Innovazione della fotonica attraverso la collaborazione

La fotonica, un ramo della fisica che si occupa delle applicazioni tecniche della luce, dalle telecomunicazioni ai circuiti integrati e i sensori, sta maturando rapidamente. Il professor Hercules Avramopoulos, direttore del Laboratorio di ricerca per le comunicazioni fotoniche presso il Politecnico di Atene, dice che questo campo si trova grosso modo al punto in cui si trovava l'elettronica negli anni '60.

"Negli anni '60 si sono avuti i primi circuiti integrati. La fotonica di oggi sta vivendo una simile rivoluzione che porterà a una serie di applicazioni con grandi benefici per l'industria e la società", dice il prof. Avramopoulos.

La tendenza è guidata in larga misura dalla crescente domanda di larghezza di banda e di capacità sulle reti di comunicazione, dai telefoni cellulari a internet. Inoltre, la possibilità dei sistemi ottici di funzionare a velocità molto più alte rispetto ai tradizionali circuiti elettronici sta facendo emergere l'esigenza di un'interconnessione più veloce tra i sistemi di datacom, dai server al vostro personal computer.

Anche se la ricerca in questo campo sta facendo progressi in Europa, Asia e Stati Uniti, il settore continua a trovarsi di fronte a diverse sfide. Non ultima, nel caso dell'Europa, la natura varia e disparata di istituti di ricerca, dipartimenti universitari e aziende coinvolti nella ricerca e lo sviluppo della fotonica, tra i quali ci sono un gran numero di piccole e medie imprese (PMI).

"La fotonica sta maturando rapidamente ma non si trova ancora nello stadio in cui si può andare al negozio del quartiere e comprare prodotti fotonici, come si comprano oggetti elettronici. Gran parte di questo settore è ancora in fase di ricerca e sperimentazione, e fare un esperimento in fotonica spesso comporta l'uso di attrezzature molto costose e dispositivi che non si trovano facilmente. Inoltre, servono competenze, spesso multidisciplinari, che permettano di associare conoscenze di fisica dei materiali e competenze nel campo di applicazione. In generale, non si riesce a trovare tutti questi ingredienti in singoli laboratori", spiega il prof. Avramopoulos.

Per risolvere questi problemi, gli istituti accademici e di ricerca di 12 paesi europei si sono riuniti nel progetto EURO-FOS ("Pan-European photonics task force: integrating Europe's expertise on photonic subsystems") con il sostegno di oltre 4 milioni di euro della Commissione europea. Il consorzio ha realizzato le reti e gli strumenti necessari per riunire risorse e tecnologie tra una moltitudine di organizzazioni che lavorano alla ricerca sulla fotonica in tutta Europa, aiutando allo stessto tempo i ricercatori che si occupano di fotonica a condividere conoscenze e competenze. Nel corso di quattro anni hanno svolto quasi 100 esperimenti congiunti, coinvolgendo più di 300 giovani ricercatori a livello di dottorato e post-dottorato.

"La Rete di eccellenza EURO-FOS è stata guidata dall'esigenza di potenziare e coadiuvare la collaborazione tra organizzazioni e ricercatori in tutta Europa. Il progetto ha raggiunto questo obiettivo con grande successo", spiega il prof. Avramopoulos, che ha coordinato EURO-FOS.

Un laboratorio di fotonica paneuropeo

Le 17 organizzazizoni che hanno formato la Rete di eccellenza EURO-FOS hanno ampie competenze nella progettazione, lo sviluppo e il collaudo di componenti e sottosistemi fotonici che sono applicabili in reti di comunicazioni a onde luminose ad alta capacità. Riunendosi hanno potuto condividere know-how e innovazioni gli uni con gli altri e con altre organizzazioni che lavorano nel settore, nell'ambito di un'ambiziosa iniziativa che ha portato alla creazione di un potente laboratorio virtuale paneuropeo.

Il laboratorio, chiamato "Eurofoslab", ha riunito componenti all'avanguardia, dispositivi, sottosistemi, banchi di prova e accesso a collegamenti in fibra ottica impiegati. Le sue risorse sono fisicamente situate presso i 17 laboratori della rete, ma sono amministrate centralmente per mezzo di strumenti web sviluppati dall'Università dell'Essex nel Regno Unito. Gli strumenti permettono di prenotare le risorse condivise e di programmare esperimenti congiunti usando attrezzature che si trovano in tutta Europa.

L'inventario di Eurofoslab contiene oltre 700 elementi, compresi 48 sistemi completi e banchi di prova, come i banchi di prova terabit-per-secondo a "multiplazione ottica a divisione di tempo" (Optical time-division multiplexing - OTDM) e "multiplazione ortogonale a divisione di frequenza" (Orthogonal frequency-division multiplexing - OFDM), banchi di prova "multiplazione a divisione di onda" (Wave Division Multiplexing - WDM) coerenti, sistemi di trasmissione WDM a 1550 e 1310 nanometri, sistemi "radio su fibra" (Radio over Fibre - RoF) basati su fibre a singola modalità e multimodalità e molto altro. Comprende anche oltre 50 sottosistemi autonomi come "terminali di linea ottica" (optical line terminals - OLT) completi, "unità di rete ottica" (optical network units - ONU), trasmettitori, ricevitori e unità di rigenerazione e un gran numero di dispositivi fotonici e optoelettronici, 14 piattaforme di simulazione e l'accesso a quattro collegamenti in fibra installati.

"Il tipo di esperimenti che Eurofoslab ha permesso non sarebbero possibili in singoli laboratori. Lavorando insieme con più risorse a disposizione, i ricercatori hanno potuto tentare imprese sperimentali più ambiziose e su scala più larga", dice il coordinatore di EURO-FOS. "Questo ha inoltre aiutato a creare economie di scala per lo sviluppo, il collaudo e la convalida di sistemi e sottosistemi fotonici".

Il lavoro svolto attraverso Eurofoslab nell'ambito del progetto EURO-FOS si è concentrato su quattro aree fondamentali della ricerca sulla fotonica: sistemi di trasmissione ottica digitale, fonti e amplificazioni ottiche, sottosistemi di reti ottiche ad alta velocità e sottosistemi di accesso ottici di prossima generazione.

Il lavoro finora ha avuto come risultato oltre 200 pubblicazioni scientifiche e la richiesta di sette brevetti. Inoltre la rete ha aperto opportunità di collaborazione con altre organizzazioni in tutto il mondo e ha rafforzato i legami tra la comunità accademica e l'industria.

"Tutti sanno cosa sia un telefono cellulare, per esempio, ma non sempre conoscono la tecnologia che lo fa funzionare e come l'innovazione potrebbe farlo funzionare meglio. Man mano che la tecnologia fotonica matura, dalle applicazioni sperimentali di ricerca si farà strada in un numero crescente di applicazioni nel mondo reale con benefici potenzialmente enormi per tutti. EURO-FOS ha dato un contributo considerevole per raggiungere questo obiettivo", dice il prof. Avramopoulos.

Il progetto EURO-FOS ha ricevuto finanziamenti per la ricerca nell'ambito del Settimo programma quadro (7° PQ) dell'Unione europea.

Collegamento al progetto su CORDIS:

- 7° PQ su CORDIS
- Scheda informativa del progetto EURO-FOS su CORDIS

Collegamento al sito web del progetto:

- Sito web "Pan-European photonics task force: integrating Europe's expertise on photonic subsystems"
- Sito web del laboratorio virtuale paneuropeo "Eurofoslab"

Altri collegamenti:

- Sito web dell'Agenda digitale della Commissione europea