Attività di tesi - A.A

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Federica Garofalo
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1 Attività di tesi - A.A Guido Giuliani Gruppo Elettroottica - Dipartimento di Elettronica guido.giuliani@unipv.it Tel

2 Argomenti di Tesi Memorie ottiche ultraveloci basate su laser a semiconduttore ad anello Tecniche fotoniche per la generazione di onde millimetriche a riga stretta Caratterizzazione di laser a semiconduttore tramite interferometria Self-Mixing α-factor Larghezza di riga

3 Memorie ottiche basate su laser a semiconduttore ad anello - 1 Laser = oscillatore ottico Ui A Uo A > 1 Retroazione positiva β β < 1 USCITA USCITA

4 Memorie ottiche basate su laser a semiconduttore ad anello - 2 Laser ad anello Cavità circolare R Mezzo attivo Accoppiamento della luce verso l esterno R

5 Memorie ottiche basate su laser a semiconduttore ad anello - 3 Fabbricazione dei laser ad anello Glasgow University, U.K. Regimi operativi: PD1 PD2 Bi-direzionale R = 1000 µm 100 µm 20 µm MODO 2 MODO 1 Uni-direzionale Oscillazioni alternate PD3

6 Memorie ottiche basate su laser a semiconduttore ad anello - 4 P-I Curves 1 Bi-direzionale 2 Oscillazioni alternate Power [dbm] Power [dbm] Frequency [MHz] START: 0 MHz STOP: 250 MHz RES BW: 1000 khz VIDEO BW: 0.1 khz 3 Uni-direzionale

7 Memorie ottiche basate su laser a semiconduttore ad anello - 5 Regime Uni-direzionale: Bistabilità direzionale Può essere associato naturalmente ad un sistema a logica binaria Unità elementare di memoria ottica Progetto EU - FP6 IOLOS = Integrated Optical LOgic and Memory using Ultra-fast Micro- Ring Bistable Semiconductor Lasers Finanziamento: 1.25 M Settembre 2006 Agosto 2009 Partners: University of Bristol, U.K. - University of Glasgow, U.K. Università di Pavia, Italy - Univ. Illes Balears IMEDEA, Spain Vrije Universiteit Brussels, Belgium - Intense Ltd, U.K. Siemens SA, Portugal

9 Memorie ottiche basate su laser a semiconduttore ad anello - 6 Scopo del progetto: Dimostrare la funzionalità di Flip-Flop tutto-ottico un impulso di luce fa commutare lo stato del bistabile Down-scaling del dispositivo (sino a R = µm) Tempo minimo di commutazione (sino a 1 ps) Modello fisico Dispositivi funzionali: Memoria ottica - Rigeneratore 40 Gb/s Applicazioni: Telecomunicazioni ottiche - Optical computing

10 Memorie ottiche basate su laser a semiconduttore ad anello - 7 Attività di tesi ( ) Caratterizzazione statica dei laser ad anello regimi di funzionamento, rumore, spettro ottico,... vs. R Caratterizzazione delle proprietà statiche di commutazione ottica iniezione esterna di luce Caratterizzazione delle proprietà dinamiche di commutazione ottica tempi di commutazione, energia di commutazione, detuning in λ,... vs. R Caratterizzazione funzionale dimostrazione del FF tutto-ottico, dimostrazione del rigeneratore tutto-ottico

11 Tecniche fotoniche per la generazione di onde millimetriche a riga stretta - 1 Onde millimetriche: 10 GHz - 10 THz Applicazioni: Reti di comunicazione wireless (60 GHz) Radioastronomia ( GHz) THz imaging (1-10 THz) Requisiti Sintonizzabilità Elevata purezza spettrale (oscillatore a riga stretta: f = khz) Tecnologie Elettronica ( 70 GHz, scarsa sintonizzabilità ) Fotonica ( OK sintonizzabilità, scarsa purezza spettrale )

12 Tecniche fotoniche per la generazione di onde millimetriche a riga stretta - 2 Tecnica fotonica: PHOTOMIXING La sintonizzabilità si ottiene variando f 1 o f 2 Purezza spettrale: Larghezza di riga pari a quella degli oscillatori ottici di partenza f = 1-5 MHz

13 Tecniche fotoniche per la generazione di onde millimetriche a riga stretta - 3 Miglioramento della purezza spettrale: Aggancio in fase dei due laser (una sorta di mode-locking) utilizzo di effetti non-lineari (Four-Wave-Mixing) per ottenere una iniezione mutua dei due oscillatori laser aggancio in fase miglioramento della purezza spettrale λ pump λ 2 λ 1

14 Tecniche fotoniche per la generazione di onde millimetriche a riga stretta - 4 Attività di tesi (2006) Caratterizzazione dell effetto di FWM in: Laser a Semiconduttore, Amplificatori Ottici a Semiconduttore Caratterizzazione di Laser a Semiconduttore in regime di mutua iniezione Caratterizzazione del segnale elettrico a onde millimetriche generato

15 Caratterizzazione di Laser a Semiconduttore tramite Interferometria Self-Mixing - 1 Retroiniezione nella cavità laser di una frazione (<10-6 ) della luce emessa Si ha una modulazione di ampiezza e fase del campo oscillante nella cavità laser in funzione dello sfasamento φ = 2ks(t) del campo retroiniettato (rivelazione di tipo coerente) La potenza emessa dal laser dipende dalla posizione del riflettore remoto con periodicità = λ/2 effetto interferometrico LASER RIFLETTORE REMOTO s P = P 0 [1 + m F(φ)] m coefficiente di modulazione F(φ) funzione normalizzata (tip.: cos) FOTODIODO DI MONITOR ATTENUATORE VARIABILE 0 s(t) φ = 2 k s = 2 (2π/λ) s 1.25 µm Spostamento del bersaglio Segnale fotorivelato BASSA RETROINIEZIONE RETROINIEZIONE MODERATA

16 Caratterizzazione di Laser a Semiconduttore tramite Interferometria Self-Mixing - 2 Misure di interesse: Larghezza di riga (purezza spettrale)? Restringimento della larghezza di riga? Linewidth Enhancement Factor

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