ETD

• Fourier imaging
• optical microcavities
• organic exciton-polaritons
• photochromic materials
• polaritonic lattices
• polaritons
• spiropyran
• strong light-matter coupling

Exciton-polaritons are hybrid light-matter quasiparticles emerging under strong coupling between excitonic transitions and cavity modes. Their mixed nature combines optical controllability with non-linear particle interactions, making them a promising platform for quantum simulation and advanced photonic devices. The aim of this Thesis was the development of a reconfigurable organic polaritonic platform based on the local modulation of the light-matter coupling strength.
The system consists of a hybrid metal-dielectric Fabry--Pérot organic microcavity embedding a photochromic spiropyran active layer. Under UV illumination, spiropyran molecules photoisomerize into the excitonic merocyanine form. This transformation is reversible under green light exposure. In such systems, this mechanism enables a reversible optical tuning of the Rabi splitting inside the cavity.
In this Thesis work, periodic polaritonic lattices were realized through a confocal laser-writing setup and investigated by means of photoluminescence and reflectance measurements in both real and momentum space using a Fourier micro-spectroscopy set-up. The measurements revealed the direct observation of lattice polariton modes and showed excellent agreement with RCWA-based numerical simulations.
The proposed platform provides a fully optical, reversible and high-resolution approach for engineering polaritonic potentials, in which the emergent modes originate from a direct spatial modulation of the light-matter coupling strength. This may enable future investigations of polariton condensation, topological lattices and many-body polariton physics.

I polaritoni eccitonici sono quasiparticelle ibride luce-materia che si formano nel regime di accoppiamento forte tra transizioni eccitoniche e modi di cavità. La loro natura mista combina la controllabilità ottica con le interazioni non lineari tra particelle, rendendoli un sistema promettente per la simulazione quantistica e per dispositivi fotonici avanzati. L'obiettivo di questa Tesi era di sviluppare una piattaforma polaritonica riconfigurabile basata sulla modulazione locale della forza di accoppiamento luce--materia.
Il sistema studiato consiste in una microcavità organica Fabry--Pérot costituita da uno specchio metallico e da uno specchio dielettrico (DBR), contenente uno strato attivo fotocromico a base di spiropirano. Mediante illuminazione UV, le molecole di spiropirano fotoisomerizzano nella merocianina, caratterizzata da una forte risonanza eccitonica. Tale trasformazione è reversibile tramite esposizione con luce verde. Questa proprietà consente di poter controllare otticamente e reversibilmente il Rabi splitting all'interno della cavità.
Sfruttando questo meccanismo, in questa Tesi, sono stati realizzati reticoli polaritonici micrometrici con un sistema di scrittura laser confocale. Questi reticoli sono stati investigati tramite misure di fotoluminescenza e riflettanza, sia in spazio reale che nello spazio dei momenti, mediante un apparato di micro-spettroscopia di Fourier. Le misure hanno permesso di osservare direttamente le bande polaritoniche supportate dal reticolo, le quali erano in eccellente accordo con le simulazioni numeriche basate sul metodo RCWA.
La piattaforma proposta fornisce un approccio completamente ottico, reversibile e ad alta risoluzione per la realizzazione di potenziali polaritonici, in cui, i modi del reticolo originano da una modulazione spaziale diretta della forza di accoppiamento luce-materia. L'approccio sviluppato potrebbe consentire futuri studi sulla condensazione di polaritoni, su reticoli topologici e su fisica many-body in sistemi polaritonici.