Tecnologie e materiali ferroelettrici nanostrutturati per l’ottica nonlineare

Progetto: Research project

Dettagli progetto

Description

La Ricerca intende affrontare gli sviluppi tecnologici necessari all’ingegnerizzazione di nanostrutture compatibili con i processi di fabbricazione di guide d’onda, in cristalli ferroelettrici di Niobato di Litio (LN) e Tantalato di Litio (LT), in coordinamento con un produttore italiano. La disponibilità di soluzioni di questo tipo rappresenta in effetti un nodo critico per lo sviluppo attuale dell’ottica integrata non lineare, in quanto permetterebbe di sperimentare configurazioni di estremo interesse scientifico che hanno applicazione nel settore dei dispositivi per le comunicazioni ottiche. La modellizzazione di alcuni dispositivi fondamentali è stata elaborata da gruppi di ricerca internazionali, ma la loro dimostrazione sperimentale resta ancora una sfida sia tecnologica che scientifica.

La tecnologia individuata per creare le nanostrutture è quella della polarizzazione periodica superficiale (SPP, Surface Periodic Poling), che ha già permesso ai Proponenti di dimostrare strutture periodiche con passo fino a 200 nm su LN stabilendo un vero record delle nanotecnologie su tali materiali. Recentemente abbiamo anche osservato in LN strutture con domini ferroelettrici puntiformi di circa 10 nm, ma il controllo di tale processo di nucleazione resta un tema di frontiera della ricerca, insieme all’estensione della tecnologia SPP su LT, su cui non si hanno ancora verifiche sperimentali. Tuttavia, rispetto ai cristalli LN, va sottolineato che gli LT hanno una soglia più elevata del danno fotorifrattivo, trasparenza estesa nell’UV, minore temperatura di Curie e più corti periodi nel poling massivo. L'estensione dell'SPP al Tantalato di Litio rappresenta dunque una migliore approssimazione tecnologica verso la realizzazione di dispositivi di reale impatto funzionale nel campo dell'elaborazione di segnali ottici.

I vantaggi della tecnologia SPP vanno dalla possibilità di nanostrutturare non linearmente i cristalli ferroelettrici, sino alla strutturazione lineare ottenuta tramite attacco chimico (d'altro canto, è stato dimostrato dai proponenti, che la SPP consente di ottenere pure periodi “lunghi” - oltre il micron). 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, d’instradatori per onde autoconfinate, di dispositivi tutto-ottici. Le applicazioni sono dispositivi per “quantum cryptography”, oscillatori e amplificatori parametrici ottici, generazione di frequenza differenza e sviluppo di sorgenti IR/UV.

Se da un lato la SPP può portare ad una adeguata nano-ingegnerizzazione di strutture, dall’altro i circuiti ottici adoperati devono permettere una efficace interazione con le onde EM a frequenze ottiche. In altri termini, il processo di fabbricazione delle guide ottiche deve essere compatibile con la tecnologia SPP. Nel caso degli effetti non lineari, la configurazione guidata è ancora più efficiente perché le elevate intensità di campo richieste possono essere ottenute con valori relativamente modesti della potenza immessa. Nel progetto saranno quindi studiati processi di scambio protonico (PE) che modifichino le caratteristiche lineari del substrato e che consentano al segnale ottico di essere guidato. Le guide devono essere a basse perdite nelle bande d’interesse. E’ stato recentemente da noi dimostrato che guide a PE debole risultano compatibili con la tecnologia di surface poling in LN; sarà dunque affrontata l’estensione della tecnologia ai cristalli di LT e l’ottimizzazione dei processi PE, così da massimizzare l’efficienza di interazione parametrica nei dispositivi considerati.

L'attività sperimentale sarà costantemente affiancata da un vasto lavoro di modellizzazione analitica e numerica riguardante i processi SPP, la fabbricazione delle guide, nonché i fenomeni e i dispositivi tutto-ottici che posso
StatoFinito
Data di inizio/fine effettiva1/30/061/30/08

Fingerprint

Esplora i temi di ricerca toccati da questo progetto. Queste etichette sono generate sulla base dei riconoscimenti/sovvenzioni sottostanti. Insieme formano una fingerprint unica.