Piccoli dispositivi fotonici potrebbero essere usati per trovare nuovi esopianeti, monitorare la salute, e rendere Internet più efficiente dal punto di vista energetico. Ricercatori della Chalmers University of Technology, Svezia, ora presentano un microcomb rivoluzionario che potrebbe avvicinare le applicazioni avanzate alla realtà.

Un microcomb è un dispositivo fotonico in grado di generare una miriade di frequenze ottiche, colori, su una minuscola cavità nota come microrisonatore. Questi colori sono distribuiti uniformemente in modo che il micropettine si comporti come un "righello fatto di luce." Il dispositivo può essere utilizzato per misurare o generare frequenze con estrema precisione.

In un recente articolo sulla rivista Fotonica della natura , otto ricercatori di Chalmers descrivono un nuovo tipo di micropettine su un chip, basato su due microrisonatori. Il nuovo microcomb è un coerente, dispositivo sintonizzabile e riproducibile con efficienza di conversione netta fino a 10 volte superiore rispetto allo stato attuale dell'arte.

"Il motivo per cui i risultati sono importanti è che rappresentano una combinazione unica di caratteristiche, in termini di efficienza, funzionamento a bassa potenza, e controllo che non hanno precedenti nel settore, "dice Óskar Bjarki Helgason, un dottorato di ricerca studente presso il Dipartimento di Microtecnologie e Nanoscienze di Chalmers, e primo autore del nuovo articolo.

I ricercatori di Chalmers non sono i primi a dimostrare un micropettine su un chip, ma hanno sviluppato un metodo che supera diversi limiti ben noti nel campo. Il fattore chiave è l'uso di due cavità ottiche, i microrisonatori, anziché uno. Questa disposizione si traduce nelle caratteristiche fisiche uniche.

Posto su un chip, il micropettine di nuova concezione è così piccolo che si adatterebbe all'estremità di un capello umano. Gli spazi tra i denti del pettine sono molto ampi, che apre grandi opportunità per ricercatori e ingegneri.

Una vasta gamma di potenziali applicazioni

Poiché quasi tutte le misurazioni possono essere collegate alla frequenza, i microcomb offrono una vasta gamma di potenziali applicazioni. Potevano, Per esempio, diminuire radicalmente il consumo di energia nei sistemi di comunicazione ottica, con decine di laser sostituiti da un singolo microcomb su scala di chip nelle interconnessioni dei data center. Potrebbero essere utilizzati anche in lidar per veicoli a guida autonoma, per la misurazione delle distanze.

Un'altra interessante applicazione per i microcomb è la calibrazione degli spettrografi utilizzati negli osservatori astronomici dedicati alla scoperta di esopianeti simili alla Terra. Ulteriori possibilità sono orologi ottici estremamente precisi e app di monitoraggio della salute per telefoni cellulari. Analizzando la composizione dell'aria espirata, i medici potrebbero potenzialmente diagnosticare le malattie nelle fasi iniziali.

"Affinché la tecnologia sia pratica e trovi il suo utilizzo al di fuori del laboratorio, abbiamo bisogno di co-integrare elementi aggiuntivi con i microrisonatori, come laser, modulatori ed elettronica di controllo. Questa è una sfida enorme che richiede dai cinque ai dieci anni e un investimento nella ricerca ingegneristica. Ma sono convinto che accadrà, "dice Victor Torres Company, che guida il progetto di ricerca a Chalmers. Lui continua:

"I progressi e le applicazioni più interessanti sono quelli che non abbiamo ancora nemmeno concepito. Ciò sarà probabilmente reso possibile dalla possibilità di avere più microcomb sullo stesso chip. Cosa potremmo ottenere con decine di microcomb che non possiamo fare con uno ?"