• qcl
• dfb
• optomeccanica
• terahertz
• polistirene

Il presente lavoro di tesi si incentra sullo studio della deformazione di una membrana ultrasottile ad opera della pressione di radiazione di un fascio laser Terahertz.
Lo scopo è indagare le possibilita di sfruttare questo sistema per realizzare esperimenti di optomeccanica, ad esempio l’implementazione una cavità laser le cui dimensioni varino con la potenza di emissione.
Negli ultimi decenni la ricerca sulle interazioni optomeccaniche a livello micro e nanoscopico ha conosciuto una rapida espansione: dagli anni 70 a oggi sono state realizzate trappole e pinze ottiche, metodi per il raffreddamento degli oscillatori meccanici, sistemi macroscopici che accoppiano luce e movimento in risonatori di crescente complessità; tuttavia in questo campo l’utilizzo della banda Terahertz dello spettroeletromagnetico rimane ancora inesplorato.
Il primo capitolo della tesi descrive brevemente la teoria di base dell’optomeccanica, dal punto di vista sia classico che quantistico, per poi riassumere la fisica dei laser THz a cascata quantica (QCL) e della struttura a feedback distribuito (DFB);
la parte applicativa è invece riportata dettagliatamente nei capitoli secondo e terzo.
Nel secondo capitolo si descrive metà del lavoro, dedicata alla fabbricazione di tre laser in ambiente clean-room, partendo da un’eterostruttura a pozzi quantici e ricavando i dispositivi con tecniche di litografia elettronica, litografia ottica e vari attacchi chimici. La struttura a feedback distribuito, il cui scopo è introdurre un reticolo di Bragg per selezionare una specifica lunghezza d’onda dell’emissione, è stata modificata prendendo ispirazione da un reticolo graduato anziché periodico, per indurre il fascio laser a uscire dal centro del dispositivo.
Dopo la costruzione dei laser, si è proceduto a verificare gli spettri delle emissioni, e
le caratteristiche di corrente, voltaggio e potenza, e la forma dei fasci emessi.
L’altra metà, esposta nel terzo capitolo, è stata lo studio della membrana, costituita da due strati di polistirene e oro, procurata dalla Scuola Superiore Sant’Anna, con vari diametri e spessori (in media 5 millimetri per 100 nanometri), per verificare se e quanto si deformasse con la pressione di radiazione: lo studio è stato realizzato costruendo un interferometro di Michelson e Morley in cui la membrana agiva come
specchio mobile, e osservando gli spostamenti della figura di interferenza. L’interferometro fungeva da strumento di misura, mentre le sorgenti di radiazione, prima nel visibile e poi nel THz, venivano poste dall’altro lato della membrana.
Nel caso del visibile è stata osservata una deformazione della membrana, ma i risultati dell’analisi hanno rivelato che l’effetto non ` dovuto alla pressione di radiazione bensì ad un meccanismo di origine fototermica: i due fenomeni sono infatti strettamente connessi nei setup optomeccanici, al punto che tale risultato non
preclude la realizzazione di un oscillatore optomeccanico con la membrana in esame.
Nel THz tuttavia non è stato registrato al momento alcun effetto, perché la potenza emessa dai laser costruiti è risultata inferiore ai 250 microwatt richiesti. Esistono comunque ampi margini di miglioramento del design della particolare struttura DFB in modo da spingerla a potenze considerevolmente più alte.