Elaborazione parametrica di segnali ottici

Abstract

Questa tesi presenta una panoramica dell‘attività di ricerca da me svolta in questo triennio di dottorato, avente come oggetto la progettazione, la fabbricazione e la caratterizzazione di dispositivi non lineari in ottica integrata per l‘elaborazione parametrica dei segnali. Gli aspetti funzionali di questi dispositivi, le proprietà non lineari del secondo ordine dei materiali di cui sono composti così come i risultati dei processi di fabbricazione necessitano di un‘analisi teorica approfondita che ne consenta l‘effettiva applicazione alle comunicazioni ottiche. Il primo capitolo è un‘attenta disamina del metodo del Quasi-Phase-Matching mediante il quale si ha l‘implementazione del fenomeno di generazione efficiente e il mantenimento della radiazione elettromagnetica di seconda armonica all‘interno di un mezzo non lineare. Il secondo capitolo tratta della teoria e della tecnica dei complessi processi fisici che governano il bulk e surface poling nei cristalli di Niobato e di Tantalato Litio. Nel terzo capitolo si descrivono le caratteristiche peculiari del Surface Periodic Poling e si riportano i risultati conseguiti nell‘indagine, effettuata mediante diffrazione di raggi X, di strutture periodiche fabbricate con questa tecnica. L‘analisi strumentale è focalizzata sulla periodicità e sull‘uniformità dei reticoli sub-micrometrici implementati. Il quarto capitolo descrive le fasi di progettazione, fabbricazione e caratterizzazione di un dispositivo costruito per la generazione di seconda armonica in configurazione retro-propagante. Trattandosi di un fenomeno estremamente difficile da esaminare, lo studio ed il lavoro di ricerca si sono concentrati principalmente sugli aspetti di Tutor Ch.mo Prof. Alessandro C. Busacca Sommario III fabbricazione e di caratterizzazione del componente, portando a risultati originali, ed interessanti soprattutto da un punto di vista fisico. Nel quinto capitolo si descrivono i passi tecnologici che hanno portato alla costruzione di un dispositivo per il random Quasi-Phase-Matching e si discute delle misure realizzate durante le osservazioni sperimentali in bulk ed in guida d‘onda planare, cercando di darne una spiegazione chiara e, per quanto possibile, dettagliata alla luce della caratterizzazione del dispositivo stesso. L‘approccio seguito, oltre ad essere estremamente utile per svariate applicazioni, permette, al contempo, di evidenziare interessanti proprietà fisiche proprie di questo processo. Nel sesto ed ultimo capitolo, infine, viene presentato, per la prima volta, un frequency shifter in guida d‘onda a canale per scambio protonico in fase α, su substrato di Tantalato di Litio con poling periodico, in grado di confinare la radiazione elettromagnetica e permettere la conversione parametrica a due stadi in cascata (Generazione di Seconda Armonica-Generazione di Frequenza Differenza) operante nel range della banda C delle telecomunicazioni ottiche.