F6 – ELENE – Fondazione RESTART

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L’obiettivo del progetto ELENE è dimostrare sperimentalmente la fattibilità della conversione completamente ottica utilizzando guide d’onda LNOI e valutare teoricamente gli effetti benefici che tali convertitori possono avere per le reti ottiche.
Obiettivo 1: sviluppare nuove competenze per le guide d’onda LNOI.
Obiettivo 2: sviluppare nuove idee e dispositivi per la conversione di lunghezza d’onda.
Obiettivo 3: dimostrare un prototipo dirompente per le telecomunicazioni del futuro.
Obiettivo 4: immaginare un passo avanti per le reti ottiche.

ELENE fa parte dello Spoke 1 – Pervasive and Photonic Network Technologies and Infrastructures

PI di progetto: Stefan Wabnitz

Principali attività svolte fino ad oggi

[M1 - M9 ]
Nel complesso, i principali risultati raggiunti fino a settembre 2023 sono:

avvio delle attività tecniche;
studio teorico di come il phase-matching della generazione di terze armoniche in un micro-risonatore di Kerr possa essere utilizzato per estendere la conversione di frequenza in nuove regioni spettrali, lontane dalla lunghezza d'onda della pompa;
studio della generazione a doppio pettine temporalmente dispersivo di pettini con corrispondenza di fase con ampia larghezza di banda e dispersione anomala del campo fondamentale;
messa a punto di un flusso di lavoro di simulazione per le guide d'onda LNOI, collegando le simulazioni numeriche a livello di dispositivo con la modellazione teorica, la progettazione del layout e la futura caratterizzazione sperimentale;
progettazione di un setup sperimentale basato su una guida d'onda a solitoni in un campione LNOI per la conversione di lunghezza d'onda.

[M9 - oggi]
WP1:

Impostazione di un flusso di lavoro di simulazione per guide d'onda in niobato di litio (LNOI).
Indagine su vari parametri per i convertitori di frequenza.
Progettato un setup sperimentale per la conversione di lunghezza d'onda, enfatizzando la compatibilità con le telecomunicazioni.
Studiato l'effetto della nonlinearità combinata quadratica e cubica sulla stabilità del solitone ottico a pettine di frequenza.
Ha scoperto che la nonlinearità cubica aumenta la regione di stabilità dei pettini di frequenza ottici a solitoni quadratici.
Studiati diversi metodi per modellare i processi di conversione nelle guide d'onda LNOI con taglio a X e taglio a Z.
Analizzato il modo fondamentale a 1550 nm e SHG a 775 nm attraverso l'analisi modale.

WP3:

Revisione della letteratura esistente e simulazioni numeriche.
Procurato una sorgente laser per gli esperimenti a 850 bande.
Assemblato e allineato un setup sperimentale per la conversione non lineare della lunghezza d'onda.
Pianificazione dello spostamento dell'attenzione sulle bande O e C, in linea con le specifiche del progetto.
In corso esperimenti estesi per la conversione da 400 nm a 875+815.

Fino a giugno 2024, i risultati scientifici del progetto focalizzato su ELENE hanno portato a una pubblicazione su rivista (1) e a due presentazioni orali a conferenze (2-3).
L'esito è stato limitato al solo lavoro dell'unità di ricerca della Sapienza Università di Roma, poiché le altre due unità previste per lo svolgimento della ricerca prevista non sono state ancora selezionate dal Consorzio RESTART, nonostante i criteri tecnico-scientifici per la determinazione dei compiti da assegnare alle unità aggiuntive tramite un bando era già stata delineata dal PI di ELENE nel mese di luglio 2023.

Risultati più significativi

Sviluppo di un modello di campo medio per la generazione di una combinazione di frequenze ottiche in un sistema di cavità non lineare.
Esplorato la generazione di dual-comb con ampia larghezza di banda e dispersione anomala.
Raggiunta la coesistenza di solitoni bistabili in cavità.
Permette ai laser di telecomunicazione di accedere alle regioni del vicino infrarosso e del visibile.
Vantaggioso per gli orologi ottici e le applicazioni di rilevamento.
Condotti esperimenti con un film relativamente spesso nella prima finestra di trasparenza delle fibre.
Ricevuta una nuova serie di guide d'onda LNOI a film sottile.
Iniziati nuovi esperimenti con le guide d'onda a film sottile.

Si comunica che nelle prossime settimane verranno formalmente selezionati i due ulteriori partner. Se ciò accadesse, potrebbe essere possibile recuperare la maggior parte del ritardo accumulato, in modo tale che gli obiettivi principali del progetto possano ancora essere raggiunti, anche se in un arco di tempo molto più breve.
Tuttavia, prevediamo che potrebbe essere necessaria una ridefinizione dei tempi e del contenuto delle tappe fondamentali e dei risultati finali.

Papers:
Hamed Tari, Alessandro Bile, Arif Nabizada, and Eugenio Fazio, "Immobilization of photorefractive solitons by charge anchoring on conductive walls," Opt. Lett. 48, 6508-6511 (2023)

Francesco Rinaldo Talenti, Stefan Wabnitz, Yifan Sun, Tobias Hansson, Pedro Parra-Rivas, Multipeak dissipative solitons in χ(2) + χ(3) optical cavites, Italian conference on optics and photonics, Firenze 17-19 June 2024

Francesco Rinaldo Talenti, Luca Lovisolo, Andrea Gerini, Pedro Parra-Rivas, Tobias Hansson, Stefan Wabnitz, Laurent Vivien, Carlos Alonso-Ramos, and Giuseppe Leo, Frequency comb generation dynamics in χ(2) + χ(3) AlGaAs micro-resonators, European Optical Society Annual Meeting, Napoli, September 9-13, 2024