Guidare il laser a «ragnatela»
Alcuni scienziati hanno trovato un modo per controllare con precisione un laser a rete, ovvero un sistema di laser che si basa su una rete somigliante a una ragnatela, al fine di produrre solamente colori specifici o combinazioni di colori per volta. Tale sistema potrebbe trovare nuove applicazioni nel campo della rilevazione, dell’informatica e dell’apprendimento automatico. La ricerca, pubblicata sulla rivista «Nature Communications», è stata condotta dall’Imperial College di Londra e, successivamente, sostenuta dai progetti EPNRL e CORAL, finanziati dall’UE. I risultati dell’EPNRL, derivanti dalla proficua collaborazione tra esperti di teoria delle reti, fotonica e dispositivi a semiconduttore, hanno portato all’avvio del CORAL.
Una tipologia di laser differente
Cosa distingue i laser a rete dai laser tradizionali? Come indicato in un articolo pubblicato sulla pagina web dell’Imperial College di Londra, nei laser tradizionali la luce è generata in fasci stretti che rimangono stabili su lunghe distanze. Tuttavia, la luce laser è solitamente emessa in un’unica frequenza e, di conseguenza, ha un solo colore. I laser a rete, invece, «sono composti da una rete di fibre ottiche su nanoscala che vengono fuse insieme in modo da formare una rete a ragnatela». La luce, viaggiando lungo le fibre, interferisce in modo tale da creare centinaia di colori contemporaneamente. «Tuttavia, i colori vengono mescolati in una forma complessa ed emessi in modo casuale in tutte le direzioni». Il team di ricerca ha sviluppato un metodo per controllare il laser a rete con precisione in modo che possa produrre luce di colori diversi. Il team ha dimostrato «modelli d’illuminazione» unici sui laser, scoprendo così che ogni modello genera un colore o una combinazione di colori laser differente. I modelli d’illuminazione sono stati realizzati mediante l’impiego di un dispositivo digitale a microspecchi, (DMD, Digital Micromirror Device) ovvero un dispositivo computerizzato composto da varie centinaia di migliaia di specchi microscopici disposti in una matrice rettangolare sulla relativa superficie. Come riportato nell’articolo, «il DMD viene ottimizzato da un algoritmo che seleziona il modello migliore per un colore laser specifico». «Abbiamo unito la matematica della teoria delle reti alla scienza dei laser per il controllo di questi laser complessi. Riteniamo che ciò costituirà il fulcro dell’elaborazione luminosa sui chip e lo stiamo testando ora come hardware d’apprendimento automatico», afferma il prof. Riccardo Sapienza, coautore dello studio, del Dipartimento di fisica dell’Imperial College di Londra nel medesimo articolo. Il prof. Mauricio Barahona, coautore, del Dipartimento di Matematica dell’Imperial College di Londra, osserva: «Questo è un esempio in cui abbiamo assistito all’unione tra la matematica e la fisica, dimostrando come le proprietà di una rete possano incidere e favorire il controllo del processo d’emissione di laser. La prossima grande sfida consisterà nella progettazione di reti e modelli d’illuminazione volti a controllare il profilo temporale della luce laser e a codificarne le informazioni». Il progetto biennale EPNRL (Electrically pumped network random lasers) si è concluso nel 2020. Il CORAL (COntrolling network RAndom Lasers on chip) è stato avviato a marzo dello stesso anno e terminerà nel 2024. Per maggiori informazioni, consultare: pagina web del Progetto CORAL progetto EPNRL
Parole chiave
CORAL, EPNRL, laser, laser a rete, luce, colore, dispositivo digitale a microspecchi, rete
