Un approccio per il controllo selettivo del confinamento di luce in un risonatore integrato

In this dissertation, we explore a novel approach for the selective control of the frequency responses of integrated optical resonators. Our study begins with a description of the fundamental components of these devices: optical waveguides, which guide electromagnetic radiation, and directional couplers, essential for radiation transfer between waveguides. Then, we introduce the Z-transform mathematical framework, originally developed for digital filters, and we adapt it to our context. We develop both an analytic breakdown (analytic approximated solution) and a numeric routine for the analysis of the frequency responses and we apply this framework to the analysis of three specific devices that allow selective resonance control. The main contribution of this research is the exploration of the parameter space of the third structure: a Resonant Interferometric Coupler. In particular, we discover a configuration that allows for resonance reviving, while prior applications focused only on the suppression or shifting of specific resonances. We conclude by applying this configuration to the generation of squeezed light through non-linear light-matter interaction, a pivotal problem in photonic quantum computation. We show that the resonance reviving approach allows one to optimize effective squeezing by a suppression of the parasitic processes that concur with the desired dual-pump spontaneous four-wave mixing process.

In questo lavoro di tesi si esplorano nuovi approcci per il controllo selettivo delle risposte in frequenza di risonatori ottici integrati. Lo studio inizia con una descrizione dei componenti fondamentali di questi dispositivi: le guide d’onda, che guidano la radiazione elettromagnetica, e i directional couplers, essenziali per il trasferimento della radiazione tra le guide d’onda. Si procede poi a introdurre lo strumento matematico della trasformata Z, originariamente sviluppato per i filtri digitali, e ad adattarlo al nostro contesto. Viene sviluppata una soluzione analitica approssimata e una routine numerica per l’analisi delle risposte in frequenza dei filtri ottici. Questa analisi viene applicata a tre tipologie di filtri ottici, che consentono un controllo selettivo delle risonanze. Il principale contributo di questa ricerca risiede nell’esplorazione dello spazio dei parametri della terza struttura: un Resonant Interferometric Coupler. In particolare, si propone una configurazione che consente di riaccendere alcune specifiche risonanze, mentre le applicazioni precedenti si concentravano sulla soppressione o sullo spostamento di esse. Si conclude applicando questa configurazione alla generazione di luce squeezed, attraverso l’interazione radiazione-materia non lineare, un problema centrale nella computazione quantistica fotonica. Si mostra che l’approccio di riaccensione delle risonanze consente di ottimizzare lo squeezing, sopprimendo i processi parassiti che concorrono con il processo desiderato di dual-pump spontaneous four wave mixing.