Nanotecnologie applicate al settore della sensoristica optoelettronica

Sviluppare nanotecnologie su cristalli ottici nonlineari finalizzate all'ingegnerizzazione di un componente fotonico essenziale per l'implementazione di un sistema "Differential Absorption Lidar". Tale sistema è di estremo interesse nei settori spaziale e ambientale per il monitoraggio spettroscopico della concentrazione di agenti inquinanti nell'atmosfera.

OBIETTIVI Facendo riferimento al punto 2.3, "Base di partenza scientifica", la configurazione scelta per la sorgente laser destinata ai sistemi Lidar del tipo "Differential Absorption", consiste innanzitutto in una sorgente laser di pompa Q-switched a cristallo Nd:YLF ultracompatto pompato a diodi ad alta stabilità, a basso "jitter", alta efficienza ed eccellente qualità del fascio. Tale pompa laser a 1313 nm viene quindi raddoppiata in frequenza in cascata due volte tramite processi efficienti nonlineari in "Quasi-Phase-Matching" (QPM) permessi dai cristalli ferroelettrici qui ingegnerizzati, così da arrivare nel range Ultravioletto di interesse nell’ambito della proposta. Le dimensioni del laser di pompa sono ridotte 7x18.5x3.6 cm ed il consumo è di circa 40 W, utili per essere imbarcate in missioni spaziali. La sperimentazione dei gruppo di ricerca sarà volta a conseguire i seguenti obiettivi: - Caratterizzazione lineare delle strutture ottiche guidanti nel visibile, nel vicino infrarosso e nell’ultravioletto mediante accoppiatore a prisma ed a reticolo, accoppiatore “end-fire” e misure di campo vicino; ricostruzione del profilo d’indice tramite metodo IWKB e metodo degli indici efficaci. - Analisi e progetto di geometrie di interazione nonlineare guidata basate sul QPM di breve periodo con passo compreso tra 100 e 850 nm; - Dimostrazione delle potenzialità della tecnologia adottata con la realizzazione dei primi prototipi di convertitori di frequenza ad alta efficienza, nell’ultravioletto. METODI Per quanto riguarda la fabbricazione delle strutture guidanti sui cristalli nonlineari di Niobato e Tantlato di Litio, verrà adoperata la tecnica dello scambio protonico. La polarizzazione periodica dei domini ferroelettrici verrà indotta, successivamente alla fase fotolitrografica, 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. 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. Per la caratterizzazione ottica, si dispone di sorgenti laser in continua non accordabili (Ar, HeCd, HeNe multilinea, a semiconduttore a 0.85, 1.3 e 1.55 um), di una sorgente accordabile nella III e IV finestra, e ad alta purezza spettrale (300 KHz), di una sorgente accordabile Ti:Zaffiro a 0.7 - 1.1 um, di due sistema di posizionamento piezoelettrico a 10 assi, nonché di telecamere digitali nel visibile e nell’infrarosso, di un monocromatore che copre il range spettrale dall’UV al vicino Infrarosso.