Dispositivi per la fotonica

    Project: Research project

    Project Details

    Description

    Obiettivo della Ricerca è quello di sviluppare i processi tecnologici necessari a combinare le guide d’onda in Niobato di Litio (LN) e Tantalato di Litio (LT) con la tecnologia della polarizzazione periodica superficiale (SPP, Surface Periodic Poling), che ha già permesso di stabilire il record di strutture periodiche con domini fino a 200 nm su LN. La disponibilità di tali soluzioni permetterebbe non solo di sperimentare configurazioni di estremo interesse scientifico, ma anche di accedere a vantaggiose applicazioni nel campo delle comunicazioni ottiche, finora dimostrate solo sulla carta proprio a causa dei limiti della usuale tecnica di poling di volume. Partendo dai risultati già ottenuti sul LN sono tre le linee di ricerca che si delineano: (a) la recente evidenza di domini superficiali puntiformi di circa 10 nm ci spinge ad esplorare periodi sempre più corti e più in generale a capire quali siano i limiti inferiori o superiori nella dimensione dei domini; (b) le migliori proprietà fisiche del LT (soglia più elevata del danno fotorifrattivo, trasparenza estesa nell’UV, minore temperatura di Curie e periodi più corti nel poling di volume) ne fanno il candidato più promettente per la realizzazione di dispositivi di interesse industriale; (c) la possibilità di nano-ingegnerizzare in due dimensioni i cristalli apre inoltre la strada verso lo sviluppo di dispositivi a cristalli fotonici lineari e nonlineari. Infatti la tecnologia SPP, accanto alla realizzazione di nanostrutture con modulazione periodica del tensore nonlineare della costante dielettrica (i cosiddetti cristalli fotonici nonlineari) permette di realizzare anche strutture con costante dielettrica lineare periodica (i cristalli fotonici “tradizionali”) attraverso un successivo attacco chimico che va a selezionare l’orientazione dei domini. Accanto all’esplorazione di tutte le potenzialità della tecnologia SPP nei due materiali, si dovrà curare anche l’aspetto di compatibilità con la fabbricazione di guide d’onda. Nel caso in cui essa preservi inalterate le proprietà ottiche nonlineari dei cristalli, permette di esaltare queste ultime grazie alle elevate intensità che si possono di ottenere nell’ottica guidata. La compatibilità del processo di scambio protonico (PE), che già si è dimostrato ben combinarsi con la tecnologia SPP sul LN, dovrà quindi essere estesa al LT. Le applicazioni della tecnologia che si intende sviluppare vanno dai generatori di coppie di fotoni per crittografia quantistica (necessari per realizzare dispositivi commerciali di comunicazione ultrasicuri) agli oscillatori e amplificatori parametrici ottici (necessari per creare circuiti ottici complessi integrati su singolo chip), dai generatori di frequenza differenza (necessari per la gestione di reti ottiche complesse) allo sviluppo di sorgenti IR e UV (con vaste applicazioni in tutti i campi dell’ottica).

    Layman's description

    OBIETTIVI - Valutare la fattibilità delle guide PE/RPE su Tantalato di litio; - Valutare la compatibilità della nuova tecnica SPP su Tantalato di Litio; - Caratterizzare le nanostrutture: i campioni saranno caratterizzati dal punto di vista strutturale mediante microscopia e tecniche di analisi di superficie, insieme a processi di attacco chimico selettivo, per evidenziare la morfologia e distribuzione dei domini ferroelettrici prodotti; - Definire il protocollo tecnologico corretto per la definizione di strutture periodiche nonlineari sotto i 400 nm di periodo e con mark-to-space ratio 50:50; - Fabbricare reticoli con domini di 87.5 nm per la realizzazione di dispositivi per BSHG al prim’ordine d’interazione nelle lunghezze d’onda d’interesse per le telecomunicazioni ottiche; - Fabbricare reticoli con domini di 175 nm per la realizzazione di dispositivi per COPA al prim’ordine d’interazione nelle lunghezze d’onda d’interesse per le telecomunicazioni ottiche; - Progettare opportune maschere di poling che garantiscano un buon contrasto tra zone soggette al campo elettrico e non; questo permette l’inversione spazialmente selettiva dei domini; - studiare la compatibilità della profondità dei nanodomini fabbricati, con le caratteristiche fisiche delle strutture guidanti realizzate - Determinare i parametri di processo atti a massimizzare l’efficienza delle interazioni parametriche nelle guide prodotte; - Perfezionare le tecnologie di scambio al fine di ridurre le perdite d’inserzione e ottimizzare l’integrale di sovrapposizione tra pompa e Seconda Armonica (SH); - Analizzare il problema modale e propagativo con solutori modali per guide in PPLN e PPLT con tecnica PPS; - Studiare la cinetica dei nanodomini invertiti con la tecnologia SPP e relativa elaborazione di un modello fenomenologico per il raggiungimento di una profondità di polarizzazione di almeno 5 um, mark-to-space ratio 50:50 e con periodi delle centinaia di manometri; -Determinare l’efficienza di generazione per periodi di poling brevissimi (1.5 micron); -Caratterizzare sperimentalmente le interazioni parametriche contropropaganti; - Realizzare e caratterizzare i dispositivi per BSHG al prim’ordine. METODI Per quanto concerne la tecnologia ci si avvarrà dell’esperienza acquisita nella fabbricazione di guide d’onda con la tecnica dello scambio protonico e della tecnica di polarizzazione superficiale periodica con una sorgente di alta tensione (max 11.3 KV) composta da un alimentatore ed un amplificatore pilotabili da un generatore di segnale con forma d’onda arbitraria, in una banda passante di circa 40 KHz. Un sistema di deposizione termica assistita da plasma (Ion Plating Plasma Assisted, IPPA) permetterà di produrre strati dielettrici (in particolare SiO2) con spessori variabili, che consentirà –insieme alla fotolitografia con Mask-Aligner– la definizione delle maschere. Dal lato simulativo ci si avvarrà di simulatori commerciali e codici sviluppati internamente per caratterizzare le guide, modellizzare i dati sperimentali e quindi ottimizzare i parametri di processo per massimizzare le efficienze dei processi nonlineari.
    StatusActive
    Effective start/end date1/1/04 → …

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