Costruito il primo transistor ottico al mondo

Costruito il primo transistor ottico al mondo

Questa è una microfotografia a falsi colori di un microscopio elettronico a scansione del microrisuonatore utilizzato nello studio. La parte rossa in alto è un toroide di silice

L’invenzione del transistor, una sorta di interruttore elettronico, inaugurò, nel lontano 1947, l’era dell’elettronica a stato solido, che rivoluzionò la tecnologia di allora. Oggi è diventato sempre più essenziale, nell’era delle telecomunicazioni, controllare e modulare il flusso della luce dentro i cavi in fibra ottica che oramai cablano l’intero pianeta. Il professor Tobias Kippenberg e la sua

squadra del laboratorio PFL di Fotonica e misurazioni quantistiche hanno scoperto un nuovo modo per accoppiare luce e vibrazioni. Utilizzando questa scoperta, hanno costruito un dispositivo in cui un fascio di luce che viaggia attraverso un microrisuonatore ottico potrebbe essere controllato da un secondo fascio di luce più forte. Il dispositivo agisce così come un transistor ottico, in cui un fascio di luce influenza l’intensità di un altro.

Il loro microrisuonatore ottico ha due caratteristiche: anzitutto, intrappola la luce in una struttura di vetro, guidando il fascio in uno schema circolare. In secondo luogo, la struttura vibra, come un bicchiere di cristallo, a frequenze ben definite. Ma a causa della dimensione della struttura (una frazione del diametro di un capello umano), queste frequenze sono 10.000 volte superiori a una vibrazione di un bicchiere. Quando la luce entra nel dispositivo, i fotoni esercitano una forza chiamata pressione di radiazione, che è notevolmente amplificata dal risonatore. La crescente pressione deforma la cavità, accoppiando la luce alle vibrazioni meccaniche. Sevengono utilizzati due fasci di luce, l’interazione dei due laser con le vibrazioni creano una sorta di “interruttore” ottico: uno dei due laser, chiamato “di controllo”, riesce a far passare o meno la luce del secondo laser, proprio come farebbe un transistor con gli elettroni.

“Sapevamo da più di due anni che questo effetto era teoricamente possibile”, spiega lo scienziato Albert Schliesser del Max-Planck-Institut, ma mostrarlo in pratica è stato un risultato difficile. “Una volta che abbiamo capito dove andare a cercare, era proprio lì”, ricorda Stefan Weis dell’EPFL, uno dei principali autori della ricerca. Lo scienziato Samuel Deléglise nota che “l’accordo tra teoria ed esperimento è davvero sorprendente.”

La scoperta di questo nuovo effetto, battezzato “OMIT” (optomechanically-induced transparency,  trasparenza optomeccanicamene indotta), potrebbe offrire funzionalità del tutto nuove per la fotonica. Conversioni da radiazioni a vibrazioni sono già state ampiamente utilizzate; nei telefoni cellulari, ad esempio, un ricevitore converte la radiazione elettromagnetica in vibrazioni meccaniche, permettendo al segnale di essere filtrato in modo efficiente. Ma è stato impossibile fare questo tipo di conversione con la luce. Con un dispositivo OMIT, un fascio di fotoni potrebbe per la prima volta essere convertito in una vibrazione meccanica. Questo potrebbe aprire una vasta gamma di possibilità nel settore delle telecomunicazioni. Ad esempio, nuove memorie ottiche potrebbero contenere informazioni per diversi secondi, secondo i ricercatori.