La nuova fibra ottico-elettronica

Far comunicare una fibra ottica, che ha uno spessore 10 volte inferiore a quello di un capello, e un microchip che ha componenti anche 100 volte più piccoli di essa, può essere molto complicato. Per questo fino a oggi i tentativi di ‘mescolare’ elettronica e ottica nelle telecomunicazioni sono stati piuttosto maldestri, e certamente meno efficienti di quanto desiderato. Ma forse un gruppo di fisici, chimici e ingegneri della Penn State University ha trovato il modo di risolvere il problema, creando la prima fibra ottica con funzioni elettroniche integrate ad alta velocità. Il lavoro è stato pubblicato su Nature Photonics.

“La fibra ottica di solito è un mezzo passivo, che trasporta semplicemente la luce, mentre il chip dà vita alla parte elettrica del lavoro”, ha spiegato John Badding, docente dell’ateneo statunitense. “Prendiamo una videochiamata da Londra a New York: è solo luce che viaggia su fibra ottica, ma il processo che prende quel segnale e lo trasforma in immagine è un processo elettrico, che avviene all’interno dei due computer da cui parte e a cui arriva la telefonata. Abbiamo quella che in gergo si chiama conversione OEO, ovvero ottica-elettrica-ottica. Una sorta di concerto a due voci per luce ed elettricità”. 

Un processo che però è poco efficiente e molto complicato, per vari motivi. Prima di tutto per la forma delle due componenti che intervengono: la fibra ottica è una sorta di filamento cilindrico, invece i chip sono minuscoli dispositivi piatti. Poi ci sono le dimensioni: come già ricordato, la prima può avere un diametro di appena un centesimo di millimetro, i secondi hanno scanalature – per accogliere e indirizzare la luce – fino a 100 volte più piccole. Allineare i segnali può essere difficile.

Così i ricercatori statunitensi hanno pensato di provare un approccio diverso: invece di cercare il modo di connettere più efficacemente le due componenti, hanno deciso di sviluppare una fibra ottica del tutto nuova, che avesse funzioni elettroniche integrate. Per ottenere questo tipo di dispositivo, i ricercatori hanno usato delle tecniche chimiche ad alta pressione, in modo da depositare diversi strati di materiali semiconduttori cristallini direttamente all’interno di piccoli fori nelle fibre ottiche. Questi materiali ibridi hanno dimostrato di avere larghezze di banda che arrivano fino a 3GHz.“L’enorme passo in avanti è che non abbiamo più bisogno di chip, nel prodotto finale – ha commentato Pier J. A. Sazio, ricercatore all’Università di Southampton che ha collaborato allo studio – poiché siamo riusciti a inserire la giunzione, ovvero la superficie attiva, dove ha luogo tutta la parte elettronica del processo di trasmissione dell’informazione, direttamente all’interno della fibra ottica”.

Una soluzione che potrebbe anche far risparmiare sui costi, spiegano i ricercatori. “La fabbricazione dei normali chip necessita di laboratori costosissimi, perché la creazione di queste componenti ad alta precisione deve essere effettuata in camere ad atmosfera controllata: sono le cleanroom, stanze che presentano un basso inquinamento di microparticelle di polvere in sospensione”, ha continuato Sazio. “Invece la produzione delle nostre fibre ottiche con funzioni elettroniche integrate può essere effettuata con tecnologie che costano molto meno”.

La tecnologia sviluppata potrebbe dunque cambiare il modo di concepire le telecomunicazioni. “Ci sono tutti i vantaggi a sviluppare una tecnologia nella quale il segnale non lascia mai la fibra ottica, nemmeno per la parte elettronica”, ha concluso il ricercatore: “Tutto il processo diventa più veloce, più efficiente e soprattutto più economico”.

Riferimento: doi: 10.1038/nphoton.2011.352

Credit: Badding lab, Penn State University