Generazione e propagazione di fasci luminosi di caustiche

Caustics are a widespread optical phenomenon occurring whenever a spatially variant interface perturbs the propagation of a light field. Under particular conditions, caustics can propagate in the form of beams with unique properties, such as self-healing and self-acceleration, revealing stable structured patterns of light with intriguing applications for life science and information and communication technology. In this thesis, we will consider the theory underlying the generation of a new kind of caustic beams, so-called polygon beams, and perform numerical simulations to investigate their properties and dynamics in the visible range. Diffractive optical elements will be fabricated using maskless optical lithography and characterized in the optical lab to analyze the generation and propagation of polygon caustic beams and compare experimental data with simulations.

Le caustiche sono un fenomeno ottico diffuso che si verifica ogni volta che un’interfaccia variabile nello spazio perturba la propagazione del campo luminoso. Sotto particolari condizioni, le caustiche possono propagarsi nella forma di fasci con caratteristiche peculiari, come quella di auto-riparazione e di auto-accelerazione, rivelando pattern strutturati di luce stabili con affascinanti applicazioni per le scienze della vita e le tecnologie dell’informazione e della comunicazione. In questa tesi, verrà considerata la teoria alla base della generazione di un nuovo tipo di caustiche, i cosiddetti fasci poligonali, e saranno eseguite delle simulazioni numeriche per investigare le loro proprietà e la loro dinamica nello spettro del visibile. Elementi ottici diffrattivi saranno fabbricati usando la litografia ottica senza maschera e saranno caratterizzati nel laboratorio di ottica per analizzare la generazione e la propagazione di fasci di caustiche poligonali e confrontare i dati sperimentali con le simulazioni.