Oltre la fibra ottica: "cavi" di aria per gli impulsi laser

La fibra ottica ha segnato il trionfo della rivoluzione digitale, rendendo possibili scambi di enormi quantità di informazioni a velocità praticamente istantanea, lungo distanze impensabili giusto qualche decennio fa. Nonostante tutto, però, ha anche i suoi limiti: se è complesso, o impossibile, stendere un cavo che ci colleghi fisicamente con il luogo che vogliamo connettere alla rete, utilizzare la fibra ottica diventa impossibile. E se fosse possibile trasportare le informazioni codificate in segnali di luce, come nella fibra ottica, ma senza bisogno di cavi? È quello che studiano da tempo all’Università del Maryland: “cavi” composti di aria, che possono guidare le informazioni codificate in impulsi laser in posti irraggiungibili con altre tecnologie. E di recente, hanno infranto un nuovo record, trasmettendo informazioni per una distanza di oltre 45 metri. 

Può sembrare un’impresa da poco, ma appena 7 anni fa queste air waveguide (o guide d’onda di aria) riuscivano a funzionare su lunghezze di appena pochi metri. Nel nuovo esperimento, descritto per ora in un articolo depositato in un server di preprint, i ricercatori sono riusciti a creare la loro guida d'onda proiettando un raggio laser per tutta la lunghezza del corridoio della loro università. E assicurano che a fermarli, a quel punto, ci ha pensato il muro, e non qualche questione tecnica: con un corridoio più lungo avrebbero potuto facilmente produrre un “cavo di aria” ben più esteso. 

Ma di cosa si tratta, esattamente? Il fatto è questo: anche un raggio laser con l'aumentare della distanza percorsa si disperde, perdendo potenza ed efficacia. Per aumentare la distanza che può percorrere si possono utilizzare delle guide d'onda, cioè dei cavi, come appunto la fibra ottica, che aiutino a guidarne il percorso fino all'obbiettivo desiderato. Nella fibra ottica, la parte più esterna (il mantello) ha un indice di rifrazione inferiore a quello dell'interno, e questo fa si che la luce che colpisce la colpisce viene riflessa verso l'interno, evitando la dispersione del raggio. Quello che hanno ideato i ricercatori dell'Università del Maryland, in pratica, è un metodo per fare la stessa cosa usando semplicemente dell'aria. 

Il processo funziona così: un primo raggio laser, di forma ovale, viene sparato lungo il percorso scelto per creare il “cavo”, e passando nell'aria la riscalda, riducendone la densità e di pari passo, anche l'indice di rifrazione. Per pochi millisecondi, quindi, si crea un percorso in cui l'aria all'interno ha un indice di rifrazione maggiore di quella colpita dal laser, al suo esterno. E sparando un secondo laser sulla scia del primo, è possibile sfruttare la situazione per ottenere l'equivalente di un cavo di fibra ottica composto di aria riscaldata. 

Nell'esperimento, il laser sparato nell'air waveguide è arrivato a destinazione con il 20% della potenza in più rispetto a quella che avrebbe avuto viaggiando senza guida d'onda. In un esperimento più contenuto, lungo una distanza di appena otto metri all'interno del loro laboratorio, i ricercatori sono riusciti ad aumentare la percentuale fino al 60%. Chiaramente ci sono ancora molte migliorie che devono essere apportate al sistema. Ma i ricercatori americani ritengono che già oggi, con laser più potenti, non avrebbero problemi a creare guide d'onda d'aria lunghe anche un chilometro. In futuro, sperano di sviluppare la tecnologia fino a renderla realmente efficiente, per arrivare ad utilizzarla per mettere in collegamento zone remote, dove è complesso immaginare di stendere cavi di fibra ottica, e persino con astronavi o basi spaziali situate al di fuori del nostro pianeta, nello spazio.