Un team di ricercatori dell'Università di St Andrews ha raggiunto una svolta nella misurazione dei laser che potrebbe rivoluzionare il futuro delle comunicazioni in fibra ottica.

La nuova ricerca, pubblicato in Lettere di ottica (mercoledì 6 marzo), rivela che il team di scienziati ha sviluppato un dispositivo a basso costo e altamente sensibile in grado di misurare la lunghezza d'onda della luce con una precisione senza precedenti.

Lo sviluppo del misuratore d'onda aumenterà la tecnologia di rilevamento ottico e quantistico, migliorare le prestazioni dei sensori di nuova generazione e la capacità di trasporto delle informazioni delle reti di comunicazione in fibra ottica.

Guidato dal professor Kishan Dholakia della Scuola di Fisica e Astronomia, il team ha fatto passare la luce laser attraverso un breve tratto di fibra ottica, la larghezza di un capello umano, che rimescola la luce in un motivo granuloso noto come "macchiolina".

Questo modello è meglio conosciuto come la "neve" sfocata vista sui televisori analogici difettosi. Normalmente scienziati e ingegneri lavorano duramente per rimuovere o minimizzare il suo effetto. Però, la forma del motivo a puntini cambia con la lunghezza d'onda (o colore) del laser e può essere registrata su una fotocamera digitale.

La luce può essere pensata come un'onda. Il ciclo di ripetizione dell'onda, la lunghezza d'onda, è fondamentale per tutti gli studi che utilizzano la luce. Il team ha utilizzato questo approccio per misurare la lunghezza d'onda con la precisione di un attometro. Questo è circa un millesimo delle dimensioni di un singolo elettrone e 100 volte più preciso di quanto dimostrato in precedenza. Per contesto, la misurazione di tali piccoli cambiamenti nella lunghezza d'onda del laser equivale a misurare la lunghezza di un campo da calcio con una precisione equivalente alla dimensione di un atomo.

I misuratori d'onda sono utilizzati in molte aree della scienza per identificare la lunghezza d'onda della luce. Tutti gli atomi e le molecole assorbono la luce a lunghezze d'onda laser molto precise, quindi la capacità di identificare e manipolare la lunghezza d'onda ad alta risoluzione è importante in diversi campi che vanno dal raffreddamento dei singoli atomi a temperature più fredde delle profondità dello spazio esterno, all'identificazione di campioni biologici e chimici. La capacità di distinguere tra diverse lunghezze d'onda della luce consente inoltre di inviare più informazioni attraverso reti di comunicazione in fibra ottica codificando diversi canali di dati con lunghezze d'onda diverse.

I misuratori d'onda convenzionali analizzano i cambiamenti nella lunghezza d'onda usando delicati, componenti ottici di alta precisione. Gli strumenti più economici utilizzati nella maggior parte delle ricerche quotidiane costano decine di migliaia di sterline. In contrasto, il misuratore d'onda di St Andrews è costituito da soli 20 cm di fibra ottica e da una fotocamera. In futuro potrebbe essere reso ancora più piccolo.

Il dott. Kishan Dholakia ha spiegato:"Il principio del misuratore d'onda può essere facilmente dimostrato a casa. Se si punta un puntatore laser su una superficie ruvida come un muro dipinto, o attraverso un materiale semitrasparente come nastro adesivo smerigliato, il laser viene rimescolato nel motivo a puntini granulosi. Se muovi il laser, o modificare una qualsiasi delle sue proprietà, il modello esatto che vedi cambierà drasticamente. È questa sensibilità al cambiamento che rende lo speckle una buona scelta per misurare la lunghezza d'onda".

Dottor Graham Bruce, anche dalla Scuola di Fisica e Astronomia e autore principale della carta, ha dichiarato:"Attualmente ci sono importanti investimenti sia nel Regno Unito che in tutto il mondo nello sviluppo di una nuova generazione di tecnologie ottiche e quantistiche, che promettono di rivoluzionare il modo in cui misuriamo il mondo che ci circonda, i modi in cui comunichiamo e il modo in cui proteggiamo le nostre informazioni digitali. I laser e il modo in cui misuriamo e controlliamo le loro proprietà sono fondamentali per questo sviluppo, e crediamo che il nostro approccio alla misurazione della lunghezza d'onda avrà un ruolo importante da svolgere".

In futuro, il team spera di dimostrare l'uso delle applicazioni della tecnologia quantistica nello spazio e sulla Terra, nonché per misurare la diffusione della luce per studi biomedici in un nuovo, modo economico.