Laser: il controllo della polarizzazione

raggio laserIl laser a polarizzazione controllata è un’importante innovazione che apre le porte a numerose applicazioni nel campo della fotonica e delle comunicazioni. Per la prima volta è stato possibile ottenere laser in cui la direzione dell’oscillazione della radiazione emessa, nota come polarizzazione, risulti controllabile e progettabile a volere.

La ricerca, pubblicata sulla rivista Applied Physics Letters il 13 Aprile, è stata condotta da un team della Harvard School of Engineering and Applied Sciences (SEAS): Nanfang Yu e Federico Capasso, Robert L. Wallace professore di fisica applicata e Vinton Hayes ricercatore di ingegneria elettronica in collaborazione con i ricercatori della Hamamatsu Photonics del Giappone.

“La polarizzazione è una delle caratteristiche più importanti che definiscono un fascio laser. Il suo controllo rappresenta un importante passo verso l’ingegnerizzazione del fascio laser con una flessibilità senza precedenti e con la possibilità di adattarlo in base alle esigenze specifiche delle applicazioni”, spiega Federico Capasso. “La novità del nostro approccio è che invece di condurla esternamente, cosa che richiede componenti ottici di grandi dimensioni e costosi, la manipolazione della polarizzazione del fascio viene raggiunta integrando direttamente il polarizzatore sulla faccia del cristallo del laser. Questa soluzione compatta è applicabile ai laser a semiconduttore e ai laser a stato solido, dalle lunghezze d’onda usate nelle comunicazioni fino al medio infrarosso e allo spettro elettromagnetico dei Terahertz”.

Le sorgenti luminose in cui è possibile avere lo stato di polarizzazione desiderato sono molto utili per numerose applicazioni come per esempio nella comunicazione via satellite in cui l’uso di due polarizzatori ortogonali permette di raddoppiare la capacità di un canale, le sorgenti luminose a polarizzazione circolare sono necessarie per rivelare determinate biomolecole, inoltre le sorgenti laser con diversi stati di polarizzazione sono utili per la crittografia quantistica.

Per raggiungere questi risultati, i ricercatori hanno modellato una struttura metallica che hanno chiamato polarizzatore plasmonico direttamente sulla superficie del cristallo di un laser a cascata quantistica. Questo laser emette radiazione alla lunghezza d’onda di 10 micron (nella parte invisibile dello spettro nota come medio infrarosso dove l’atmosfera è trasparente). Il gruppo di ricerca è riuscito a controllare lo stato della polarizzazione generando sia luce polarizzata linearmente lungo una direzione arbitraria sia luce a polarizzazione circolare.