la luz, llamada retro-esparcimiento. Las señales de esparcimiento aparecen en esas regiones para la configueración RTA, presentan intensificaciones, previstas por el cálculo de la respuesta con el método perturbativo. Estas son debidas a la presencia de PS en la superficie metálica haciendo posible la intensificación de la señal en ciertas direcciónes. Este esparcímetro permite detectar por primera vez las señales intensificadas producidas en las regiones de reflexión y transmisión con muestras de baja rugosidad, aunque han sido reportadas teórica y experimentalmente en la literatura para rugosidades micrometricas. Se concluye en este trabajo con la posibilidad de encontra experimentalmente la intensificación de la señal esparcida en las regiones previstas apra el hemisferio de reflexión. Pero los picos detectados son varios órdenes de magnitud menores que los esperados por el cálculo. La diferencia es atribuida a las variantes que imponen las condiciones de cada tipo de problema: en el modelo se generan rugosidades aleatorias matemáticas en una dimensión y el haz de luz incidente es adimensional, mientras que en el experimento se trabaja con rugosidades en dos dimensiones y con un haz luminoso de anchura finita. No se hizo una correlación entre los parámetros estadísticos escogidos para modelar la rugosidad entre el experimento y la teoría y la distribución del esparcimiento, en la región de transmisión no puede ser comparada cuantitativamente.