Realizzati dispositivi nanofotonici integrati direttamente sulla punta della fibra ottica, con applicazioni in diagnostica e imaging medicale
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 medical imaging – 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 sfide 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 e le 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 considerata 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-phase coverage”, 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 medical imaging. 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.
In alto: Illustrazione schematica del beam splitter e della meta-lente realizzati sulla punta di una fibra ottica. In basso: immagine al microscopio elettronico di un campione realizzato presso UNISANNIO.
