Interazione della luce: una rivoluzione nella fotonica programmabile
Negli anni ’60, i fisici hanno scoperto come la luce potesse interagire con se stessa in modi affascinanti grazie a un processo noto come generazione di seconda armonica. In materiali specifici, due fotoni di una certa frequenza possono interagire per produrre un altro fotone con frequenza doppia, trasformando, ad esempio, la luce rossa in verde. Da allora, queste ottiche non lineari sono state sfruttate in tecniche che vanno dalla misurazione di precisione al calcolo quantistico.
Luce scolpita
Un processo chiave nelle ottiche non lineari è il phase matching, ovvero la capacità di sincronizzare due onde luminose diverse per mantenerle in fase. I materiali ordinari non permettono generalmente questo in modo naturale e devono quindi essere “scolpiti” attraverso complessi processi di nanofabbricazione. Un esempio è la crescita di pattern di materiale semiconduttore sulla superficie per formare un reticolo che costringe la luce di una certa lunghezza d’onda a interagire in modo non lineare, mantenendo le fasi sincronizzate. Questo è noto come effetto χ(2).
Tuttavia, questi pattern sono fissi, così come il tipo di interazioni che il materiale consente e le potenziali applicazioni. La svolta di Ryotatsu Yanagimoto e colleghi della Cornell University supera queste limitazioni. Hanno trovato un modo per indurre gli stessi tipi di cambiamenti in un materiale utilizzando un campo di luce esterno. Proiettando un pattern di luce sul materiale, è possibile creare lo stesso tipo di effetto χ(2).
Un chip fotonico programmabile
Questo meccanismo ingegnoso consente al team di creare reticoli di phase matching versatili e personalizzabili in tempo reale. “Questo ci ha permesso di creare profili di luce spaziali distinti su più lunghezze d’onda”, afferma il team. La meccanica sottostante coinvolge una guida d’onda a lastra composta da un nucleo di nitruro di silicio, uno strato di nitruro ricco di silicio fotoconduttivo e un elettrodo di ossido di indio-stagno. Quando illuminato da luce laser verde strutturata, lo strato fotoconduttivo diventa localmente conduttivo, inducendo una non linearità programmabile.
In una dimostrazione, Yanagimoto e il suo team hanno utilizzato la tecnica per scrivere il nome “Cornell” in luce di seconda armonica nel tempo. Hanno ottenuto questo risultato utilizzando un’illuminazione strutturata sullo strato fotoconduttivo, attivando selettivamente la non linearità indotta dal campo elettrico sulla superficie del chip. Quando è stata applicata la tensione di polarizzazione, queste regioni illuminate sono diventate attive, generando luce di seconda armonica a una frequenza doppia rispetto al raggio laser in ingresso, ma modulata nel tempo in modo da scrivere il nome dell’università.
Questa adattabilità dovrebbe aprire nuove possibilità nel campo della scienza ottica e delle tecnologie che essa abilita, promettendo di rivoluzionare il modo in cui interagiamo con la luce e le sue applicazioni.
Fonte: Discovery Technology
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