Descrizione

Una parte del gruppo di ricerca svolge spettroscopia molecolare ad altissima sensibilità nel medio IR attraverso la tecnica del cavity ring-down in assorbimento saturato (SCAR), sfruttando sorgenti laser a cascata quantica alimentati da driver di corrente a bassissimo rumore e una cavità Fabry-Perot ad altissima finesse raffreddata. Il limite di rivelazione record raggiunto (4 ppq, parti per quadrilione) permette di rivelare molecole rarissime come la 14CO2 ben al di sotto l’abbondanza naturale di ~1 ppt. La tecnologia SCAR è coperta da 3 brevetti ed è stata trasferita dal CNR all’azienda spin-off ppqSense S.r.l., che sta ulteriormente sviluppando il prototipo di laboratorio per renderlo uno strumento commerciale.

La rivelazione di transizioni molecolari nella regione del THz è invece condotta attraverso lo sviluppo di spettrometri basati sulla generazione di frequenza differenza con una copertura spettrale estremamente grande.

Sono allo studio anche tecniche di rivelazione di gas in tracce alternative, più indicate per la realizzazione di sensori compatti, a basso costo e trasportabili. Una di queste tecniche è quella fotoacustica CEPAS, che sfrutta un piccolo cantilever di silicio per rivelare l’assorbimento in campioni gassosi con sensibilità anche inferiori al ppt.

Un’altra sezione del gruppo si occupa della caratterizzazione dell’emissione di pettini di frequenza da laser a cascata quantica (QCL-combs). I QCL sono laser a semiconduttore alimentati in corrente basati transizioni intersottobanda in pozzi quantici capaci di emettere radiazione coerente ad alta potenza nel medio infrarosso e nel terahertz (THz). QCL in configurazione Fabry-Pérot progettati per avere una bassa dispersione della velocità di gruppo sono in grado di generare pettini di frequenze nel medio e nel lontano infrarosso. Tecniche elettroniche per il controllo dell’emissione al fine di consentire la metrologia di frequenza nell’infrarosso sono state recentemente sviluppate. Inoltre, è allo studio l’applicabilità dei QCL-comb come sorgenti per spettroscopia e come sorgenti laser per telecomunicazioni classiche e quantistiche.

La larghezza di riga e la stabilità in frequenza delle sorgenti laser possono giocare un ruolo fondamentale in queste tecniche di alta sensibilità e precisione. Il nostro gruppo ha una vasta esperienza nello studio del rumore di fase e frequenza di sorgenti coerenti, incluse sorgenti in somma o differenza di frequenza, QCL e ICL. Negli anni sono state sviluppati vari metodi per la riduzione del rumore e per la stabilizzazione in frequenza di queste sorgenti, tramite aggancio ottico o elettronico a riferimenti stabili (riferimenti ottici, pettine di frequenza, righe molecolari) o a risonatori di alta finesse (Fabry-Perot, whispering gallery mode). Il nostro gruppo ha anche esperienza nella realizzazione di sorgenti coerenti nel medio e lontano infrarosso, per mezzo di generazione non-lineare in cristalli o diodi.

Per approfondire

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Staff INO

Bartalini Saverio
Borri Simone
Cancio Pastor Pablo
Cappelli Francesco
Consolino Luigi
De Natale Paolo
Gabbrielli Tecla
Galli Iacopo
Giusfredi Giovanni
Mazzotti Davide
Sorgi Alessia