Il mondo della tecnologia ottica è in continua evoluzione e, grazie al lavoro di ricerca svolto presso il California Institute of Technology (Caltech), si è assistito a un significativo progresso nella tecnologia dei microcomb di frequenza. Questi dispositivi, che hanno applicazioni in diversi campi, dalla comunicazione digitale alla spettroscopia, potrebbero presto essere integrati in dispositivi compatti grazie a processi di produzione economicamente vantaggiosi.
La tecnologia dei microcomb di frequenza
Cos’è un microcomb di frequenza?
Un microcomb di frequenza è un dispositivo ottico che, partendo da una luce laser di una determinata frequenza, è in grado di convertirla in un insieme di frequenze distinte e uniformemente spaziate. Queste frequenze formano una serie di impulsi la cui durata può essere estremamente breve, dell’ordine dei 100 femtosecondi. Il termine “comb” (pettine) deriva proprio dalla disposizione regolare di queste frequenze, simile ai denti di un pettine.
Il progresso nei materiali per i microcomb
Il team di ricerca di Caltech, guidato dal professor Kerry Vahala, ha compiuto un passo avanti significativo utilizzando un nuovo materiale chiamato nitruro di silicio a bassissime perdite (ULL nitride). Questo composto, estremamente puro e depositato in film sottili, potrebbe permettere ai dispositivi microcomb di operare con una potenza molto bassa. Tuttavia, la sfida principale risiedeva nella dispersione, una proprietà che causa la variazione della velocità di propagazione delle onde elettromagnetiche in base alla loro frequenza, rendendo difficile la generazione di impulsi luminosi brevi, o solitoni, necessari per il funzionamento dei microcomb.
Superare le limitazioni ottiche e prospettive future
La soluzione innovativa
Per superare le limitazioni imposte dalla dispersione normale del nitruro di silicio ULL, i ricercatori hanno sviluppato un nuovo design per i microcomb. La soluzione proposta consiste nel generare gli impulsi in coppie, utilizzando una configurazione che ricorda il numero otto, con due percorsi ottici congiunti che corrono paralleli con un piccolo spazio tra di loro. Questo accorgimento permette di contrastare la tendenza degli impulsi a disperdersi, consentendo ai microcomb di funzionare correttamente.
Approcci innovativi e prospettive future
L’approccio innovativo non si ferma alla creazione di due percorsi congiunti, ma si estende all’aggiunta di ulteriori percorsi, dimostrando che anche tre percorsi possono operare creando due set di coppie di impulsi. Questa scoperta apre la strada alla creazione di ampi array di circuiti fotonici per i solitoni, con potenziali applicazioni in una vasta gamma di tecnologie e dispositivi.
Il processo di fabbricazione dei microcomb ULL utilizza le stesse attrezzature impiegate per la produzione di chip per computer, il che significa che questi dispositivi potrebbero essere integrati in modo più semplice ed economico nelle tecnologie esistenti. Il professor Vahala descrive i microcomb come un “coltellino svizzero per l’ottica”, sottolineando la loro versatilità e il loro potenziale impatto in diversi settori.
Il lavoro di ricerca, finanziato da diverse agenzie governative, rappresenta un passo importante verso l’integrazione dei microcomb di frequenza in dispositivi compatti e accessibili, aprendo nuove frontiere nell’ambito delle tecnologie ottiche e delle loro applicazioni.
