Integrated photonic meshes for free space optical beam manipulation

In this thesis we study some characteristics of Mach-Zehnder Interferometers meshes realized on chips in integrated optics technology. Making use of a mesh structure designed at Politecnico di Milano with a mode division multiplexing purpose and realized in Silicon photonics, we demonstrate that the reconfigurability allows us to perform a controlled free space light propagation to and from the Photonic Integrated Chip: the light generated by a generic source can be coupled into a single mode fiber and, viceversa, from a fiber it can be shined to a desired direction by exploiting the reconfigurable mesh. The electromagnetic wavefront manipulation capability leads to show the possibility to generate the optical phase conjugation of a generic free-space light beam.

In questo lavoro di tesi sono studiate alcune caratteristiche di reti (meshes) di interferometri Mach-Zehnder realizzate su chip in tecnologia ottica integrata. Facendo uso di una struttura a maglia progettata al Politecnico di Milano con lo scopo di separare i modi di una guida multimodale, dimostriamo che la riconfigurabilità ci consente di eseguire una propagazione controllata della luce in spazio libero da e verso il chip fotonico integrato: la luce generata da una generica sorgente può essere accoppiata in una fibra monomodale e, viceversa, da una fibra può essere irradiata nella direzione desiderata sfruttando la riconfigurabilità della rete. La capacità di manipolazione del fronte d’onda elettromagnetico porta a mostrare la possibilità di generare la coniugazione di fase ottica di un qualsiasi fascio luminoso nello spazio libero.