Algoritmos orientados al estudio y modelado de dispositivos electromagneticos en el rango de los terahercios

Abstract

Estructura de la tesis: * En el capítulo 1, introducción en la que se presenta el campo de estudio en el que se sitúa la tesis y se justifican los proyecto en los que se desarrolla. * En el capítulo 2, después de plantear un procedimiento numérico capaz de conducir a la solución del estado estacionario de un semiconductor polarizado por una fuente de tensión externa, se han implementado y validado los resultados obtenidos con software comercial. Este estado estacionario es de vital interés para conocer el campo electrostático y la carga de una antena fotoconductiva emisora. * En el capítulo 3 se han introducido una serie de algoritmos que permiten simular el proceso transitorio de una antena fotoconductiva en el dominio del tiempo mediante diferencias finitas (FDTD[117, 34, 118, 119, 120, 121, 122]). El modelo de difusión y arrastre es un buen descriptor de la física de una antena fotoconductiva, siempre y cuando nos encontramos en las condiciones de aplicabilidad del modelo. De este capítulo se han producido dos publicaciones, una de las cuales centra su atención en la importancia del modelo de movilidad[35]. La otra explica el propio algoritmo de simulación del proceso transitorio, su validación e implementación[36, 37]. * En el capítulo 4 los resultados muestran que la forma de los contactos metálicos resulta real- mente relevante en cuanto a lo que la eficiencia se refiere[27], y hay evidencias experimentales que ratifican estas conclusiones[25]. En este capítulo se ha llegado a la conclusión de que los simuladores son útiles, para aunar las características mas deseadas que conducen a una eficiencia mayor. Aunando el conocimiento proporcionado por los resultados de las simulaciones llevadas a cabo, ha sido diseñado un modelo de alta eficiencia, en comparación con los diseños anteriores. * En el capítulo 5 los resultados indican que sólo una parte de la señal electromagnética es muestreada, pues existe una ventana temporal dada por la fotoconductividad que es la que limita la anchura temporal de muestreo, como se apunta en la bibliografía[38]. El paso de la onda electromagnética por medios materiales de cierta conductividad (sustrato, lente y regiones fotoactivas), es también analizado. *Finalmente, en el capítulo 6, se presentan un conjunto de algoritmos destinados a resolver el modelo magnetohidrodinámico. El motivo es que existen evidencias experimentales[39, 40, 41, 42] y estudios teóricos[43, 44, 45, 46] que evidencian un aumento en la emisión de una antena fotoconductiva si durante el proceso transitorio esta se encuentra inmersa en el seno de un campo magnetostático. Como el modelo de difusión y arrastre no contempla la ley de Lorentz, se hace necesario acudir al modelo magnetohidrodinámico clásico. En definitiva, el objetivo último de este trabajo es arrojar luz y crear conocimiento para el desarrollo de los futuros sensores que operaran en la banda submilimétrica. Conclusiones a las que conduce esta tesis: Para simular de un modo realista la fase transitoria de una antena fotoconductiva polarizada es necesario conocer su estado estacionario. La importancia de este hecho se recoge en una publicación que centra su atención sobre la movilidad de un modo particular y en el estado estacionario de un modo general [35]. El modelo de difusión y arrastre es un buen descriptor de la física que tiene lugar en una antena fotoconductiva (en las condiciones de aplicabilidad del modelo). Dos publicaciones ilustran los algoritmos que permiten al citado modelo sacar partido de su relativa simplicidad para expresar de un modo realista el comportamiento de una antena fotoconductiva durante el proceso transitorio de emisión[36, 37]. Es posible predecir mediante simulación la eficiencia de emisión de una antena fotoconductiva, hito de gran utilidad en el diseño y posterior desarrollo de la misma. Una publicación validada con datos experimentales fundamenta esta conclusión[27]. Simulaciones llevadas a cabo con algoritmos especialmente desarrollados para tal fin, apuntan hacia la posibilidad de simular todo el proceso de emisión recepción. Incluyendo a las antenas completas. Este tipo de estudios se apoyan en dominios con diferente escala tanto espacial como temporal. Ir mas allá del modelo de difusión y arrastre es necesario porque hay evidencias experimentales que requieren de la inclusión de la acción de Lorentz en los algoritmos. El modelo magnetohidrodinámico puede ser abordado en diferencias finitas con el método DH-FDTD. Todas ellas redundan en una única conclusión, el uso de algoritmos capaces de simular la realidad física que tiene lugar en dispositivos que operan en el rango de los terahercios, ayuda a comprender mejor su funcionamiento y posibilita construir herramientas para el diseño y desarrollo de esta tecnología. Bibliografía de la memoria de la tesis: [1] A. Redo-Sánchez and X.-C. Zhang, ¿Terahertz Science And Technology,¿ Selected Topics in Quantum Electronics, IEEE Journal of, vol. 14, no. 2, pp. 260¿269, March 2008. [2] G. J. Wilmink, B. D. Rivest, B. L. Ibey, C. L. Roth, and J. Bernhard;, ¿Quantitative Inves- tigation Of The Bioeffects Associated With Terahertz Radiation,¿ SPIE Proceedings: Optical Interactions with Tissues and Cells XXI, vol. 7562, 2010. [3] K. Ajito and Y. 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