Tecnologie per dispositivi a cristalli fotonici

    Progetto: Research project

    Dettagli progetto

    Description

    La Ricerca intende sperimentare specifici processi tecnologici per la realizzazione di nanostrutture e guide d’onda, in cristalli ferroelettrici di Niobato di Litio (LN) e Tantalato di Litio (LT), in coordinamento con un produttore italiano. La tecnologia che sarà utilizzata per creare le nanostrutture è quella della polarizzazione periodica superficiale (SPP, Surface Periodic Poling), con la quale sono già state osservate strutture con domini ferroelettrici puntiformi di circa 10 nm, ma il cui controllo resta un tema di frontiera della ricerca.

    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 sensori innovativi, 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. Nella ricerca 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 possono essere efficacemente implementati con le tecnologie studiate.

    Layman's description

    OBIETTIVI
    - Fabbricare schiere di guide a scambio protonico "soft" su Niobato e Tantalato di litio;
    - Effettuare un esame comparativo della tecnica SPP su Niobato e Tantalato di Litio;
    - Caratterizzare le configurazioni basate su 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
    - Ottimizzare il protocollo tecnologico 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;
    - Realizzare dimostratori per lo studio del 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 SPP, anche nel caso -utile per i sensori- con strati metallici soprapposti alle guide;
    - 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;
    -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, con particolare rierimento al regime "soft", 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 e delle configurazioni utili per implementare sensori.
    StatoAttivo
    Data di inizio/fine effettiva1/1/05 → …

    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.