Generazione di terahertz con interazioni parametriche ottiche

La ricerca intende elaborare dei modelli teorici e mettere a punto degli strumenti numerici, per analizzare il comportamento e valutare le prestazioni, di sorgenti innovative di radiazione elettromagnetica nella banda spettrale dei terahertz basate su interazioni in ottica non lineare guidata. Si tratta da un lato di un settore di grande attualità, che sta registrando un impegno crescente a livello internazionale, dall’altro di uno sviluppo naturale delle attività di ricerca del Gruppo Proponente (coordinato dal Prof. Stefano Riva Sanseverino fino all’entrata in quiescenza nel novembre 2011), che da molti anni è impegnato nel settore dell’Ottica Integrata su cristalli ferroelettrici non lineari come il Niobato e Tantalato di Litio. A tale riguardo basterà citare la partecipazione, a partire dal 2000, a ben quattro progetti PRIN, che hanno portato a importanti risultati nell’Ottica Integrata su tali cristalli, dal punto di vista delle tecnologie di fabbricazione delle guide, della ingegnerizzazione dei domini ferroelettrici, e dello sviluppo di dispositivi quali sensori interferometrici e sorgenti coerenti nelle regioni dell’ultravioletto (UV) e del vicino infrarosso (NIR). Il progetto PRIN 2009 sopra richiamato non è stato finanziato ma ha ricevuto una valutazione di 55/60. Dai lavori sin qui prodotti dal Gruppo Proponente, appare evidente che le metodologie e le tecnologie sviluppate hanno una grande valenza anche ai fini della concezione di nuove sorgenti per la generazione di radiazione nei terahertz. In questa ricerca, si vuole pertanto valorizzare il nostro bagaglio di conoscenze e tecnologie specifiche analizzandone, dai punti di vista teorico e quantitativo, l’applicazione allo studio e alla progettazione di strutture ottiche guidanti su vari materiali da impiegare come sorgenti terahertz ad alta efficienza. Il fenomeno fisico di base nel modello d’interazione è quello della risposta ottica non lineare quadratica, responsabile tanto dei processi di generazione di seconda armonica o di generazione parametrica sfruttati nelle succitate sorgenti UV e NIR, quanto del processo di generazione della frequenza differenza (DFG) che permette la generazione di terahertz a partire da coppie di sorgenti laser di lunghezza d’onda molto vicine. A questo vanno poi associate le problematiche legate alla struttura che consente il confinamento della radiazione ottica su lunghezze molto superiori rispetto alla sua lunghezze d’onda, rendendo così possibili delle elevate efficienze di conversione. Per finire, con simili configurazioni è spesso necessario sovrapporre delle modulazioni spaziali periodiche o aperiodiche per compensare gli effetti legati alla diversa velocità di fase delle onde interagenti, ovvero considerare l’effetto di sorgenti ad impulsi ultracorti. Ne deriva quindi una notevole complessità dell’analisi, e diventa indispensabile il ricorso al cluster di elaborazione distribuita e ai sofisticati strumenti di calcolo numerico (commerciali, open source e sviluppati in proprio), in parte già disponibili, che verranno messi a punto e adoperati per questa ricerca.