El camp de la fotònica està avançant a grans passes, amb la promesa de noves tecnologies que podrien ser implementades en dispositius que usem en el dia a dia. Perquè això sigui una realitat, es necessiten desenvolupar nous materials per tal d’aprofitar les propietats de la llum. Això, tanmateix, planteja tota mena de reptes, però encara és possible trobar estructures que puguin ser útils. A més, la implementació d’algoritmes dins d’aquests propis dispositius serà certament un objectiu de la investigació dels pròxims anys. Aquest treball està dividit en dues parts, ambdues relacionades amb tecnologies de la fotònica experimental.
A la primera part, detallem la fabricació i caracterització de diferents dispositius nanofotònics utilitzant el mètode ImpFab, una tècnica innovadora de nanofabricació en 3D. Primer, presentem la teoria darrere dels cristalls fotònics i els metamaterials, que després fabriquem utilitzant aquest mètode. Les mesures experimentals són posteriorment comparades amb dades teòriques simulades amb l’objectiu de caracteritzar les diferents propietats dels materials fabricats. Finalment, discutim possibles millores de l’estat d’aquesta tècnica.
Per l’altra banda, a la segona part estudiem un sistema de fibres òptiques que reprodueix el comportament de l’anomenat quantum walk en una dimensió. Fem una descripció teòrica rigorosa dels aspectes matemàtics del quantum walk i com es pot traslladar a un sistema fotònic, seguit de la descripció del nostre experiment en concret. Demostrem la possibilitat de reproduir les distribucions generades en un quantum walk fent servir elements per fibres òptiques i com modificar el sistema per induir diferents efectes.
El campo de la fotónica está avanzando a grandes pasos, con la promesa en el horizonte de nuevas tecnologías que podrían ser implementadas en nuestros dispositivos de uso cotidiano. Para que esto sea una realidad, se necesitan desarrollar nuevos materiales con tal de aprovechar las propiedades de la luz. Esto, no obstante, plantea toda clase de retos, aunque todavía es posible encontrar estructuras que puedan ser útiles para este propósito. Además, la implementación de algoritmos dentro de estos dispositivos será sin duda un objetivo para la investigación de los próximos años. Este trabajo está dividido en dos partes, ambas relacionadas con tecnologías de la fotónica experimental.
En la primera parte, detallaremos la fabricación y caracterización de diferentes dispositivos nanofotónicos usando el método ImpFab, una técnica innovadora de nanofabricación en 3D. Primero presentamos la teoría relacionada con los cristales fotónicos y metamateriales, que luego fabricaremos usando este método. Las mediciones experimentales son posteriormente comparadas con datos teóricos simulados con el objetivo de caracterizar las distintas propiedades de los materiales fabricados. Finalmente, discutimos posibles mejoras de esta técnica.
Por otro lado, en la segunda parte estudiaremos un sistema de fibras ópticas que reproduce el comportamiento del llamado quantum walk en una dimensión. Llevamos a cabo una descripción teórica de los aspectos matemáticos de un quantum walk y estudiamos como se traslada a un sistema fotónico, seguido de la descripción de nuestra implementación experimental. Demostramos la posibilidad de reproducir las distribuciones de un quantum walk usando elementos para fibras ópticas y cómo modificar el sistema para inducir diferentes efectos.
The field of photonics is now advancing at a considerable speed, promising great technologies that could be soon implemented in our everyday devices. For this to become a reality, new materials need to be engineered in order to leverage the properties of light. This comes with many challenges, but it is still possible to fabricate structures that harness that power. The implementation of algorithms running on these photonic devices will certainly be pursued in the coming years. This work is divided into two subprojects related to technologies in experimental photonics.
In Part 1, we will detail the fabrication and characterization of different nanophotonic devices using Implosion Fabrication, a novel 3D nanofabrication technique. First, we present the theory behind photonic crystals and metamaterials, which we later fabricated using this method. The experimental measurements are then matched with data from simulations to characterize the properties of the fabri- cated materials. Optimizations to the framework are discussed.
In Part 2 we study an optical fiber photonic system that reproduces the distribution of a one-dimensional quantum walk on a discrete lattice. We discuss a theoretical review of the mathematical aspects of a quantum walk and its translation to a photonic system, followed by a description of our experimental implementation. We demonstrate the feasibility of reproducing quantum walk distributions using fiber optic elements and how to further modify the system to induce different effects on the walk.
