optoelettronica

optoelettronica

optoelettrònica s. f. – La miniaturizzazione nel campo dell’ottica, con l’adozione di tecnologie mutuate dall’elettronica dello stato solido, e lo sviluppo di nuove sorgenti, principalmente basate su laser a semiconduttore, hanno dato un forte impulso alle tecnologie optoelettroniche, ovvero il complesso delle tecniche in cui elettronica e ottica concorrono alla realizzazione di dispositivi di vario genere. Tra i settori principali in cui l’o. ricopre un ruolo fondamentale si confermano: trasmissione, registrazione e visualizzazione dell’informazione (v. ; dvd; blu-ray disc; ; ), illuminotecnica (v. OLED), sensoristica, conversione di energia luminosa in energia elettrica (v. ; ).

Nuovi materiali per l'optoelettronica. – La microelettronica moderna è basata sull’uso di materiali semiconduttori (in particolare il silicio) in grado di svolgere funzioni logiche grazie al controllo sulla disponibilità di elettroni e lacune, che si formano rispettivamente in banda di conduzione e in banda di valenza del materiale. La funzione dei semiconduttori è quindi legata alla presenza di un gap di banda elettronica le cui proprietà dipendono direttamente dal tipo di materiale, dalla sua struttura cristallina e dalla presenza di atomi droganti. L’elaborato complesso, costituito dal flusso di elettroni e dalle conseguenti correnti elettriche, è alla base delle moderne tecnologie informatiche. Il segnale elettrico (elettroni) per essere trasmesso a grande velocità deve essere trasformato in un segnale ottico (fotoni) in grado di viaggiare all’interno di speciali sistemi guidanti, le fibre ottiche in silice pura (SiO₂), ed essere trasportato a distanza. La conversione di segnali elettrici in segnali ottici, e viceversa, complica la tecnologia necessaria e rallenta i processi. La possibilità di integrare la generazione di segnali ottici ed elettrici nello stesso dispositivo è di grande interesse, ed è alla base dell’optoelettronica. Il successo dell’o. passa per la messa a punto di nuovi materiali: un esempio è rappresentato dal sistema attivo che genera il segnale ottico, un flusso di fotoni coerenti e monocromatici prodotto da un laser. I materiali comunemente usati a questo scopo sono l'arseniuro di gallio GaAs e il fosfato di indio (InP), mentre il silicio utilizzato per i chip dei computer non ha la proprietà di emettere luce laser. Recentemente, utilizzando tecniche di confinamento quantistico basate su nanocristalli di silicio in matrici vetrose o materiali a multistrati, si è riusciti a generare laser al silicio. Questo è un tipico esempio di come la nanostrutturazione e la combinazione di materiali differenti possano portare a nuove proprietà funzionali. Di particolare importanza nell’ambito dell’o. è il materiale a banda fotonica o . In questo materiale esiste un intervallo vietato per specifiche lunghezze d’onda, che lo rende di fatto un semiconduttore di luce. Un tipico esempio è costituito da elementi di vetro speciale con all’interno una schiera di fori cilindrici a impacchettamento stretto, ciascuno del diametro di 400 nm. La luce che incide sul cristallo fotonico dà luogo a complessi fenomeni di rifrazione, riflessione e interferenza, con il risultato che in particolari e ristretti intervalli di lunghezza d’onda la luce non può propagarsi nel cristallo. Tale materiale è oggi utilizzato per laser ottici, circuiti integrati fotonici, diodi a emissione di luce e persino pigmenti ultrabianchi.