Un ricercatore dell'Arizona State University ha fatto un altro passo avanti utilizzando l'erbio, un metallo delle terre rare, come materiale di guadagno per un amplificatore ottico, questa volta con un risultato che ne consentirà l'uso per la prima volta con tecnologie ottiche a piccoli chip. La scoperta raggiunge un obiettivo decennale nel campo dell'integrazione fotonica, in cui diversi piccoli componenti ottici sono strettamente combinati per migliori prestazioni e facilità di fabbricazione.

Dettagli della nuova amplificazione ottica, "Guadagno ottico gigante in un nanofilo di silicato di cloruro di erbio a cristallo singolo, " sono stati pubblicati nell'edizione online di luglio di Fotonica della natura .

Cun-Zheng Ning, un professore di ingegneria elettrica dell'ASU, e Hao Sun dell'Università cinese Tsinghua, e le loro squadre sono riuscite ad aumentare il guadagno ottico dell'erbio dal tipico basso livello di pochi dB a oltre 100 dB per centimetro di propagazione. Il significativo aumento del guadagno ottico consentirà l'integrazione di materiali a base di erbio su un chip per amplificatori ottici e laser.

Nel 2011, Ning ha guidato un team che ha scoperto quel particolare sale di silicato di erbio, sviluppato come un nanofilo con un profilo più sottile, potrebbe essere un ottimo candidato come materiale di amplificazione fotonica:consente agli ingegneri di imballare fino a 1, 000 volte più erbio negli amplificatori ottici, laser, dispositivi di informazione quantistica, interruttori e celle solari.

L'erbio è importante per molte applicazioni, soprattutto come amplificatore ottico sepolto insieme alle fibre ottiche per le comunicazioni attraverso e tra i continenti. L'amplificatore drogato con erbio è una tecnologia insostituibile in tale sistema di comunicazione a lunga distanza.

Scienziati e ingegneri hanno cercato di replicare il successo dell'amplificazione del segnale da parte dell'erbio su una piattaforma più piccola, come su un piccolo chip di un sistema fotonico integrato. La nuova ricerca di Ning risolve il problema che la quantità di amplificazione in una tipica fibra drogata con erbio è troppo piccola, e la lunghezza richiesta è troppo lunga, per l'integrazione su scala di chip.

Sebbene siano trascorsi diversi anni dalla scoperta della tecnologia dei nanofili di erbio, Ning, Sun e il loro team sono stati in grado di eseguire un delicato esperimento su un singolo nanofilo che ha rivelato il coefficiente di assorbimento intrinseco. Questo processo ha permesso per la prima volta di misurare accuratamente l'assorbimento dei materiali, e successivamente stabilire il guadagno ottico estremamente elevato, circa due ordini di grandezza in più rispetto ai materiali di erbio riportati in precedenza.

"Siamo entusiasti di essere stati finalmente in grado di stabilire il grande guadagno ottico che avevamo previsto per anni sulla base di altre misurazioni che abbiamo fatto, ", ha detto Ning. "Sulla base di questa nuova tecnologia di nanofili a cristallo singolo, il nostro prossimo obiettivo è integrare più dispositivi su una piattaforma di silicio per circuiti fotonici integrati".

"Il prossimo passo è dimostrare un vero dispositivo ottico come un amplificatore ottico o un laser basato sull'elevato guadagno ottico stabilito, " disse Sole.