Da Unisannio dispositivi nanofotonici in fibra ottica di nuova generazione realizzati integrando metasuperfici e nanotecnologie

La crescente necessità di miniaturizzare i dispositivi e integrarli in circuiti complessi – come quelli utilizzati nei sensori indossabili, nelle reti neurali ottiche e nei nanoendoscopi di nuova generazione per medicalimaging – richiede alle normali fibre ottiche usate nel mondo delle telecomunicazioni nuove funzionalità nel manipolare la radiazione luminosa su scala nanometrica.

Multiplexer ottici miniaturizzati e fibre ottiche integrate con potenti superlenti per la diagnostica avanzata rappresentano oggi le nuove sfida della nanofotonica moderna.
È proprio in questa direzione che si colloca lo studio condotto dai ricercatori dell’Università del Sannio, in collaborazione con il Centro Regionale di Competenza sulle Information and Communication Technologies (CeRICT), con l’obiettivo di realizzare componenti ottici integrati multifunzionali direttamente sulla punta di una fibra ottica ovvero su un capello di vetro caratterizzato da dimensioni micrometriche.

Un traguardo reso possibile grazie alle straordinarie proprietà delle metasuperfici ottiche e all’impiego delle potenti nanotecnologie disponibili presso il CNOS (il Centro di Nanofotonica ed Optoelettronica per la Salute dell’uomo), un’infrastruttura di ricerca regionale dall’elevato potenziale tecnologico e scientifico, in grado di offrire servizi di eccellenza e multidisciplinari utilizzando come tecnologie abilitanti le nanotecnologie, l’optoelettronica, la fotonica ele moderne biotecnologie.

Le metasuperfici sono materiali artificiali che permettono di superare le limitazioni fisiche dei materiali naturali, offrendo la possibilità di manipolare la luce su scala nanometrica in modi finora inimmaginabili. L’integrazione di questi materiali nella fibra ottica è stata dimostrata per la prima volta dai ricercatori dell’ateneo sannita nel 2017, con la creazione della prima “meta-fibra” che può essere considerato uno dei fiori all’occhiello della ricerca targata UNISANNIO.

Nel nuovo lavoro, pubblicato sulla rivista Advanced Optical Materials (della casa editrice statunitense Wiley), il team ha impiegato metasuperfici di nuova generazione basate sul paradigma del “partial-phasecoverage”, ottenendo prestazioni significativamente superiori rispetto alle prime realizzazioni che hanno caratterizzato l’ultimo quinquennio. In particolare, è stato sviluppato un multiplexer integrato sulla punta di una fibra ottica monomodale ed una meta-lente in grado di focalizzare la luce a soli 7 micrometri dalla sua estremità con enormi potenzialità nel campo del medicalimaging. Questo risultato apre la strada a una nuova generazione di dispositivi integrati in fibra ottica, capaci non solo di trasportare la luce, ma anche di manipolarla, processarla e plasmarla con estrema precisione.

Lo studio è stato guidato dai professori Maria Principe, Andrea Cusano e Marco Consales del Dipartimento di Ingegneria dell’Università del Sannio e include i giovani ricercatori Patrizio Vaiano, Gaia Maria Berruti ed Alberto Micco. Il lavoro pubblicato può essere scaricato al seguente link Optical Fiber Meta‐TipsBased on Partial‐Phase Control – Principe – Advanced Optical Materials – Wiley Online Library.