I ricercatori hanno recentemente dimostrato la realizzazione di un microlaser integrato basato su un nuovo design che emette luce in modalità chirali, producendo così cavatappi di luce. Un oggetto si dice chirale se può essere distinto dalla sua immagine speculare. Grazie alla loro forma elicoidale, i cavatappi sono esempi particolarmente buoni.

Tali oggetti chirali sono onnipresenti in natura, dalle galassie rotanti alla doppia elica del DNA. La chiralità della luce può essere definita quando la sua fase si snoda lungo il suo asse di propagazione. Negli anni '90, è stato riconosciuto che sfruttando una tale caratteristica chirale dei campi di luce, chiamato momento angolare orbitale (OAM), potrebbe essere tecnologicamente vantaggioso. Infatti, OAM rappresenta un grado di libertà illimitato, poiché il fronte di fase può teoricamente avvolgersi un numero arbitrario di volte all'interno di un periodo ottico.

Offre quindi una base drasticamente ampliata per la codifica delle informazioni rispetto agli stati di polarizzazione della luce comunemente usati, che sono limitati a una base bidimensionale. Il multiplexing delle informazioni in una base così dimensionale più elevata offrirebbe la possibilità di migliorare notevolmente l'efficienza dei protocolli di informazione sia classici che quantistici. Per di più, trasferire valori così elevati di momento angolare a particelle massicce è una risorsa potente per schemi di manipolazione ottica su scala atomica (cioè pinzette atomiche).

I ricercatori del team guidato da Jacqueline Bloch presso il Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies (C2N, CNRS-Univ. Parigi-Sud/Parigi-Saclay) a Palaiseau, insieme ai collaboratori del Laboratorio PhLAM di Lille e dell'Institut Pascal di Clermont-Ferrand, hanno riportato la dimostrazione di una nuova architettura laser integrata che emette luce in uno stato chirale, producendo così cavatappi di luce. Il vantaggio dirompente di questo microlaser risiede nella possibilità di controllare l'orientamento del cavatappi (da senso orario ad antiorario) con semplici mezzi ottici. Il loro lavoro è stato pubblicato in Fotonica della natura .

Per generare questi stati di luce chirali, i ricercatori hanno utilizzato un approccio basato su due ingredienti principali. Primo, hanno fabbricato una cavità laser esagonale formata da sei micropilastri accoppiati. Come risultato della simmetria rotazionale del loro dispositivo, le modalità risonanti presentano OAM con valori ben definiti. In secondo luogo, al fine di favorire l'emissione da modalità ottiche sia oraria che antioraria, che richiede la rottura della simmetria di inversione temporale nel sistema, hanno beneficiato di un accoppiamento ingegnerizzato tra la polarizzazione e l'OAM della luce. Questo accoppiamento permette di generare un'emissione laser con una chiralità netta utilizzando una pompa ottica polarizzata circolarmente. Di conseguenza, questo nuovo microlaser emette luce coerente in senso orario o antiorario a seconda della polarizzazione circolare della pompa ottica.

Lo schema molto generale proposto e implementato in questo lavoro apre la strada alla realizzazione di nuove generazioni di microlaser che emettono luce chirale che potrebbero essere utilizzati per codificare informazioni nella base del momento angolare orbitale.