Photonics: Devices, Systems, and Networks
L’area “Photonics: Devices, Systems and Networks” riunisce quattro gruppi di ricerca che, in modo sinergico, coprono l’intero spettro delle tecnologie fotoniche: dalla concezione, modellazione e caratterizzazione di dispositivi fotonici e optoelettronici allo sviluppo di sistemi ottici avanzati, infrastrutture di comunicazione ad alta capacità, piattaforme di sensing distribuito e tecnologie emergenti per reti quantistiche. L’area riunisce competenze multidisciplinari in fotonica, optoelettronica, fisica applicata, modellazione numerica, telecomunicazioni, elaborazione numerica dei segnali e intelligenza artificiale, con una forte enfasi sulla ricerca sperimentale, sulla validazione di sistema e sul trasferimento tecnologico.
Le attività di ricerca comprendono la progettazione e lo sviluppo di dispositivi fotonici innovativi e circuiti integrati, inclusi laser a semiconduttore, modulatori ottici, fotodiodi, LED, componenti di fotonica su silicio e dispositivi fotovoltaici. Queste attività sono supportate da strumenti di simulazione multiscala e multifisica, che consentono un’interazione continua tra modellazione teorica, ottimizzazione dei dispositivi e caratterizzazione sperimentale. Sono inoltre studiate sorgenti laser avanzate, sistemi di controllo del fascio ottico e tecniche spettroscopiche per applicazioni nei processi industriali, nella diagnostica biomedica, nel monitoraggio ambientale, nei sistemi aerospaziali e nella valutazione dello stato di salute strutturale.
Un focus principale dell’area è lo sviluppo di sistemi e reti di comunicazione ottica di nuova generazione. Ciò include la modellazione della propagazione ottica, la progettazione di sistemi di trasmissione coerente a banda ultra-larga, la mitigazione delle nonlinearità in fibra e l’implementazione di tecniche avanzate di elaborazione numerica del segnale. La ricerca riguarda inoltre il monitoraggio delle prestazioni ottiche, le interconnessioni ad alta velocità per data center, le reti di accesso e trasporto di nuova generazione, la trasmissione su fibre a nucleo cavo e l’impiego di metodologie basate su digital twin per la progettazione, l’ottimizzazione e il controllo di sistemi e infrastrutture fotoniche.
L’area studia anche la convergenza tra comunicazione ottica e sensing. Il sensing basato su fibra, il sensing e la comunicazione fotonica integrata, nonché lo sfruttamento delle reti ottiche esistenti come piattaforme di sensing distribuito sono esplorati per applicazioni quali il monitoraggio delle infrastrutture, la sorveglianza ambientale e la rilevazione sismica. L’intelligenza artificiale svolge un ruolo sempre più rilevante in queste attività, supportando l’interpretazione dei segnali, il rilevamento di anomalie, la modellazione predittiva, il funzionamento autonomo delle reti e l’estrazione di informazioni di sensing dai dati delle reti ottiche.
In parallelo, l’area contribuisce allo sviluppo di reti ottiche aperte, programmabili e consapevoli del livello fisico. La ricerca comprende la modellazione accurata del trasporto WDM, la pianificazione e l’ottimizzazione di rete, framework di controllo aperti, la gestione autonoma delle reti e la realizzazione di digital twin di reti ottiche che combinano accuratezza fisica e monitoraggio continuo di infrastrutture reali. Sono inoltre studiate architetture emergenti di reti quantistiche, con attenzione alla coesistenza quantistico-classica, alla distribuzione dell’entanglement e all’integrazione delle tecnologie quantistiche con le future infrastrutture di comunicazione.
La maggior parte delle attività sperimentali è supportata dalle strutture del Centro Interdipartimentale per la Fotonica Applicata, Photonext, del Politecnico di Torino, dove strumentazione ottica, fotonica e RF avanzata consente la validazione di dispositivi, sistemi e concetti di rete a diversi livelli di maturità tecnologica.
Le attività di ricerca comprendono la progettazione e lo sviluppo di dispositivi fotonici innovativi e circuiti integrati, inclusi laser a semiconduttore, modulatori ottici, fotodiodi, LED, componenti di fotonica su silicio e dispositivi fotovoltaici. Queste attività sono supportate da strumenti di simulazione multiscala e multifisica, che consentono un’interazione continua tra modellazione teorica, ottimizzazione dei dispositivi e caratterizzazione sperimentale. Sono inoltre studiate sorgenti laser avanzate, sistemi di controllo del fascio ottico e tecniche spettroscopiche per applicazioni nei processi industriali, nella diagnostica biomedica, nel monitoraggio ambientale, nei sistemi aerospaziali e nella valutazione dello stato di salute strutturale.
Un focus principale dell’area è lo sviluppo di sistemi e reti di comunicazione ottica di nuova generazione. Ciò include la modellazione della propagazione ottica, la progettazione di sistemi di trasmissione coerente a banda ultra-larga, la mitigazione delle nonlinearità in fibra e l’implementazione di tecniche avanzate di elaborazione numerica del segnale. La ricerca riguarda inoltre il monitoraggio delle prestazioni ottiche, le interconnessioni ad alta velocità per data center, le reti di accesso e trasporto di nuova generazione, la trasmissione su fibre a nucleo cavo e l’impiego di metodologie basate su digital twin per la progettazione, l’ottimizzazione e il controllo di sistemi e infrastrutture fotoniche.
L’area studia anche la convergenza tra comunicazione ottica e sensing. Il sensing basato su fibra, il sensing e la comunicazione fotonica integrata, nonché lo sfruttamento delle reti ottiche esistenti come piattaforme di sensing distribuito sono esplorati per applicazioni quali il monitoraggio delle infrastrutture, la sorveglianza ambientale e la rilevazione sismica. L’intelligenza artificiale svolge un ruolo sempre più rilevante in queste attività, supportando l’interpretazione dei segnali, il rilevamento di anomalie, la modellazione predittiva, il funzionamento autonomo delle reti e l’estrazione di informazioni di sensing dai dati delle reti ottiche.
In parallelo, l’area contribuisce allo sviluppo di reti ottiche aperte, programmabili e consapevoli del livello fisico. La ricerca comprende la modellazione accurata del trasporto WDM, la pianificazione e l’ottimizzazione di rete, framework di controllo aperti, la gestione autonoma delle reti e la realizzazione di digital twin di reti ottiche che combinano accuratezza fisica e monitoraggio continuo di infrastrutture reali. Sono inoltre studiate architetture emergenti di reti quantistiche, con attenzione alla coesistenza quantistico-classica, alla distribuzione dell’entanglement e all’integrazione delle tecnologie quantistiche con le future infrastrutture di comunicazione.
La maggior parte delle attività sperimentali è supportata dalle strutture del Centro Interdipartimentale per la Fotonica Applicata, Photonext, del Politecnico di Torino, dove strumentazione ottica, fotonica e RF avanzata consente la validazione di dispositivi, sistemi e concetti di rete a diversi livelli di maturità tecnologica.