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Propagazione della luce in un mezzo non lineare

Un gruppo di scienziati finanziati dall’UE ha analizzato e descritto il fenomeno della diffrazione della luce in mezzi disordinati le cui prestazioni sono influenzate dalla non linearità e dal rumore. I fenomeni che hanno luogo nelle strutture dei cristalli fotonici si rivelano estremamente promettenti sul piano della trasmissione dei dati nelle comunicazioni su cavi in fibra ottica.
Propagazione della luce in un mezzo non lineare
La propagazione della luce all’interno dei cristalli fotonici presenta un funzionamento analogo a quello degli elettroni che attraversano un cristallo semiconduttore. In altre parole, è possibile utilizzare strutture periodiche per il controllo del flusso di luce in un modo quasi identico a quello degli elettroni all’interno di dispositivi elettronici semiconduttori.

Gran parte delle ricerche condotte nell’ambito del progetto INDIGO (Interaction of nonlinearity and disorder: Gateways to optics), finanziato dall’UE, è stata incentrata sullo studio di questi effetti di periodicità nei cristalli fotonici. Gli scienziati hanno rivolto la propria attenzione a un fenomeno ancora poco studiato, vale a dire la termalizzazione dei campi di luce accoppiati in presenza di fenomeni di modulazione incrociata e di mescolamento di onde.

Nell’ambito dell’ottica non lineare, questa situazione corrisponde alla propagazione della luce polarizzata nei materiali birifrangenti. Il team di INDIGO ha utilizzato come materiale campione l’arseniuro di gallio e alluminio con simmetria cubica e la silice fusa come esempio corrispondente di un cristallo isotropico.

È stato dimostrato che l’evoluzione del sistema nello stato di equilibrio finale passava attraverso una fase intermedia in cui lo scambio di energia tra le guide d’onda risulta trascurabile. D’altro canto, la distribuzione delle differenze di fase, dell’intensità e dello stato di polarizzazione di ciascuna guida d’onda dipende in modo determinante dai parametri del materiale e dalle condizioni iniziali.

Le ricerche condotte nell’ambito del progetto rappresentavano il primo tentativo di studiare gli effetti della polarizzazione sulla termalizzazione in sistemi discreti di guide d’onda ottiche. I risultati avranno un importante riscontro in termini di elaborazione del segnale con i sistemi di comunicazione basati sulla fibra ottica. Il carattere generale di queste tecnologie le rende adatte ad altri sistemi accoppiati non linearmente.

Nel tentativo di portare avanti la ricerca avviata, gli scienziati di INDIGO stanno conducendo uno studio dettagliato sulla dipendenza dei materiali dallo stato termico finale, accompagnato da un’analisi termodinamica completa.

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Keywords

Mezzo non lineare, diffrazione della luce, non linearità, cristallo fotonico, ottica, termalizzazione