I ricercatori dell’Università di Rochester e dell’Università della California, Santa Barbara hanno progettato un laser su scala di chip con applicazioni che spaziano dalla guida di veicoli autonomi al rilevamento di onde gravitazionali.
I ricercatori dell’Università di Rochester e dell’Università della California, Santa Barbara, hanno progettato un dispositivo laser più piccolo di una moneta da un centesimo che potrebbe alimentare di tutto: dai sistemi LiDAR utilizzati nei veicoli a guida autonoma al rilevamento di onde gravitazionali.
Le tecniche di misurazione laser, note come metrologia ottica, possono essere utilizzate per studiare le proprietà fisiche di oggetti e materiali, ma l’attuale metrologia ottica richiede apparecchiature ingombranti e costose per ottenere un controllo preciso delle onde laser, creando un rallentamento nell’implementazione di sistemi semplificati ed economici.
Il nuovo laser su scala di chip, descritto in un articolo pubblicato su Light: Science & Applications, può effettuare misurazioni estremamente rapide e accurate cambiando con estrema precisione il suo colore in un ampio spettro di luce a velocità elevatissime, circa 10 quintilioni di volte al secondo. A differenza della tradizionale fotonica al silicio, il laser è realizzato con un materiale sintetico chiamato niobato di litio e sfrutta un fenomeno fisico noto come effetto Pockels, che modifica l’indice di rifrazione di un materiale in presenza di un campo elettrico.
Le applicazioni del nuovo laser
“Ci sono diverse applicazioni a cui puntiamo che possono già trarre vantaggio dai nostri progetti. La prima è il LiDAR, già utilizzato nei veicoli autonomi, ma una forma più avanzata, nota come LiDAR a onda continua modulata in frequenza, richiede un ampio intervallo di sintonizzazione e una rapida sintonizzazione della frequenza del laser, ed è proprio ciò che il nostro laser può fare” spiega Shixin Xue, dottoranda guidata da Qiang Lin, professore di ingegneria elettrica, informatica e ottica del Preside, entrambi tra gli autori dell’articolo.
I ricercatori hanno dimostrato che il loro laser potrebbe essere utilizzato per pilotare un sistema LiDAR su un disco rotante e identificare le lettere U e R ricavate da mattoncini giocattolo. Affermano che la dimostrazione in miniatura potrebbe essere ampliata per rilevare veicoli e ostacoli a velocità e distanze autostradali.
I ricercatori hanno anche dimostrato che il laser su scala di chip può essere utilizzato per l’aggancio di frequenza laser Pound-Drever-Hall (PDH), una tecnica comune utilizzata per restringere, stabilizzare e ridurre il rumore di un laser: “È un processo molto importante che può essere utilizzato per orologi ottici in grado di misurare il tempo con estrema precisione, ma per farlo sono necessarie molte attrezzature. Il nostro laser può integrare tutti questi elementi in un chip molto piccolo che può essere regolato elettricamente” afferma Xue, osservando che una configurazione tipica potrebbe richiedere strumenti delle dimensioni di un computer desktop, come un laser intrinseco, un isolatore, un modulatore ottico acustico e un modulatore di fase.
La ricerca è stata in parte finanziata dal programma Lasers for Universal Microscale Optical Systems (LUMOS) della Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) e dalla National Science Foundation.
Foto J. Adam Fenster / University of Rochester
