Una ricerca presenta la nuova tecnologia laser al niobato di litio
Un gruppo di ricercatori in Svizzera ha sviluppato un nuovo tipo di laser a base di niobato di litio (LiNbO3) in grado di controllare la frequenza o l’intensità della luce trasmessa tramite un dispositivo. Il lavoro, sostenuto dai progetti MICROCOMB, OMT, HOT e QUSTEC, finanziati dall’UE, potrebbe avere conseguenze straordinarie sulle tecnologie di misurazione ottica della distanza. Il niobato di litio, un sale sintetico composto da niobio, litio e ossigeno, è ampiamente utilizzato nel mercato delle telecomunicazioni ed è uno dei materiali più sfruttati per i modulatori elettro-ottici ad alta velocità. Come spiega un articolo pubblicato su «Optics.org», la sua utilità risiede nella capacità di «gestire una grande potenza ottica» e di «cambiare le sue proprietà ottiche quando gli viene applicato un campo elettrico». Tuttavia, come notano i ricercatori nello studio pubblicato sulla rivista «Nature», anche se «i recenti progressi hanno condotto alla dimostrazione di laser integrati sintonizzabili a base di LiNbO3, non è stato liberato il pieno potenziale di questa piattaforma per dimostrare il funzionamento di laser integrati con frequenza agile e a larghezza di banda ridotta».
L’unione di niobato di litio e nitruro di silicio
Per ovviare a questo problema, il team di ricerca ha unito il niobato di litio e il nitruro di silicio (Si3N4), dando vita a un nuovo tipo di laser ibrido integrato sintonizzabile. Inizialmente il progetto ha realizzato circuiti integrati fotonici a base di nitruro di silicio negli stabilimenti di OMT e nei laboratori del Politecnico federale di Losanna (EPFL), in Svizzera, coordinatore del progetto HOT e partner del progetto MICROCOMB. I circuiti sono stati poi legati a wafer di niobato di litio presso MICROCOMB, OMT e IBM Research Europe, partner del progetto HOT con sede in Svizzera. Gli autori dello studio descrivono così l’approccio impiegato: «La nostra piattaforma si basa sull’integrazione eterogenea di circuiti integrati fotonici con Si3N4 a bassissima perdita con film sottili di LiNbO3, attraverso l’unione diretta a livello di wafer, a differenza dell’integrazione a livello di chiplet precedentemente dimostrata, con una bassa perdita di propagazione pari a 8,5 decibel per metro, che consente di ottenere laser a larghezza di linea stretta (larghezza di linea intrinseca di 3 kilohertz) tramite l’autocattura (self-injection locking) di un diodo laser. La modalità ibrida del risonatore consente di sintonizzare la frequenza del laser elettro-ottico a una velocità di 12 × 1015 hertz al secondo, con una linearità elevata e una isteresi bassa, mantenendo al contempo una larghezza di linea stretta.» L’approccio adottato dal team ha permesso di ottenere le qualità necessarie per laser che rilevino e misurino la luce. Il prodotto risultante ha dimostrato un basso rumore di frequenza, che suggerisce una frequenza stabile, e una sintonizzazione rapida della lunghezza d’onda. I ricercatori lo hanno quindi utilizzato in un esperimento di misurazione ottica per misurare le distanze con precisione elevata. «Il risultato raggiunto è particolarmente notevole perché il laser offre contemporaneamente un basso rumore di fase e una sintonizzazione rapida di alcuni petahertz al secondo: un traguardo mai raggiunto prima d’ora con un laser integrato su scala di chip», osserva nell’articolo l’autore senior dello studio, il prof. Tobias J. Kippenberg dell’EPFL. Oltre che per lo sviluppo di laser integrati, la piattaforma ibrida sviluppata con il sostegno di MICROCOMB (Applications and Fundamentals of Microresonator Frequency Combs), OMT (OMT - Optomechanical Technologies), HOT (Hybrid Optomechanical Technologies) e QUSTEC (QUSTEC: international, interdisciplinary and intersectoral doctoral programme in Quantum Science and Technologies) potrebbe trovare applicazione anche per realizzare ricetrasmettitori integrati per le telecomunicazioni e trasduttori ottici a microonde destinati al calcolo quantistico. Per ulteriori informazioni, consultare: progetto MICROCOMB sito web del progetto OMT sito web del progetto HOT sito web del progetto QUSTEC
Parole chiave
MICROCOMB, OMT, HOT, QUSTEC, laser, laser integrato, laser sintonizzabile, niobato di litio, nitruro di silicio
