Le terre rare sono un gruppo di elementi con importanti proprietà di
fotoluminescenza, tra cui è ben noto il Neodimio (gli ioni Nd, quando
eccitati, emettono fotoni nel vicino infrarosso, a 1060 nm): uno dei primi
laser mai realizzati era un Nd:vetro, ed oggi uno tra i laser più diffusi
sia a livello di ricerca che industriale è il Nd:YAG. Di recente, però, è
salita alla ribalta un'altra terra rara, l'Erbio, grazie a due notevoli
proprietà: quella di emettere radiazione a lunghezze d'onda intorno a 1530
nm, che sono considerate "eye-safe" (cioè a bassa pericolosità per
l'occhio umano); e, soprattutto, quella che tale lunghezza d'onda
corrisponde alla banda di minimo assorbimento (e quindi di migliore
funzionamento) delle fibre ottiche in silice. Oggi le comunicazioni
ottiche si basano appunto sulla trasmissione in fibra di segnali luminosi
alla lunghezza d'onda di 1,5 micron. Il crescente sviluppo delle reti
metropolitane, in cui è necessario distribuire uno stesso segnale ad un
gran numero di utenti, ha portato alla necessità di disporre di
dispositivi integrati in cui l'attenuazione del segnale prodotta dai
componenti passivi di distribuzione fosse bilanciata
dalla "amplificazione" del segnale stesso, ottenuta grazie all'emissione
stimolata da parte di ioni Erbio, eccitati per mezzo di un diodo laser "di
pompa".
I ricercatori del Laboratorio di Tecnologie Optoelettroniche dell'IFAC
hanno una lunga esperienza nello sviluppo di componenti e dispositivi
ottici integrati in materiali vetrosi, e da alcuni anni, anche attraverso
la partecipazione a progetti europei ESPRIT ed ACTS, hanno iniziato a
studiare vetri drogati con erbio e con altre terre rare. Grazie anche ad
una rete di collaborazioni nazionali, con gruppi sia CNR che Universitari,
ed internazionali (INESC, Lisbona; Optical Science Center, Tucson; Vavilov
Optical Institute, St. Petersburg), è stato possibile sviluppare una serie
di nuovi vetri, tutti contenenti Erbio, ma con composizioni molto diverse,
dai più tradizionali silicati e fosfati agli innovativi telluriti (vetri
basati sull'ossido di tellurio). Due sono stati e tuttora sono gli
obiettivi fondamentali: da una parte, progettare vetri in cui sia
possibile produrre guide ottiche (attraverso la creazione di uno strato ad
alto indice di rifrazione, in cui la luce rimane confinata in seguito ad
un processo di riflessioni totali) a bassa attenuazione; dall'altra,
ottenere in tali vetri una elevata efficienza quantica. Si è così già
arrivati a realizzare amplificatori ottici integrati in vetri silicati con
un guadagno ottico di 1,5 dB/cm (in altre parole, l'intensità del segnale
entrante nel dispositivo è raddoppiata dopo soli 2 cm), e si sta ora
lavorando (anche nell'ambito di un progetto FIRB) a sviluppare laser e
amplificatori ottici integrati in vetri telluriti, che consentono una
larghezza di banda quasi tre volte superiore rispetto ai vetri silicati.
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