19:34 20 Giugno 2019
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Fisici da Russia e Svizzera hanno incorporato un nano-laser in un microchip

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Scienziati del Russian Quantum Center dell'Università statale di Mosca, dell'Istituto di fisica e tecnologia di Mosca e della Svizzera hanno scoperto come integrare un analizzatore chimico laser supersensibile in un chip di silicio convenzionale. Una descrizione del loro metodo di "stampa" è stata presentata sulla rivista Nature Communications.

"L'intero sistema può contenere un volume inferiore a un centimetro cubo e, soprattutto, richiede una fonte di corrente con una potenza di solo 1 watt, ovvero una batteria normale.La compatibilità con le tecnologie di produzione elettroniche standard, la semplicità del circuito ottico e il basso costo rendono questo sistema estremamente attraente per la produzione di massa", dice Andrei Voloshin del Russian Quantum Center.

Due anni fa Mikhail Gorodetsky, direttore di ricerca dell'RCC e professore presso l'Università statale di Mosca, ha creato un dispositivo compatto, un chip di fotoni che consente di ottenere un raggio laser con uno spettro insolito, come un pettine, per il quale solitamente si utilizza un sistema laser complesso, ingombrante e costoso.

Come disse allora il fisico, la tecnologia sviluppata dal suo gruppo consentirà di ridurre la grandezza di questo dispositivo di centomila volte. Il classico dispositivo di questo tipo è una scatola con dimensioni di 1x1m, e il volume del loro risonatore compatto sarà di un solo centimetro cubo.

Tali impulsi "a pettine" sono di interesse per scienziati e ingegneri perché consentono di "convertire" i segnali dello spettro radio nello spettro ottico e viceversa, il che contribuirà a migliorare la precisione dei ricevitori GPS, orologi, spettrometri e strumenti astronomici. Per la scoperta della tecnica di creare questo "pettine" con l'aiuto dei laser, John Hall e Theodore Hansch hanno ricevuto il premio Nobel per la fisica nel 2005.

La base di questo dispositivo era la cosiddetta microrisonatore. In poche parole, si tratta di una "ciambella" realizzata con un materiale speciale, nitruro di silicio o fluoruro di magnesio, in cui la luce si muove in cerchio, riflettendosi sulle sue pareti. Le pareti di questo dispositivo possono essere costruite in modo tale che alcuni impulsi siano amplificati, mentre altri vengono estinti, il che consente di ottenere impulsi laser con uno spettro "a pettine".

Un anno fa, Gorodetsky ei suoi colleghi hanno fatto un grande passo avanti nell'implementazione pratica di questa tecnologia, sono riusciti ad adattarla al lavoro con fonti di luce "di bassa qualità", inclusi diodi laser economici e compatti. Questo ha ridotto drasticamente i costi e ha permesso agli scienziati di pensare all'attuazione pratica di queste idee.+

Così gli scienziati hanno creato un risonatore dalle dimensioni di un solo millimetro, e collegarlo con successo al laser. Questo dispositivo produce un raggio laser auto-stabilizzante da 100 milliwatt, consumando meno di un watt di energia.

"Parte della radiazione circolante all'interno del microrisonatore ricadeva nel diodo laser, che forniva un rapido feedback ottico.Grazie a questo processo, che si chiama allungamento in radiofisica, il sistema funzionava come un potente laser stabilizzato, e veniva generato un pettine ottico con un alto grado di coerenza " spiega Sophia Agafonov del MIPT.

Secondo gli scienziati, tali emettitori possono essere incorporati in chip che verrebbero utilizzati non solo nella produzione di analizzatori chimici, ma anche nella creazione di sistemi di comunicazione ad alta velocità, radar laser e altri dispositivi che richiedono pettini ottici di alta qualità.

In futuro, gli scienziati prevedono di sviluppare uno spettrometro compatto, una sorgente a più frequenze di radiazioni laser a banda stretta. Per fare ciò, è necessario sviluppare la tecnologia di produzione dei dispositivi integrati fotonici e risolvere molti altri problemi di ingegneria.

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Tecnologia, Laser, tecnologia, Accademia Russa delle Scienze, Russia
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