Illustrazione astratta. Credito:Korea Institute of Science and Technology (KIST)
I laser a impulsi emettono ripetutamente luce per un breve periodo di tempo come se lampeggiassero. Hanno il vantaggio di concentrare più energia di un laser ad onda continua, la cui intensità si mantiene inalterata nel tempo. Se i segnali digitali vengono caricati in un laser pulsato, ogni impulso può codificare un bit di dati. Nel rispetto, maggiore è il tasso di ripetizione, maggiore è la quantità di dati che possono essere trasmessi. Però, i laser pulsati convenzionali basati su fibra ottica hanno tipicamente avuto una limitazione nell'aumentare il numero di impulsi al secondo al di sopra del livello MHz.
Il Korea Institute of Science and Technology (KIST) ha annunciato che il team di ricerca guidato dal ricercatore senior Dr. Yong-Won Song presso il Center for Opto-Electronic Materials and Devices è stato in grado di generare impulsi laser a una velocità di almeno 10, 000 volte superiore allo stato dell'arte. Questo risultato è stato ottenuto inserendo un risonatore aggiuntivo contenente grafene in un oscillatore laser pulsato a fibra ottica che opera nel dominio dei femtosecondi (10 -15 secondi). Si prevede che la trasmissione dei dati e la velocità di elaborazione aumenteranno in modo significativo applicando questo metodo alle comunicazioni di dati.
Il team di ricerca KIST ha notato che le caratteristiche della lunghezza d'onda e dell'intensità della luce laser che cambiano nel tempo sono correlate (trasformata di Fourier). Se un risonatore viene inserito nell'oscillatore laser, la lunghezza d'onda del laser pulsato viene periodicamente filtrata, modificando così il pattern di variazione dell'intensità del laser. Sulla base di questa ricerca di fondo, Il ricercatore principale Song ha sintetizzato il grafene, che ha le caratteristiche di assorbire ed eliminare la luce debole e di amplificarne l'intensità facendo passare solo luce forte nel risonatore. Ciò consente di controllare con precisione la variazione dell'intensità del laser ad alta velocità, e così la velocità di ripetizione degli impulsi potrebbe essere aumentata ad un livello più alto.
Il grafene (Gf) è stato sintetizzato direttamente sulla superficie di un filo di Cu che fungeva da hub per microfibre a diametro controllato (DCMF) per formare il risonatore ad anello. Lo strato Gf è stato fisicamente in contatto con i DCMF per l'interazione non lineare con danni completamente ridotti al minimo. Lo schema di blocco della modalità Gf convenzionale senza un risonatore ad anello viene confrontato con lo schema proposto. Anche, viene descritta la scalabilità verso il funzionamento multicanale. Credito:Korea Institute of Science and Technology (KIST)
Per di più, il grafene è tipicamente sintetizzato sulla superficie di un metallo catalitico, e quindi il prodotto viene separato dal catalizzatore e trasferito sulla superficie di un substrato desiderato. In questo processo, c'è stato in genere il problema che il grafene è danneggiato o vengono introdotte impurità. Il suddetto gruppo di ricerca KIST ha risolto il problema della ridotta efficienza che si verifica durante il processo di produzione formando il grafene direttamente sulla superficie di un filo di rame, che è facilmente ottenibile, e ricoprendo ulteriormente il filo con una fibra ottica per il suo uso come risonatore.
Di conseguenza, è stato possibile ottenere una frequenza di ripetizione di 57,8 GHz, superando così i limiti dei laser pulsati in termini di velocità di ripetizione, tipicamente vincolato a MHz. Inoltre, la caratteristica del grafene tale che il calore viene generato localmente quando il laser viene assorbito, è stato sfruttato per mettere a punto le caratteristiche del risonatore al grafene applicando un laser aggiuntivo al dispositivo.
Il ricercatore Seong-Jae Lee del KIST ha affermato:"Nello scenario attuale, in cui la domanda di traffico dati è in aumento esponenziale, si prevede che i laser a impulsi ultraveloci che operano a velocità ultra elevate e ammettono caratteristiche di sintonizzazione forniranno un nuovo approccio per adattarsi a questo scenario di elaborazione dei dati in rapida evoluzione." Principal Researcher Song, chi ha condotto questa ricerca, ha aggiunto:"Ci aspettiamo che lo sviluppo di laser a impulsi ultraveloci basati su risonatori e grafene porterà il nostro vantaggio nello sviluppo tecnologico e nel mercato correlato nel campo dei dispositivi di informazione ottica basati su nanomateriali".
