La tecnologia laser quantica fa qualcosa di nuovo

Il progetto NINFA (Nanostructure injected lasers for ultra-high frequency applications), finanziato dall’UE, è stato incentrato su nuovi approcci fotonici per la generazione di segnali ad altissima frequenza. Questi offrono costi e complessità ridotti, possibilità di regolare la frequenza e minor consumo di energia rispetto alle tecniche tradizionali basate su circuiti elettronici.

Sono state sviluppate diverse tecniche per la generazione di segnali ad altissima frequenza, tutte basate su laser a semiconduttore. Tra queste, il mode-locking è in grado di generare segnali a microonde e a onde millimetriche con disturbi ridotti. Tuttavia, la frequenza del segnale generato è determinata dalla spaziatura di frequenza del modo longitudinale del laser. L’Iniezione ottica è la tecnica che consente la generazione di segnali sintonizzabili.

In passato, ricercatori si sono avvalsi dei laser a pozzo quantico tradizionali per generare segnali a microonde, a onde millimetriche e a THz. Il team del progetto NINFA ha valutato la possibilità di utilizzare nanostrutture laser basate sulle regioni attive a quantum dot e quantum dash (dash e punti quantici). Questi dispositivi hanno attirato la loro attenzione grazie alle intrinseche proprietà eccellenti come la ridotta dipendenza dalla temperatura.

I ricercatori NINFA hanno studiato in maggiore dettaglio i laser a quantum dash e a quantum dot in grado di funzionare alle lunghezze d’onda di 1.310 nm e 1.550 nm, che svolgono un ruolo cruciale nel settore delle telecomunicazioni. Grazie al loro straordinario lavoro sperimentale, gli scienziati hanno fornito mappe di stabilità complete e descrizioni di comportamenti non lineari.

Il chiarimento di questi comportamenti ha dimostrato l’adeguatezza dell’iniezione ottica per la generazione di segnali a onde altissime sintonizzabili. Il team NINFA ha messo a punto per la prima volta un sistema di generazione dei segnali a microonde basato su quantum dot in grado di garantire una sintonizzazione completa e continua da valori inferiori a 1 gigahertz (GHz) a valori superiori a 40 GHz e compatibile con le tecnologie di comunicazione a fibra ottica.

Il lavoro supplementare ha portato alla generazione di onde millimetriche e segnali THz sintonizzabili con frequenze comprese tra 119 e 954 GHz. Tale estensione nella gamma di frequenze dei laser nanostrutturati spinge queste tecnologie verso le frontiere dell’imaging, della spettroscopia e delle applicazioni di sicurezza. Il progetto NINFA ha liberato il potenziale della tecnologia dei laser quantici, in grado di garantire prestazioni superiori, e ha spianato la strada alla realizzazione di nuovi entusiasmanti dispositivi e applicazioni.