Costruire l'anti

Sep 03, 2023

26 gennaio 2023

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dall'Università di Yale

Basandosi su un rivoluzionario "anti-laser", un team di ricercatori ha sviluppato un sistema in grado di dirigere la luce e altre onde elettromagnetiche per l'elaborazione del segnale senza riflessioni indesiderate del segnale: un'innovazione che potrebbe far avanzare le reti locali, il campo della fotonica e altre applicazioni.

I risultati, guidati da A. Douglas Stone di Yale e Philipp del Hougne dell'Università di Rennes in Francia, sono pubblicati su Science Advances.

Poco più di dieci anni fa, Stone guidò un team nella creazione dell'anti-laser, o "assorbitore perfetto coerente" (CPA). Invece di emettere un raggio come fa un laser, un anti-laser assorbe la luce in ingresso con la stessa precisione.

In un laser, la luce rimbalza avanti e indietro tra due specchi, passando ogni volta attraverso un materiale amplificatore, noto come "mezzo di guadagno", come l'arseniuro di gallio. Poiché la luce ha una lunghezza d'onda specifica, crea un feedback che acquista sempre più intensità. In una tipica sorgente luminosa, ad esempio una lampadina di tutti i giorni, gli atomi si irradiano in modo indipendente e creano luce di molte lunghezze d'onda diverse e di conseguenza la luce va in molte direzioni. Nei laser, invece, gli atomi si irradiano alla stessa frequenza e nella stessa direzione, creando un raggio concentrato di un'unica lunghezza d'onda.

La differenza nell'anti-laser è che invece di utilizzare un materiale amplificante, ne utilizza uno che assorbe la luce, ovvero un "mezzo di perdita". Nella sua versione più semplice, l'antilaser divide un singolo raggio laser in due e dirige i due raggi l'uno nell'altro, incontrandosi in un sottilissimo wafer di silicio. Le onde della luce sono sintonizzate con precisione per intrecciarsi tra loro e rimanere intrappolate. Quindi si dissipano in calore.

Per il loro lavoro più recente, i ricercatori hanno sviluppato questo concetto e sviluppato un dispositivo basato su quelle che chiamano "modalità di diffusione senza riflessione" (RSM).

"Abbiamo chiesto se esiste un principio come questo in cui possiamo guidare la luce invece di trasdurla in un'altra forma di energia", ha detto Stone, professore di fisica applicata e fisica Carl A. Morse. "Perché con le fibre ottiche e i moderni circuiti fotonici, guidare la luce e non farla riflettere è estremamente prezioso."

Da lì hanno sviluppato il dispositivo che, invece di assorbire le onde, le reindirizzava verso canali specifici. Stone ha lavorato alla parte teorica del progetto, mentre Philipp del Hougne dell'Università di Rennes in Francia ha costruito il dispositivo vero e proprio.

"Invece di trasdurre tutto, potrebbe andare tutto nei canali di uscita scelti oppure parte di esso potrebbe essere assorbito e il resto andare nei canali di uscita", ha detto Stone. "Nel prossimo passo, vogliamo realizzare un dispositivo simile in cui l'assorbimento sia trascurabile, in modo che tutta l'energia venga instradata in modo efficiente per svolgere la sua funzione di informazione o rilevamento. C'è un grande interesse in tali tecnologie per ridurre il consumo energetico delle celle reti telefoniche, per esempio."

Il dispositivo ha eliminato i riflessi del segnale, che da tempo rappresentavano un problema per i router di segnale, un ingrediente fondamentale delle moderne reti nanofotoniche e a radiofrequenza. Oltre a causare una perdita di potenza del segnale, tali riflessioni possono causare devastanti echi indesiderati della potenza del segnale riflesso nella rete.

Maggiori informazioni: Jérôme Sol et al, Router di segnale programmabili senza riflessione, Science Advances (2023). DOI: 10.1126/sciadv.adf0323