Un wafer contenente miliardi di chip (foto Scuola Superiore Sant'Anna)

Cos'è e a cosa serve il modulatore ottico di fase

Ideato alla Scuola Superiore Sant'Anna di Pisa, permetterà di rendere più efficiente la trasformazione del segnale ottico in segnale elettrico e rendere più veloce il trasferimento dati
Cos'è e a cosa serve il modulatore ottico di fase FASTWEB S.p.A.

Se tra qualche anno la nostra connessione Internet avrà una velocità oggi solo lontanamente immaginabile, sarà tutto merito di un team di ricercatori italiani della Scuola Superiore Sant'Anna di Pisa. Il gruppo guidato da Marco Romagnoli, nato dalla collaborazione tra Istituto Tecip (Tecnologie della Comunicazione, Informazione, Percezione) della Scuola Sant'Anna e Consorzio Nazionale Interuniversitario per le Telecomunicazioni (Cnit), ha realizzato il primo modulatore ottico di fase, un dispositivo in grafene e silicio, che dovrebbe permettere di aumentare la velocità di connessione via fibra ottica ottimizzando e rendendo più efficiente la conversione degli impulsi elettronici in impulsi ottici (e viceversa).

La ricerca è stata resa possibile dalla collaborazione e dal supporto della Regione Toscana e di numerose realtà industriali, che hanno permesso alla Sant'Anna di Pisa di investire nel settore delle tecnologie per l'integrazione fotonica.

 

 

Come è fatto il modulatore ottico di fase

Il modulatore ottico di fase realizzato nei laboratori dell'istituto universitario pisano altro non è che un chip grande circa mezzo millimetro (ma secondo i ricercatori potrà essere ulteriormente compattato, sino a un decimo di millimetro) prodotto con un sottilissimo strato di silicio e un singolo strato di grafene (che, ricordiamolo, è un materiale monoatomico di carbonio spesso appena un miliardesimo di metro).

 

Un'immagine ravvicinata del chip (foto Scuola Superiore Sant'Anna)

Il silicio, in particolare, è utilizzato come mezzo ottico per la propagazione e rifrazione del fascio di luce.  Si tratta di un'applicazione della cosiddetta fotonica del silicio, un particolare settore che, negli anni passati, ha dato risultati interessanti anche sul fronte dell'informatica fotonica e nella ricerca di strade alternative alla Legge di Moore. Il grafene, invece, viene utilizzato come "base" del chip poiché, a differenza di altri nanomateriali, è in grado di assorbire più del 2% dell'intero spettro della radiazione elettromagnetica: ciò consente di aumentare l'efficienza e di ridurre al minimo l'effetto del rumore e delle interferenze e quindi ottimizzare la velocità di conversione degli impulsi luminosi in segnali elettrici.

A cosa serve il modulatore ottico di fase

Per capire quale sarà il lavoro svolto dal modulatore ottico, bisogna prima comprendere come funzionano le reti di comunicazioni cablate, e in particolare quelle basate sulla fibra ottica. In una dorsale in fibra, i dati viaggiano all'interno del cavo vitreo sotto forma di raggio laser (o più raggi laser nel caso delle fibre ottiche multimodali), trasportando così dati e informazioni a una velocità paragonabile a quella della luce. È all'estremità del cavo, però, che la velocità è destinata a calare in maniera repentina: i segnali ottici, infatti, devono essere convertiti e modulati in segnali elettrici, così da poter essere processati e analizzati da sistemi computerizzati e successivamente instradati verso la normale rete telefonica (i cui cavi, vale la pena ricordarlo, sono generalmente in rame).

 

Il modulatore nella sua forma finale (foto Scuola Superiore Sant'Anna)

Il modulatore ottico di fase, sfruttando, come detto, i principi della fotonica del silicio, è capace di ridurre notevolmente i tempi necessari alla decodifica del segnale ottico e alla sua trasformazione in segnale elettrico. In questo modo sarebbe possibile ampliare il collo di bottiglia che attualmente viene a crearsi in quel punto e far così crescere esponenzialmente la velocità di connessione.

Possibili applicazioni del modulatore ottico di fase

Secondo Giampiero Contestabile, ricercatore all'Istituto Tecip della Scuola Superiore Sant'Anna e co-autore della ricerca, il grafene e il silicio (utilizzato come mezzo ottico) saranno fondamentali per lo sviluppo di infrastrutture di comunicazione sempre più veloci e in grado di dare una risposta alla crescente domanda di banda dati. Lo sviluppo di piattaforme legate al 5G, allo smart manufacturing (la quarta rivoluzione industriale) e all'Internet of Things forzerà a una profonda ristrutturazione dell'intera infrastruttura comunicativa: il modulatore ottico dei laboratori della Sant'Anna di Pisa potrebbe essere il pezzo mancante di un puzzle che genera miliardi di dollari ogni anno in tutto il mondo.

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