Si apre la strada a un nuovo tipo di propagazione ottica in fibra multimodo, applicabile nelle telecomunicazioni e nei laser a fibra. Merito degli studi del gruppo di ricerca coordinato da Stefan Wabnitz del Dipartimento di Ingegneria dell’informazione, elettronica e delle telecomunicazioni (Diet) della Sapienza di Roma, sviluppati in seno a un progetto di ricerca avanzata finanziato dal programma europeo Horizon 2020 tramite lo European research council (Erc). Nel lavoro, svolto in collaborazione con l’Università di Brescia e l’Università di Stato russa di Novosibirsk e pubblicato sulla rivista Communications physics, è stato infatti dimostrato per la prima volta a livello sperimentale un tipo di comportamento “inatteso” dei solitoni multimodo, impulsi luminosi particolari in grado di propagarsi indefinitamente lungo le fibre. Un esito che apre le porte alla realizzazione di laser in fibra multimodo particolarmente stabili, con conseguente incremento della capacità di trasmissione in fibra.
Un esito inatteso dalle grandi potenzialità
Negli ultimi decenni i solitoni ottici, divenuti mattoni essenziali nel costruire sorgenti di luce laser a impulsi ultracorti, sono stati proposti come veicoli ideali per trasmettere dati nelle autostrade dell’informazione a fibra ottica che formano la spina dorsale di internet. Le teorie sviluppate negli anni passati attribuivano ai solitoni nelle fibre multimodo una evoluzione stabile e ripetitiva, man mano che si propagano lungo la fibra, eppure questa evoluzione periodica dell’impulso non è mai stata osservata sperimentalmente. Oggi la ricerca della Sapienza fornisce un supporto teorico e numerico alle osservazioni sperimentali, rivelando che i solitoni, nel propagarsi, acquistano una durata temporale fissa, che dipende unicamente dalla lunghezza d’onda della radiazione luminosa iniettata all’ingresso della fibra. La durata temporale caratteristica di questi impulsi luminosi, alle lunghezze d’onda tipiche delle telecomunicazioni, è risultata estremamente piccola (100-200 femtosecondi) e pressoché indipendente dalla durata temporale dell’impulso laser originale, che viene accoppiato all’ingresso della fibra.
Che cosa significa tutto questo? Finora, la trasmissione in fibre ottiche multimodo ha permesso di sfruttare la tecnica della multiplazione nel dominio dello spazio (Space division multiplexing – Sdm) utilizzando ciascun modo della fibra come canale di informazione. Con questo meccanismo, più canali trasmissivi in ingresso condividono la stessa capacità trasmissiva disponibile in uscita, ovvero si combinano più segnali in uno (detto multiplato) trasmesso in uscita su uno stesso collegamento fisico. “Il nostro studio – spiega invece oggi Mario Zitelli della Sapienza, che ha condotto le verifiche sperimentali – apre la possibilità di realizzare un Sdm solitonico, con canali realizzati da gruppi di modi con diverse velocità, dove ogni canale trasmette una quantità elementare di informazioni mediante la propagazione di un singolo solitone spaziotemporale, caratterizzato da alta potenza luminosa e forte robustezza”.
“L’impiego di solitoni spaziotemporali di durata fissa – aggiunge Zitelli – potrà permettere di realizzare laser in fibra multimodo particolarmente stabili, grazie alla naturale predisposizione dell’impulso luminoso ad assumere una precisa durata temporale”.
Incremento delle capacità di trasmissione
“Il nostro lavoro – conclude Stefan Wabnitz – chiarisce il ruolo dei solitoni spaziotemporali in una fibra multimodo e contribuisce agli sforzi della ricerca sullo sviluppo di nuove tecniche di trasmissione ottica e di nuovi laser, che porteranno a un incremento della capacità di trasmissione in fibra, e allo sviluppo di nuove sorgenti ottiche di impulsi ultracorti ad alta energia”.
