LENTI PER IL TERAHERTZ CON LAMINE METALLICHE

Come ti piego un’onda a mille GHz

Uno studio appena uscito su Nature Scientific Reports illustra un dispositivo dielettrico in grado di focalizzare onde con frequenze comprese fra i 100 e i 10 mila GHz. Francesco Cuttaia (INAF): «Aprono l’orizzonte a innumerevoli applicazioni in campo astrofisico e tecnologico»

Una lente per il terahertz. Per realizzarla, i ricercatori hanno utilizzato una serie di lastre impilate. Una tecnica che potrebbe costituire la base per nuovi dispositivi. Crediti: Mittleman Lab / Brown University

Una lente per il terahertz. Per realizzarla, i ricercatori hanno utilizzato una serie di lamine impilate. Una tecnica che potrebbe costituire la base per nuovi dispositivi. Crediti: Mittleman Lab / Brown University

Dici lente e subito pensi al disco di vetro convesso inestricabilmente associato, insieme al copricapo deerstalker, alla figura di Sherlock Holmes. Lenti, dunque, che come quelle dei nostri occhiali sfruttano le proprietà di rifrazione d’un materiale per focalizzare la luce. Ma per bande dello spettro elettromagnetico diverse da quella ottica lo stesso scopo si raggiunge facendo ricorso a dispositivi assai differenti. È il caso delle onde submillimetriche, quelle con frequenze attorno ai terahertz, a cavallo fra infrarossi a microonde: nel loro caso, ciò che più conta non sono tanto le proprietà dei materiali utilizzati quanto il modo in cui sono disposti.

È il caso del dispositivo, descritto sulle pagine di Nature Scientific Reports, realizzato sotto la guida di Rajind Mendis e Dan Mittleman della Brown University. «Qui ciò che è importante è l’architettura», dice Mendis. Un’architettura il cui aspetto ricorda un radiatore per auto: 32 lamine metalliche, spesse 100 µm ciascuna, intervallate fra loro da uno spazio di un millimetro. Uno dei bordi delle lamine è lavorato in modo da produrre, una volta impilate, un incavo tridimensionale su un lato del dispositivo. Una nicchia concava lamellata che costituisce l’uscita del dispositivo stesso, e grazie alla quale i raggi al terahertz vengono concentrati in un unico punto.

Ma quali novità presentano, queste lenti, rispetto alle tecnologie già in uso? E quali applicazioni potrebbe avere? Media INAF lo ha chiesto a un ricercatore che da anni si occupa di progettazione di dispositivi per onde submillimetriche, Francesco Cuttaia, del’INAF IASF di Bologna.

«Le lenti sono gli elementi base di un sistema ottico, utilizzate allo scopo di collimare e focalizzare i raggi su un target o su un rivelatore. Alle frequenze THz e sub-THz (30 µm – 3 mm)», spiega Cuttaia, «si ricorre tipicamente a lenti di polietilene o con substrato di silicio, oppure a specchi parabolici. Queste lenti artificiali sono invece costituite da lamine metalliche parallele in grado di emulare una superficie concava a curvatura continua, anziché quella tipica convessa, comportandosi analogamente ad array di guide d’onda metalliche delle quali conservano la capacità di selezionare la lunghezza dell’onda».

«La loro struttura conferisce un indice di rifrazione inferiore all’unità, che varia con la frequenza e ne determina, oltre che la forma fisica, i principali pregi, quali l’elevata trasmittanza, della quale si avvantaggia la purezza dell’immagine, unita alle alte prestazioni in termini di collimazione e ridotta lunghezza focale. In particolare, la dipendenza dalla frequenza e la capacità di discriminare gli stati di polarizzazione dell’onda incidente», osserva Cuttaia, «aprono l’orizzonte alle più innumerevoli e fantasiose applicazioni in campo astrofisico e tecnologico: l’imaging multispettrale in astronomia e l’utilizzo delle lenti in network THz come porte logiche corrispondenti agli stati di polarizzazione dell’onda sono solo alcuni dei possibili esempi».

Per saperne di più: