Proposta di tesi per la laurea magistrale in Fisica Fasci ottici

Proposta di tesi per la laurea magistrale in Fisica
Fasci ottici con momento angolare orbitale per applicazioni Telecom
Dinanzi alla sempre più crescente e diffusa domanda mondiale di connettività a banda larga, diviene di
primaria importanza applicare tecnologie che permettano di incrementare la quantità di informazione
trasportata dai sistemi di comunicazione attuali. Negli ultimi decenni, i metodi utilizzati per aumentare il
numero dei canali trasmessi in fibra ottica o spazio libero si sono fondati sulla codifica dell’informazione nei
diversi gradi di libertà della radiazione luminosa: ampiezza/fase, lunghezza d’onda, polarizzazione. Tali
sistemi stanno ormai raggiungendo la saturazione e diviene quindi urgente trovare soluzioni alternative e
complementari. Negli ultimi anni, l’attenzione si è concentrata a questo scopo su un ulteriore grado di
libertà della luce, il momento angolare orbitale.
A differenza del momento angolare intrinseco (spin angular momentum – SAM) connaturato alla natura
vettoriale del campo elettromagnetico, il momento angolare orbitale (orbital angular momentum – OAM) è
legato alla distribuzione spaziale della fase ed è in particolare associato ad una conformazione vorticosa dei
fronti d’onda. Fasci con diverso momento angolare orbitale sono tra loro ortogonali e possono quindi
essere utilizzati come canali indipendenti per trasportare informazione.
Diviene particolarmente importante individuare, tra le possibili famiglie di soluzioni dell’equazione d’onda
in spazio libero o guidato, quelle che trasportano momento angolare orbitale non nullo (es. fasci di Bessel,
Bessel-Gauss, Laguerre-Gauss, Kummer, vortici perfetti, …) e studiarne le relative proprietà in termini di
distribuzione spaziale dell’intensità luminosa, divergenza del fascio durante la propagazione, effettiva
realizzabilità fisica per applicazioni in campo Telecom, accoppiamento e cross-talk.
Lo studente dovrà analizzare e descrivere le famiglie di fasci di particolare interesse per le applicazioni in
fibra ottica e in spazio libero in approssimazione parassiale, coadiuvando la ricerca bibliografica con
simulazioni numeriche al calcolatore. L’attività teorica sarà affiancata da esperienze di laboratorio, nelle
quali lo studente assemblerà su banco ottico un setup ottico per la generazione e la caratterizzazione di
fasci ottici recanti momento angolare orbitale sia in spazio libero che in fibra ottica multimodo.
Durata: 7-9 mesi
Relatore: Prof. Filippo Romanato – [email protected]
Correlatore: Dott. Gianluca Ruffato – [email protected]