Ha un cuore disordinato la fibra ottica del futuro

Un team di ricerca Sapienza-CNR-IIT ha realizzato un nuovo tipo di fibra ottica in grado di trasportare più informazioni rispetto a quella convenzionale, grazie a una struttura interna disordinata. Lo studio, pubblicato su NatureCommunications, apre importanti prospettive  per il futuro delle telecomunicazioni e nel campo della chirurgia laser
Cosa accade quando un raggio laser penetra nella nebbia? La luce si diffonde in tutte le direzioni propagandosi rapidamente un po’ come l’acqua all’interno di una spugna. Tuttavia, in specifiche condizioni, può avvenire un fenomeno noto come localizzazione di Anderson, in base al quale la normale diffusione delle onde è inibita dalla presenza di un forte disordine (come una nebbia molto densa) che le “spinge” e le “confina” in una zona abbastanza limitata, come la pallina di un flipper che rimbalza in tutte le direzioni, ma non esce dal biliardino. Quando questo accade il fascio laser può essere localizzato e intrappolato formando punti estremamente luminosi e concentrati.
Sfruttando questo fenomeno, un team di ricerca internazionale ha sviluppato un nuovo tipo di fibra ottica (una linea di trasmissione simile a quella che porta il segnale internet nelle case), in cui viene creata una via di fuga per la luce intrappolata, che segue il percorso desiderato e rimanendo concentrata, invece di diffondere in tutte le direzioni. Questa tecnica apre importanti prospettive per le applicazioni dei laser nelle telecomunicazioni (tecnologie fotoniche, quantistiche) e in medicina per la chirurgia laser.
Lo studio,  condotto dall’Istituto dei sistemi complessi (Isc-Cnr) e dall’Istituto per i processi fisico chimici (Ipcf-Cnr) del Consiglio Nazionale delle Ricerche, in collaborazione con l'Istituto Italiano di Tecnologia, il Dipartimento di Fisica della Sapienza, e l’Università del Wisconsin è stato appena pubblicato sulla rivista’Nature Communications’.
"Abbiamo sviluppato un nuovo tipo di fibra che può trasportare in principio più informazione rispetto alle fibre ottiche convenzionali – spiega Marco Leonetti del laboratorio di Fotonica dell'Istituto dei sistemi complessi Cnr presso il Dipartimento di Fisica della Sapienza – La fibra è formata da tubi di un materiale simile alla comune plastica disposti in maniera disordinata, come una manciata di fiammiferi o di spaghetti all’interno di una scatola”.
I segnali luminosi che viaggiano su queste linee di trasmissione portano più  informazioni rispetto alle fibre ottiche convenzionali in cui soltanto un canale spaziale di luce attraversa la fibra. L'interno disordinato della fibra fa sì che, per effetto del fenomeno della localizzazione di Anderson, il raggio di luce venga bloccato in spazi piccolissimi, dove rimane intrappolato. A questo punto i ricercatori, grazie a un modulatore di luce spaziale, sono riusciti a concentrare la luce e a  controllare la forma del fascio luminoso. La focalizzazione ottenuta attraverso la localizzazione di Anderson e il modulatore permetterà in pratica di fabbricare una nuova generazione di fibre per tecnologie altamente sofisticate.

“In chirurgia, si può utilizzare una fibra ottica per trasportare un fascio laser e realizzare tagli molto precisi, uniti a un effetto coagulante – spiega Claudio Conti, direttore dell'Istituto dei sistemi complessi del Cnr - Il taglio è tanto più preciso, quanto più la luce è focalizzata, e le nuove fibre potrebbero migliorare la precisione di questo bisturi laser. Nel campo delle telecomunicazioni le fibre consentirebbero di trasmettere più segnali nella stessa linea di trasmissione utilizzando i diversi canali spaziali creati al loro interno dalla forma disordinata”.

La scheda

Chi: Istituto dei Sistemi complessi (Isc-Cnr) e Istituto per i Processi fisico chimici (Ipcf-Cnr) in collaborazione con l'Istituto Italiano di Tecnologie, il Dipartimento di Fisica della Sapienza, e l’Università del Wisconsin
Che cosa: realizzato un nuovo tipo di fibra ottica. Light focusing in the Anderson Regime  - Marco Leonetti, Salman Karbasi, Arash Mafi, Claudio Conti - Nature Communications, DOI
Per informazioni: Claudio Conti, direttore Isc-Cnr, tel. 06/49937448 , e-mail: claudio.conti@cnr.it  www.complexlight.org , Marco Leonetti, del laboratorio di Fotonica dell’Isc-Cnr presso il Dipartimento di Fisica della Sapienza, tel. 06/4991 3469-3520, e-mail: marco.leonetti@cnr.it