• CPA

L’Assorbimento Perfetto Coerente, o Coherent Perfect Absorption (CPA), è un effetto elettromagnetico legato ad un più generale fenomeno di interferenza, grazie al quale la percentuale di radiazione elettromagnetica assorbita da un materiale non è univocamente determinata dalle sue proprietà, ma può essere controllata in base alla particolare configurazione dei campi incidenti. In condizioni di CPA questo interplay tra materiale e campi crea una trappola d'interferenza che imprigiona tutta la radiazione incidente, causandone l’assorbimento completo. Negli ultimi anni c’è stato un crescente interesse scientifico e tecnologico per l’argomento, nell’intento di sfruttare questo concetto per creare dispositivi optoelettronici di nuova generazione.
In questa tesi si studia tale fenomeno in una struttura formata da un reticolo metallico su una membrana dielettrica sospesa, con lo scopo di ottenere un dispositivo in cui l'effetto si manifesti su una banda spettrale molto larga. Il lavoro illustra la nascita e lo sviluppo del progetto in tutte le sue fasi.
Dallo scouting della letteratura, agevole perchè l'argomento è relativamente giovane, si ricavano basi teoriche e suggerimenti sperimentali.
Si descrive quindi la teoria alla base del fenomeno e si offre un contributo originale studiando approfonditamente il caso in cui il sistema disponga di solo due porte. I risultati permettono di ricavare informazioni importanti sull'assorbimento coerente a partire dai parametri caratterizzanti dell'esperimento, quali l'intensità dei fasci, la trasmittanza e la riflettanza del campione, e il contrasto nel segnale rilevato.
Il passo successivo è la realizzazione del campione. Prima si estraggono tramite un approccio denominato Rigorous Coupled Wave Analysis i parametri geometrici del dispositivo più opportuni per osservare il CPA, come gli spessori dei vari materiali o il filling fraction del reticolo. Si prendono in considerazione tre tipi di dispositivo: un reticolo sospeso realizzato interamente in Titanio, uno realizzato con GaAs non drogato, infine una struttura composta da un reticolo di Titanio posto su uno strato sospeso di GaAs. Una volta estratti i parametri di interesse si illustrano i processi e i macchinari impiegati per ottenere il dispositivo. Se con i primi due tipi non sono riuscito a realizzare campioni di qualità sufficiente, ho prodotto con successo il terzo tipo di campioni.
Con i quattro campioni migliori a disposizione si passa a mostrare i risultati sperimentali. Si misurano prima le trasmittanze dei campioni, da cui si ricavano informazioni sperimentali sui parametri geometrici effettivi, dopodiché si costruisce un interferometro Mach - Zehnder e si rileva il segnale trasmesso dai campioni in presenza di due fasci entranti.
Grazie a questo apparato ho dimostrato l’effettivo controllo coerente dell’assorbimento su tutta la banda spettrale a mia disposizione, da 908 nm a 983 nm, con un’ampiezza di modulazione al variare della fase dei fasci incidenti che arriva ai 30 punti percentuali.
I risultati ottenuti sono stati poi confrontati con le previsioni numeriche e con la teoria a due porte, cercando di mostrarne punti di forza e incongruenze. In conclusione si fa un bilancio finale del progetto e si propongono alcune prospettive di sviluppo.