Caratterizzazione di un Laser GaAs Gain-Switched per la Distribuzione Quantistica di Chiave

La presente tesi si propone di caratterizzare un laser GaAs con lunghezza d’onda di 780 nm pilotato in modalità gain-switch, studiandone le potenzialità per applicazioni nella distribuzione quantistica di chiave (QKD). Dopo una panoramica introduttiva sui principi della QKD e sui protocolli più diffusi (in particolare il protocollo BB84, integrato con tecniche di decoy state e phase randomization), viene studiato il modello matematico del laser. Tale modello, basato sulle rate equations, descrive l’evoluzione delle densità di portatori e di fotoni nel dispositivo in funzione della corrente di iniezione e dei parametri intrinseci. Successivamente, vengono eseguite simulazioni numeriche mediante il metodo di Eulero per verificare l’andamento del sistema sia in condizioni di corrente continua che in modalità pulsata (gain switching). In questo modo, vengono analizzate le dinamiche di transizione al regime di emissione stimolata, la determinazione della soglia di laserizzazione e l’influenza di parametri quali la corrente di bias e la larghezza a metà altezza (FWHM) degli impulsi. Infine, la tesi descrive il setup sperimentale adottato e le procedure utilizzate per misurare le performance del laser, con particolare attenzione alla calibrazione della soglia, alla valutazione della FWHM in uscita e allo studio della randomicità di fase, elemento cruciale per garantire la sicurezza nella trasmissione quantistica.