Il silicio è un materiale interessantissimo anche per realizzare circuiti integrati fotonici. Il cristallo è infatti trasparente alle lunghezze d’onda della luce tipiche delle trasmissioni in fibra e l’ossido di silicio ha il giusto indice di rifrazione per confinare il fascio in guide miniaturizzate anche molto complesse dal punto di vista topologico e funzionale. Inoltre, con pochissimi passi tecnologici ulteriori alla sola litografia, tipicamente con la diffusione di droganti, si riescono a corredare i chip fotonici anche di basilari dispositivi optoelettronici come fotodiodi, sfasatori e sensori non invasivi della potenza luminosa. Utilizzando questi componenti per realizzare un opportuno sistema di controllo è possibile gestire circuiti fotonici integrati di crescente complessità in cui ogni elemento è perfettamente regolato per svolgere una specifica funzione con grandi aspettative future nel campo della ricerca dei Computer Ottici (in particolare reti neurali ad alta velocità e basso consumo di potenza), dell’Ottica quantistica, della sensoristica (misurando non solo l’intensità luminosa ma anche la fase e la polarizzazione della luce) e dell’industria delle Telecomunicazioni.
In questo ambito le tesi si potranno concentrare su due aspetti principali:

• studio e realizzazione di nuovi dispositivi optoelettronici da integrare nei chip fotonici per realizzare circuiti elettronici (transistori, resistori, condensatori in aggiunta a sensori ed attuatori), mantenendo i processi semplici in modo da preservarne le caratteristiche ottiche e da mantenere bassi i costi di produzione. L’obiettivo della tesi è quello di studiare dal punto di vista fisico, funzionale e realizzativo, anche con l’ausilio di simulatori TCAD (Technology Computer Aided Design), alcuni dei dispositivi elettronici necessari a controllare in modo efficace i dispositivi ottici. La tesi sfocerà nella verifica sperimentale delle prestazioni di dispositivi prototipo opportunamente disegnati all’interno di strutture fotoniche all’avanguardia.

• studio e realizzazione di calcolatori ottici usando circuiti fotonici integrati in silicio, in cui è necessario definire i valori di calcolo in opportuni punti di lavoro di interferometro della struttura ed assicurarsi che il sistema svolga l’operazione matematica per cui era stato progettato nonostante le tolleranze di fabbricazione e le variazioni non previste di temperatura del chip o di lunghezza d’onda/fase del laser o altro. Le modalità di “programmazione” e calibrazione del circuito fotonico per svolgere un certo calcolo saranno verificati sperimentalmente su banco ottico utilizzando opportuni circuiti fotonici.