Disorder, propagation and non-linear effects in photonic crystal waveguides

Questo lavoro di tesi presenta alcuni nuovi risultati sulle proprietà ottiche e sugli effetti del disordine sulla propagazione in guide d'onda a cristallo fotonico bidimensionale. Lo studio parte dai concetti di base dei cristalli fotonici (Cap. 1), quali la loro struttura a bande, fondamentali per comprendere appieno le proprietà dei cristalli fotonici bidimensionali (Cap. 2). Nel Cap. 3 sono approfondite le proprietà di propagazione della luce nelle guide d'onda realizzate in cristalli bidimensionali, in particolare la loro tipica relazione di dispersione e il regime di propagazione noto come regime di Luce Lenta (Slow Light regime). Nello stesso capitolo, si introduce, inoltre, un modello teorico per il Four-Wave Mixing, fenomeno non lineare solo recentemente osservato in questo tipo di guide. Il Cap. 4 introduce brevemente i processi di fabbricazione per questi dispositivi; vengono quindi discussi i punti critici di tali processi, modellizzati come disordine estrinseco, e l'impatto che questi hanno sulle proprietà di propagazione della guida. Gli ultimi due capitoli sono relativi alla parte sperimentale di questo lavoro. Sono state infatti studiate due tecniche per la caratterizzazione delle guide d'onda a cristallo fotonico. La prima è la mappa di riflettanza tempo-lunghezza d'onda (Cap. 5), sviluppato presso Thales Research and Technology (Paris, France), che permette di valutare le proprietà di propagazione della guida in funzione della lunghezza d'onda e l'impatto della dispersione indotta dal disordine estrinseco della guida. La seconda è la tecnica Heterodyne Pump-Probe, utilizzato presso il Dipartimento DTU Fotonik, Copenhagen, in una serie di esperimenti atti a indagare il regime di luce lenta e i ritardi ottenibili in tale regime.