Verso un utilizzo pratico di amplificatori ottici sensibili alla fase
Gli amplificatori ottici rappresentano strumenti essenziali per i sistemi di comunicazione ottica grazie alla loro capacità di compensare la perdita indotta dalla fibra di trasmissione, garantendo in tal modo l’integrità del segnale delle informazioni trasmesse. La coerenza dei PSA conferisce rilevanza alla relazione di fase tra le onde ottiche in ingresso. Rispetto a tutti gli altri amplificatori ottici, i PSA offrono proprietà uniche e superiori, specialmente in termini di potenziale relativo all’amplificazione silenziosa, alla larghezza di banda ottica molto ampia e all’attivazione di una gamma di funzionalità ultraveloci e interamente ottiche. Nel settore delle comunicazioni vi è un urgente bisogno di sviluppare nuove tecnologie in grado di superare il “limite di capacità di Shannon non lineare”, che rappresenta un’imponente barriera al raggiungimento dell’aumento continuo di capacità necessario ai fini del soddisfacimento della crescente domanda di larghezza di banda. Anche se i PSA dovrebbero rappresentare una parte essenziale di questo sviluppo, prima di un eventuale utilizzo in alcune applicazioni, tra cui quelle del settore delle telecomunicazioni, è necessario gestire alcune importanti sfide. Alcune sfide da affrontare I ricercatori del progetto PSOPA, finanziato dall’UE, hanno deciso di occuparsi di tali sfide. Una di queste consisteva, ad esempio, nella gestione degli indesiderati fenomeni non lineari dello scattering stimolato di Brillouin che limita la potenza ottica che può essere lanciata in una fibra ottica. “Sebbene siano state ideate allo scopo di aumentare la soglia di tale effetto, queste tecniche non sono però esenti da penalità associate in termini di prestazioni,” afferma il coordinatore del progetto Peter Andrekson. “Abbiamo ideato un approccio basato sulle sezioni di stiramento della fibra con isolatori ottici posizionati tra di esse, che ha consentito di ottenere un aumento della soglia maggiore di un ordine di grandezza senza penalità associate.” Un altro ostacolo superato dal progetto PSOPA consisteva nella necessità di ottenere un’onda di pompa a basse emissioni sonore e ad alta potenza su ciascun PSA in un sistema di trasmissione. “In questo caso abbiamo implementato una tecnica interamente ottica in grado di recuperare un’onda di pompa per il PSA attraverso l’utilizzo del cosiddetto metodo dell’“injection locking” che dimostra l’elevatissimo potenziale della tecnica in termini di mantenimento delle prestazioni dell’amplificatore sensibile alla fase in un sistema,” spiega Andrekson. Il progetto PSOPA si è occupato anche di aspetti ingegneristici. “Abbiamo compiuto importanti progressi nella creazione di una piattaforma nuova e compatta per l’implementazione del PSA mediante l’utilizzo di guide d’onda di nitruro di silicio non lineari,” afferma Andrekson. “Sebbene in questi chip non sia ancora stato dimostrato il fenomeno dell’amplificazione non lineare, si tratta pur sempre di una piattaforma promettente che si presta a essere implementata in un’ampia gamma di lunghezze d’onda operative e che facilita lo sviluppo di nuove applicazioni non correlate al settore delle telecomunicazioni.” Andrekson aggiunge che la combinazione di rumore ultrabasso dei PSA e capacità di mitigazione della non linearità della fibra di trasmissione, scoperte nell’ambito del progetto, è stata studiata per la prima volta a livello sperimentale in un sistema di trasmissione ottica a lungo raggio. “Questi esperimenti hanno dimostrato un’estensione di tre volte della portata di trasmissione dei dati altamente significativa rispetto agli amplificatori tradizionali”, afferma l’esperto. Un potenziale commerciale Andrekson osserva inoltre che questi approcci hanno consentito al progetto PSOPA di utilizzare i PSA nell’ambito di una dimostrazione record della proprietà di alta sensibilità in collegamenti ottici nello spazio libero. “Questo obiettivo, raggiunto in una fase tardiva del progetto, continua a essere oggetto di numerosi studi,” afferma Andrekson. “Potrebbe trattarsi dell’opportunità commerciale più promettente offerta dall’iniziativa, con potenziali applicazioni in vari settori, tra cui quello della comunicazione ottica nello spazio libero ad ampissima portata, necessarie per le comunicazioni con la luna o con il pianeta Marte.” È attualmente in corso il dibattito sul progetto tra aziende e agenzie spaziali, tra cui l’Agenzia spaziale europea (ESA).
Parole chiave
PSOPA, PSA, comunicazione ottica, amplificatori sensibili alla fase
