È piccolo. Tipo, davvero piccolo.
Pensa in piccolo. Ma va oltre la sua classe di peso, offrendo esplosioni di energia che rivaleggiano con le massicce apparecchiature da laboratorio da tavolo. Per vent’anni questa è stata la fantasia. Il Santo Graal. Ora, gli scienziati lo hanno effettivamente costruito.
“Non solo è possibile, è elegante.”
Tobias Kippenberg dell’EPFL non è solo felice. È impressionato dal fatto che la risposta fosse nascosta in bella vista, trascurata per decenni. Il trucco? Ritorno al futuro. Bene, torniamo al 1998.
Il problema dei piccoli
I chip fotonici sono fantastici. Usano la luce invece dell’elettricità per l’informatica. Veloce. Freddo. Nessun problema di calore come il surriscaldamento del tuo laptop. Ma sono pignoli con i laser ultraveloci ad alta potenza.
Perché? Confinamento. Si comprime la luce in minuscole guide d’onda microscopiche (sostanzialmente tubi microscopici per i fotoni) e la luce inizia a incastrarsi. Diventa instabile. Il polso si spezza. Ne consegue il caos.
Gli attuali chip fotonici non sono in grado di gestire l’intensità. La fisica reagisce.
Quindi i ricercatori hanno fatto qualcosa di inaspettato. Non hanno provato a forzare la fisica con nuovi materiali o filtri complessi. Hanno esaminato un vecchio progetto chiamato oscillatore di Mamyshev.
È stato creato da Pavel Mamyshev ai Bell Labs. È passato di moda. Ignorato per anni dalla folla della fotonica integrata. Si basa su un’architettura specifica: una guida d’onda non lineare inserita tra due filtri ottici.
Ecco il bello. Gli impulsi ad alta intensità espandono la loro gamma di colori. Passano direttamente attraverso i filtri. Luce debole: cosa causa rumore e destabilizzazione? Bloccato. È un gatekeeper integrato. Il risultato è un impulso pulito e ad alta potenza senza i componenti extra ingombranti solitamente necessari per stabilizzarlo.
Il miracolo di Matchhead
La cavità laser stessa è ancora fisicamente lunga: circa 16,5 pollici. Non puoi piegare il cavo in fibra ottica senza interrompere il segnale o creare confusione.
Ma su un chip fotonico? Incidi semplicemente il percorso in una spirale. Si ripiega su se stesso.
L’impronta finale? Circa le dimensioni di una testa di fiammifero.
Questa è una grande vittoria per la densità. Per attivarsi occorrono 147 femtosecondi, ovvero 147 quadrilionesimi di secondo. In un batter d’occhio eroga 1,05 nano joule. Energia sufficiente per competere con sistemi che occupano intere scrivanie in laboratori costosi.
E poi c’è il costo.
I laser ultraveloci standard sono bestie costose. Raro. Complesso da allineare. Ma questo nuovo chip è basato sul silicio. Ciò significa che viene prodotto esattamente come la CPU del tuo telefono. Esegui il wafer e puff : oltre mille cavità laser in un unico batch.
Entrano in gioco le economie di scala. Il prezzo crolla. L’accessibilità sale alle stelle.
E adesso?
Dove vanno queste piccole centrali elettriche? Ovunque al momento sono troppo grandi per andare.
Immagina strumenti diagnostici portatili. Un medico potrebbe avere l’imaging medico avanzato in tasca, non in una stanza separata, rivestita di piombo. Pensa agli spettrometri portatili per rilevare gli inquinanti in un fiume o in un campo, senza bisogno di un furgone pieno di attrezzature.
O meglio orologi atomici. Sistemi di navigazione più piccoli. Comunicazioni ottiche più veloci.
La tecnologia è qui. Funziona. È abbastanza economico da produrre e abbastanza piccolo da trasportare. L’era del laser ultraveloce da tavolo è finita.
È solo una questione di dove li metteremo dopo.
