I convertitori di frequenza fanno un grande passo avanti verso la miniaturizzazione dei laser

"L'ottica non lineare è attualmente un mondo macroscopico, ma vogliamo renderlo microscopico", ha detto Chiara Trovatelloa, una studentessa post-dottorato che ha lavorato alla ricerca nel laboratorio di James Schuck, professore associato di ingegneria meccanica alla Columbia.

Il dispositivo, una frazione delle dimensioni dei convertitori di colore convenzionali, potrebbe produrre nuovi tipi di chip di circuiti ottici ultrapiccoli e far avanzare l’ottica quantistica, hanno detto i ricercatori. I dispositivi che utilizzano i laser spesso devono essere in grado di distribuire diversi colori di luce laser. Ad esempio, un puntatore laser verde è prodotto da un laser infrarosso che viene convertito in un colore visibile da un materiale macroscopico. Sebbene i ricercatori utilizzino tecniche ottiche non lineari per modificare il colore della luce laser, i materiali utilizzati convenzionalmente devono essere relativamente spessi affinché la conversione del colore avvenga in modo efficiente. Il disolfuro di molibdeno (MoS2) è uno dei dichalcogenuri di metalli di transizione più studiati, ovvero materiali 2D che possono essere sbucciato in strati atomicamente sottili. I singoli strati di MoS2 possono convertire le frequenze della luce in modo efficiente, ma sono troppo sottili per essere utilizzati per costruire dispositivi. I cristalli più grandi di MoS2 tendono ad essere più stabili in una forma di conversione senza colore. Per fabbricare i cristalli necessari, noti come 3R-MoS2, il team ha lavorato con il fornitore commerciale di materiali 2D HQ Graphene. I ricercatori hanno caratterizzato l’efficienza con cui i dispositivi costruiti con pile di MoS2 di spessore inferiore a 1 μm convertono le frequenze della luce alle lunghezze d’onda delle telecomunicazioni per produrre colori diversi.

Utilizzando 3R-MoS2, i ricercatori hanno testato l'efficienza con cui campioni di vario spessore convertono la frequenza della luce. Di solito sono necessari sensori speciali per registrare la luce prodotta da un campione, e ci vuole molto tempo per farlo, ha detto Xinyi Xu, uno studente di dottorato nel laboratorio di Schuck. "Con 3R-MoS2, abbiamo potuto vedere un miglioramento estremamente ampio quasi immediatamente", ha affermato. Il team ha registrato queste conversioni alle lunghezze d'onda delle telecomunicazioni.