RICERCA ITALIANA     

Amplificatori e sorgenti laser integrati in guide solitoniche in Er:LiNbO3

Università degli Studi di Roma "La Sapienza"

Abstract

Anche se i laser integrati in guida sono stati già realizzati in passato (il primo laser di questo tipo in niobato di litio drogato erbio risale al 1992), la loro realizzazione, a causa delle tecniche di fabbricazione impiegate, è sempre avvenuta nei pressi di una delle facce del materiale, il quale così ha preso il nome di "substrato", strato sottostante. In effetti fino ad ora sono state realizzate esclusivamente strutture planari, perchè è proprio l'ottica integrata ad essere planare: anche i tentativi di realizzare guide sepolte all'interno del substrato (buried waveguides) hanno dato risultati poco incoraggianti, in quanto la distanza raggiungibile dalla superficie non superava mai i 100-200um. Solo recentemente il superamento di questo limite è stato dimostrato utilizzando tecniche di scrittura derivanti dall'ottica nonlineare. Infatti nei materiali ottici nonlineari, come ad esempio nel niobato di litio che è fotorifrattivo, è stata dimostrata sia teoricamente che sperimentalmente la formazione di fasci laser solitonici, cioè fasci laser non diffrangenti, auto-confinati. Nel niobato di litio tali fasci modificano in maniera permanente il materiale scrivendo così una perfetta guida d'onda monomodale. Tale guida sarà sfruttata per realizzare laser integrati in niobato di litio drogato erbio. Le guide solitoniche aprono la strada ad un vero utilizzo di tutto il volume del materiale impiegato, in quanto possono essere realizzate dovunque all'interno, senza limitazioni >>>

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca

Eugenio FAZIO Università degli Studi di ROMA "La Sapienza"

Obiettivo del Programma di Ricerca

Il progetto si propone di realizzare sorgenti laser a 1.55 um, integrate in guide d'onda monomodali a profilo solitonico, sepolte all'interno di monocristalli di niobato di litio drogato in volume con erbio mediante la tecnica Czochralski. Si realizzeranno sia sorgenti singole che matrici di laser nello stesso cristallo.
Il progetto intende anche scrivere guide solitoniche in fibre monocristalline di niobato di litio drogate con erbio cresciute mediante la tecnica del MicroPullingDown. Tali guide solitoniche funzionerebbero da core per le fibre, dentro i quali sia propagare la luce che osservare amplificazione ottica.

L'obbiettivo primario dell'intero progetto sarà raggiunto mediante fasi intermedie di avanzamento dei lavori, che possono essere così definite:

1) Crescita di monocristalli di niobato di litio drogati in volume con erbio mediante la tecnica Czochralski. Una prima fase prevedrà la crescita di campioni monocristallini di niobato di litio con concentrazioni di erbio, distribuito in maniera omogenea nell'interno volume, variabili tra 0 e 1mol%. Tali campioni dovranno avere qualità ottica e cristallina comparabile con i cristalli commerciali dello stesso materiale non drogato. Obbiettivo riflesso, qualora si fossero cresciuti con successo i monocristalli secondo le caratteristiche prima descritte, è la messa a punto del protocollo di crescita per ottenere campioni ripetibili. In una seconda fase, utilizzando il protocollo di >>>

Durata

24 mesi

Base di partenza scientifica nazionale o internazionale

L'esplosione di richieste nelle telecomunicazioni, sia per accesso ad Internet che per servizi vari, ha spinto verso una sempre maggiore capacità delle trasmissioni ottiche, poiché le tecnologie elettriche probabilmente non potranno soddisfare la richiesta continua e sempre crescente di sistemi ad alta velocità e banda larga. Per poter rispondere a questa esigenza, sono richiesti componenti ottici sempre più sofisticati e compatti, sia direttamente in fibra che in chip. La tecnologia base dei dispositivi integrati è costituita dalla realizzazione di "guide d'onda", cioè di zone di indice di rifrazione maggiore del materiale circostante, in modo da confinare la luce al loro interno mediante il fenomeno della riflessione totale interna. L'attuale tecnologia ha sviluppato con successo sia strutture unidimensionali che bidimensionali mentre quelle tridimensionali restano inesplorate non disponendo ancora di tecnologia adeguata ed innovativa in grado di scrivere guide nel volume. Per costruire strutture uni- o bi-dimensionali sono impiegate diverse tecniche: le fibre ad esempio vengono tirate da un preformato grande, fino a raggiungere la dimensione voluta; per le guide invece o si depositano film sottili su substrati, oppure si effettua un trattamento chimico-fisico della superficie esterna del materiale per variarne localmente l'indice di rifrazione. Questo viene fatto con o senza opportune mascherature per realizzare guide a canale o planari rispettivamente. Tuttavia la >>>