Scoperto laser più perfetto e dalle molteplici applicazioni

Laser a semiconduttore nel lontano infrarosso risulta più perfetto e morbido. Importanti le ricadute applicative.

Premiata dalla Società Italiana di Fisica (Sif) Miriam Vitiello del Cnr per le sue ricerche sulla fotonica Terahertz. Gli studi, pubblicati su Nature Photonics e Nature Communication, hanno dimostrato che, tra i laser a semiconduttore, quello più simile al modello ideale emette nel lontano infrarosso. Importanti ricadute e applicazioni in settori strategici quali sicurezza, biomedicina, ambiente e astronomia

La Società italiana di fisica, in occasione del 98esimo convegno nazionale che si è appena concluso a Napoli, ha assegnato a Miriam Serena Vitiello, giovane ricercatrice del Dipartimento di scienze fisiche e tecnologie della materia del Consiglio nazionale delle ricerche, il premio ‘Sergio Panizza’ dedicato all’eccellenza nel campo della fotonica e optoelettronica. La Vitiello si è aggiudicata il riconoscimento, prima donna a riceverlo, per le sue ricerche su sorgenti laser a semiconduttore e rivelatori nano-elettronici ad alta frequenza che, secondo la motivazione

 della giuria, “hanno aperto nuove frontiere nell’innovazione della fotonica Terahertz”.

“La radiazione elettromagnetica nelle frequenze Terahertz, ovvero 1 milione di milioni di oscillazioni al secondo, tra le microonde e l’infrarosso, può essere impiegata per una sorta di spettroscopia ‘morbida’”, afferma la ricercatrice. “A simili frequenze, infatti, la radiazione è completamente sicura dal punto di vista della salute e al tempo stesso è in grado di penetrare materiali che sarebbero opachi alla luce come carta, plastica e altri. Per questo se ne possono prevedere applicazioni legate ai controlli di sicurezza, come la rivelazione di esplosivi e agenti bio-chimici, il monitoraggio di processi industriali oppure, in ambiti bio-medicali, per la diagnostica del Dna e i controlli non invasivi nei processi farmaceutici”.

Gli studi effettuati dai ricercatori dell’Istituto nazionale di ottica (Ino) e Istituto di nanoscienze (Nest) del Cnr, in una collaborazione con il Dipartimento di fisica e astronomia e il Lens dell’Università di Firenze e la Scuola normale superiore di Pisa, “hanno dimostrato che i laser a cascata quantica nel THz sono, tra tutti i laser a semiconduttore, quelli che maggiormente si avvicinano al concetto ‘ideale’ del laser come emettitore di radiazione tutta di ‘un unico colore’, ovvero alla stessa lunghezza d’onda”, prosegue Saverio Bartalini, ricercatore Ino-Cnr e coautore delle ricerche, “e su questa caratteristica è ora possibile ottenere un assoluto controllo, estendendo per la prima volta anche a questo intervallo di frequenze il concetto di ‘pettine di frequenze’ che portò al Nobel per la Fisica nel 2005 Theodor Hänsch e J. Hall”.

I risultati di queste ricerche sono stati pubblicati sulle prestigiose riviste Nature Photonics e Nature Communications. “La realizzazione di misure con sensibilità senza precedenti e il controllo assoluto del laser ottenuti grazie alle ricerche effettuate”, conclude il direttore dell’Ino-Cnr e coautore, Paolo De Natale, “consentiranno di progettare dispositivi completamente nuovi con importanti ricadute in settori strategici”.

 Istituto nazionale di ottica (Ino) e Istituto di nanoscienze (Nest) del Cnr, Dipartimento di fisica e astronomia e Lens dell’Università di Firenze, Scuola normale superiore

Che cosa: I laser a cascata quantica con emissione di radiazione THz sono, tra tutti i laser a semiconduttori, quelli che maggiormente si avvicinano al concetto ideale del laser come emettitore di radiazione tutta alla stessa lunghezza d’onda ed è stato esteso anche a questa regione il concetto di ‘pettine di frequenze Nature Photonics Doi: 10.1038/NPhoton.2012.145 e Nature Communication Doi:10.1038/ncomms2048

 Paolo De Natale, direttore Ino-Cnr di Firenze; Saverio Bartalini, Ino-Cnr Sesto Fiorentino, Elisabetta Baldanzi, Ino-Cnr ,  elisabetta.baldanzi