Di Pesach Benson • 11 marzo 2026

Gerusalemme, 11 marzo 2026 (TPS-IL) — Scienziati israeliani hanno sviluppato un dispositivo ottico microscopico in grado di combinare la luce di decine di piccoli laser a semiconduttore in un’unica fibra ottica con una minima perdita di energia, semplificando potenzialmente i sistemi laser ad alta potenza, le comunicazioni ottiche e i sistemi di rilevamento e imaging.

Un team di ricercatori dell’Università Ebraica di Gerusalemme – guidato dallo studente di dottorato Yoav Dana sotto la supervisione del Professor Dan M. Marom presso l’Istituto di Fisica Applicata dell’università – ha creato un minuscolo dispositivo stampato in 3D noto come lanterna fotonica, in grado di unire la luce di molti laser in un’unica fibra ottica multimodale preservando la luminosità. La loro principale innovazione è stata dimostrare che il dispositivo può combinare in modo efficiente la luce di laser che emettono molteplici modi spaziali – cosa che i precedenti design di lanterne fotoniche non potevano fare.

In una fibra ottica, la luce non viaggia sempre come un singolo raggio stretto. Invece, può muoversi attraverso la fibra in diversi schemi attraverso la sua sezione trasversale. Questi schemi sono chiamati modi spaziali. In una fibra monomodale, può viaggiare solo un modello di luce, mentre in una fibra multimodale, più modelli possono muoversi contemporaneamente, ognuno prendendo un percorso leggermente diverso attraverso la fibra. Un’analogia comune confronta i modi spaziali con le corsie in un tunnel: un tunnel stretto consente solo una corsia di traffico, mentre un tunnel più largo consente diverse corsie, con ogni corsia che rappresenta un diverso modo spaziale che trasporta luce attraverso la fibra.

I sistemi laser ad alta potenza spesso si basano sulla combinazione della luce di molti laser più piccoli per ottenere una maggiore potenza in uscita. Tuttavia, accoppiare in modo efficiente queste sorgenti in una fibra ha a lungo rappresentato una sfida tecnica, in particolare quando i laser emettono molteplici modi spaziali di luce. Le lanterne fotoniche tradizionali erano progettate per ingressi monomodali, rendendole inadatte alla luce multimodale prodotta da array di laser a emissione superficiale a cavità verticale (VCSEL) ad alta potenza, ampiamente utilizzati nelle comunicazioni ottiche, nei sistemi di rilevamento e nei laser industriali ad alta potenza.

Il team dell’Università Ebraica ha risolto questo problema progettando un nuovo tipo di lanterna fotonica multimodale che consente a molteplici sorgenti laser multimodali di confluire uniformemente in un’unica fibra multimodale attraverso una transizione ottica attentamente ingegnerizzata.

Una rappresentazione di una lanterna fotonica su microscala stampata direttamente su un chip VCSEL. Crediti Yoav Dana/TPS-IL

Negli esperimenti, gli scienziati hanno dimostrato dispositivi in grado di combinare 7, 19 e persino 37 laser VCSEL in un’unica fibra. Poiché ogni laser produce diversi modi spaziali di luce, il sistema è stato in grado di supportare fino a 222 modi spaziali in totale.

Nonostante la combinazione di decine di ingressi laser, i dispositivi sono rimasti estremamente piccoli. L’intera struttura della lanterna fotonica è lunga meno di mezzo millimetro, ordini di grandezza più piccola dei sistemi di multiplexing ottico tradizionali che si basano su lenti e assemblaggi ottici più grandi.

I dispositivi hanno anche mantenuto un’elevata efficienza, con perdite di accoppiamento pari a circa 0,6 decibel per un dispositivo a 19 ingressi e circa 0,8 decibel per una versione a 37 ingressi.

Le nuove lanterne fotoniche sono destinate a trasformare i sistemi laser ad alta potenza combinando l’uscita di molti piccoli laser in un’unica fibra, producendo fasci potenti e concentrati in un dispositivo molto più piccolo e compatto rispetto ai sistemi tradizionali. Le loro dimensioni microscopiche e l’elevata efficienza li rendono ideali per applicazioni in cui lo spazio è limitato, consentendo tecnologie laser portatili o miniaturizzate che offrono comunque una significativa potenza ottica.

Le lanterne fotoniche potrebbero aumentare notevolmente la capacità di dati delle reti in fibra ottica e consentire progressi nelle comunicazioni ottiche, nel rilevamento e nella ricerca scientifica. Supportano misurazioni più precise nell’imaging medico, nel LiDAR per veicoli autonomi e robotica, e possono catturare e incanalare sorgenti luminose complesse in astronomia.

Lo studio, finanziato dall’Autorità per l’Innovazione di Israele e condotto con la società israeliana Civan Lasers, è stato pubblicato sulla rivista peer-reviewed Nature Communications.