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Uno studio del Politecnico di Milano, condotto insieme alla Stanford University, alla Scuola Superiore Sant’Anna di Pisa e all’Università di Glasgow e pubblicato sulla prestigiosa rivista Light: Science & Applications, ha trovato il modo di separare e distinguere i fasci ottici, anche se sono sovrapposti e la forma in cui arrivano a destinazione viene drasticamente cambiata o è sconosciuta.

Il processore fotonico programmabile

Questa operazione è resa possibile da un processore fotonico programmabile costruito su un chip di silicio di soli 5 mm. 

Il processore creato è in grado di ricevere tutti i fasci ottici attraverso una moltitudine di antenne ottiche microscopiche integrate nel chip, di manipolarli attraverso una rete di interferometri integrati e di separarli su fibre ottiche distinte, eliminando le interferenze reciproche. 

Questo dispositivo permette di gestire quantità di informazioni superiori a 5.000 Ghz, almeno 100 volte superiori agli attuali sistemi wireless ad alta capacità.

Analogamente a quanto avviene nelle fibre ottiche, anche nello spazio libero, la luce può viaggiare sotto forma di fasci di forma diversa, chiamati “modi”, e ognuno di questi modi può trasportare un flusso di informazioni. Generare, manipolare e ricevere più modi significa quindi trasmettere più informazioni.

Il problema è che, lo spazio libero è un ambiente molto più ostile, variabile e imprevedibile per la luce rispetto a una fibra ottica.

Ostacoli, agenti atmosferici o più semplicemente il vento che si incontra lungo il percorso, possono alterare la forma dei fasci di luce, mescolarli e renderli a prima vista irriconoscibili e inutilizzabili.

“Una peculiarità del nostro processore fotonico è che può autoconfigurarsi in modo molto semplice, senza bisogno di complesse tecniche di controllo. Ciò consente la scalabilità verso nuove versioni del dispositivo, in grado di gestire molti fasci contemporaneamente, aumentando ulteriormente la capacità di trasmissione. È inoltre in grado di adattarsi in tempo reale per compensare gli effetti introdotti da ostacoli in movimento o turbolenze atmosferiche, consentendo di stabilire e mantenere connessioni ottiche ottimali”, afferma Francesco Morichetti, responsabile del Photonic Devices Lab del Politecnico di Milano.

Ci sono molte applicazioni in altri settori che richiedono un’elaborazione avanzata dei fasci ottici, tra cui sistemi di posizionamento e localizzazione ad alta precisione per veicoli a guida autonoma, sensori e riconoscimento di oggetti a distanza, dispositivi portatili e indossabili per la realtà aumentata e nuove tecniche di indagine per applicazioni biomediche. Si tratta di aree di ricerca di grande interesse a cui il Politecnico di Milano partecipa con ruoli di primo piano all’interno di progetti europei e in collaborazione con le industrie del settore”, aggiunge Andrea Melloni, direttore del Polifab, il centro di micro e nanotecnologie del Politecnico di Milano.

La capacità di gestire immensi flussi di informazioni su chip miniaturizzati è una peculiarità della fotonica integrata. La ricerca in questo campo è condotta dalla Scuola Sant’Anna in sinergia con l’infrastruttura Inphotec e con altri centri di ricerca italiani, tra cui il Polifab. Questa sinergia pone l’Italia in una posizione di leadership sulle tecnologie fotoniche per la comunicazione, la sensoristica e la biomedica”, sottolinea Marc Sorel, professore di elettronica presso l’Istituto TeCIP (Telecommunications, computer engineering, and Photonics Institute) della Scuola Superiore Sant’Anna, che ha partecipato alla ricerca.

Comunicare sempre e ovunque, con chiunque e con qualsiasi cosa è diventata una necessità essenziale della nostra società e della nostra stessa esistenza. 

Per scambiare informazioni in qualsiasi situazione, mentre si è in auto, si fa sport o si è in zone remote del Pianeta, il modo più naturale e flessibile è quello di utilizzare dispositivi che comunicano senza cavi attraverso lo spazio libero, senza fili. Come per le trasmissioni via cavo, in cui si è verificato un salto tecnologico epocale con l’avvento delle fibre ottiche, anche per le comunicazioni wireless si prevede che le connessioni ottiche rappresenteranno presto la nuova frontiera.

L’attività è finanziata dal progetto europeo Horizon2020 Superpixelsproject, che mira a creare sensori e sistemi di imaging di nuova generazione sfruttando la manipolazione on-chip dei segnali luminosi. 

Lo studio completo può essere consultato al seguente link

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