La luce fa un sacco di lavori pesanti nella vita moderna – TV, satelliti, i cavi in fibra ottica che ti permettono di leggere questa frase. Ora i fisici di Stanford hanno capito come dare alla luce una marcia in più senza far lievitare la bolletta. Hanno costruito un amplificatore ottico grande più o meno come un polpastrello che può rafforzare i segnali luminosi di circa 100 volte consumando solo poche centinaia di milliwatt.
Per contesto, gli amplificatori ottici funzionano come quelli audio – tranne che amplificano la luce invece della playlist pesante di bassi del tuo vicino. Le versioni compatte tradizionali tendono a bere energia, rendendoli efficienti quanto un tapis roulant che va solo in discesa. Il nuovo dispositivo, descritto sulla rivista Nature, evita il problema riciclando gran parte dell'energia di cui ha bisogno per funzionare.
“Abbiamo dimostrato, per la prima volta, un amplificatore ottico veramente versatile e a basso consumo, in grado di operare su tutto lo spettro ottico e abbastanza efficiente da poter essere integrato su un chip,” ha detto Amir Safavi-Naeini, autore senior dello studio e professore associato di fisica a Stanford. Traduzione: ora possiamo costruire sistemi ottici molto più complessi di prima, e non avranno bisogno di una propria centrale elettrica.
L'amplificatore mantiene il rumore al minimo – nessuno vuole un segnale sibilante – e funziona su una gamma di lunghezze d'onda più ampia rispetto ai modelli esistenti, il che significa che può trasportare più dati con meno interferenze. Il segreto sta in un design risonante che rimanda la luce su se stessa, come un fotone che fa giri su una pista. La luce di pompaggio gira in tondo, diventa più intensa e amplifica il segnale target in modo più efficiente.
“Riciclando l'energia della pompa che alimenta questo amplificatore, lo abbiamo reso più efficiente, e questo non va a scapito delle sue altre proprietà,” ha detto Devin Dean, co-primo autore e dottorando nel laboratorio di Safavi-Naeini. Poiché il dispositivo è compatto ed efficiente dal punto di vista energetico, potrebbe funzionare a batteria ed essere infilato in laptop, smartphone o altri piccoli dispositivi elettronici.
“Quando puoi fare questo, le possibilità sono davvero ampie perché sono così piccoli che puoi produrli in massa e alimentarli con batterie,” ha detto Dean. Le applicazioni potenziali includono comunicazioni dati, biosensori e la creazione di nuove sorgenti luminose – praticamente qualsiasi cosa che potrebbe usare un segnale più forte senza una presa più grande.
La ricerca è stata sostenuta dalla Defense Advanced Research Projects Agency, NTT Research e dalla National Science Foundation. Tra i co-autori figurano anche Taewon Park, Martin Fejer, Hubert Stokowski, Sam Robison, Alexander Hwang, Luke Qi e Jason Herrmann. Dean, Park, Safavi-Naeini e Stokowski hanno depositato una domanda di brevetto che copre metodi per ottenere un vantaggio quantistico in sensori fotonici a potenza limitata.
Materiali forniti dalla Stanford University. Nota: il contenuto può essere stato modificato per stile e lunghezza.