L’Università di Tampere guida un network dell’Unione Europea sui fasci elicoidali, con test avanzati svolti presso la struttura ELI-NP in Romania

La fotonica europea entra nel 2026 con un progetto che mira a trasformare una frontiera della fisica in una piattaforma tecnologica per l’industria. All’Università di Tampere, in Finlandia, prende il via HiPOVor, network di dottorato finanziato dall’Unione Europea con 4,4 milioni di euro, dedicato allo sviluppo dei vortici ottici ad alta potenza come strumento per applicazioni produttive, scientifiche e di comunicazione. L’iniziativa coinvolge otto istituzioni accademiche, nove partner industriali e una grande infrastruttura laser europea, con l’obiettivo di superare i limiti che finora hanno confinato questi fasci di luce a dimostrazioni sperimentali.

Un vortice ottico è un fascio in cui la luce ruota attorno al proprio asse di propagazione, generando un profilo ad anello con un centro scuro. Questa struttura è legata al momento angolare orbitale della radiazione, una proprietà che consente di trasferire energia e informazione in modo diverso rispetto ai laser convenzionali. Da anni i ricercatori ne studiano il potenziale, ma la difficoltà di produrli e mantenerli stabili a potenze elevate ha limitato l’adozione in contesti reali. HiPOVor nasce per affrontare proprio questo nodo, combinando ricerca fondamentale, sviluppo di sorgenti laser e validazione in ambienti applicativi.

Dalla luce strutturata a una tecnologia abilitante per l’industria

Il programma formerà 15 dottorandi su tre linee principali: generazione dei vortici, amplificazione senza perdita delle proprietà strutturali e utilizzo in processi di interazione luce-materia. La posta in gioco è dimostrare che questi fasci possono diventare una tecnologia abilitante per settori dove precisione e controllo fine sono determinanti. Nella microlavorazione, ad esempio, un vortice ottico può distribuire l’energia in modo più uniforme lungo un bordo circolare, utile per forature e tagli in materiali fragili o trasparenti. In microscopia avanzata, la struttura del fascio può migliorare la risoluzione spaziale e il contrasto, facilitando l’osservazione di dettagli che con l’illuminazione tradizionale restano nascosti.

Secondo Goëry Genty, professore di fotonica all’Università di Tampere e coordinatore scientifico del progetto,

“i vortici ottici ad alta potenza non sono soltanto interessanti dal punto di vista fondamentale, ma hanno il potenziale di trasformare applicazioni che vanno dalla manifattura di precisione all’imaging ad alta risoluzione, a condizione che si riescano a generare e mantenere in modo stabile durante la propagazione e l’interazione con la materia”.

La stabilità del fascio è infatti cruciale quando si lavora con potenze elevate, perché piccole distorsioni possono annullare i benefici della struttura elicoidale.

Oltre alla manifattura e all’imaging, il progetto guarda alle comunicazioni. La possibilità di codificare informazione su diversi stati di momento angolare orbitale è studiata come via per aumentare la capacità dei canali ottici e wireless, migliorando l’efficienza spettrale senza richiedere nuove bande di frequenza. Anche in questo caso, la sfida è passare da esperimenti controllati a sistemi robusti, compatibili con infrastrutture esistenti.

Formazione avanzata e accesso a grandi infrastrutture laser

Uno degli elementi distintivi di HiPOVor è l’integrazione tra formazione e utilizzo di infrastrutture di ricerca di scala continentale. I dottorandi avranno accesso ai sistemi dell’Extreme Light Infrastructure – Nuclear Physics in Romania, parte della rete europea di grandi laser, dove è possibile testare schemi di generazione dei vortici a intensità non replicabili nei laboratori universitari. Questo passaggio è considerato essenziale per valutare la robustezza dei metodi proposti e per avvicinare le soluzioni a requisiti industriali.

Dal punto di vista delle politiche della ricerca, il progetto risponde a una priorità europea emersa con forza tra il 2023 e il 2025: rafforzare il capitale umano nelle tecnologie deep tech, dove la domanda industriale cresce più rapidamente dell’offerta di competenze. Nel campo dei laser e della fotonica avanzata, la carenza di profili specializzati è stata più volte indicata come fattore che rallenta la trasformazione dei prototipi in prodotti certificati.

Regina Gumenyuk, ricercatrice senior in fotonica della Tampere University e coordinatrice del network di dottorato, sottolinea che

“la rete è progettata per formare ricercatori capaci di muoversi lungo l’intera catena dell’innovazione, dalla progettazione dei componenti alla validazione in contesti applicativi, con una forte esposizione alle esigenze dell’industria”.

Secondo lei, questo approccio è cruciale per ridurre il tempo che separa una scoperta scientifica da una soluzione adottabile sul mercato.

La presenza di nove partner industriali, attivi in settori che vanno dalla strumentazione laser ai sistemi di visione, consente di orientare i progetti di ricerca verso casi d’uso concreti, come la realizzazione di microstrutture funzionali per dispositivi medici o l’ottimizzazione di processi di lavorazione senza contatto. In questo modo, la formazione diventa anche un veicolo di trasferimento tecnologico.

Dal laboratorio al mercato, superare la “valle della morte”

Molte tecnologie fotoniche si fermano nella fase di dimostrazione sperimentale, un passaggio spesso definito “valle della morte” dell’innovazione, dove i costi di sviluppo crescono più rapidamente delle opportunità di finanziamento. HiPOVor è costruito per attraversare questo tratto critico, combinando ricerca su materiali non lineari, ottiche adattive e sistemi di amplificazione che preservino la struttura del fascio.

L’obiettivo non è solo dimostrare che un vortice ottico può essere prodotto a potenze elevate, ma che può farlo in modo ripetibile, con parametri controllabili e compatibili con linee produttive. Questo implica sviluppare protocolli di misura e diagnostica in grado di verificare, in tempo reale, che le proprietà del fascio restino intatte durante l’uso. La capacità di monitorare e correggere le distorsioni è considerata un prerequisito per qualsiasi applicazione industriale.

In parallelo, il progetto esplora come i vortici possano interagire con materiali avanzati, inclusi polimeri e vetri tecnici, per creare micro- e nano-strutture con proprietà ottiche o meccaniche specifiche. Queste tecniche potrebbero trovare impiego nella produzione di componenti per sensori, dispositivi biomedicali e sistemi di ottica adattiva, ampliando la catena del valore della fotonica in Europa.

Un ecosistema finlandese che punta sulla fotonica avanzata

La scelta di Tampere come centro di coordinamento non è casuale. Negli ultimi anni, l’area ha consolidato un ecosistema che unisce ricerca universitaria, start-up e imprese manifatturiere ad alta specializzazione. La presenza di competenze su laser, ottica non lineare e ingegneria dei materiali ha già favorito la nascita di spin-off e collaborazioni con aziende attive nella microlavorazione e nei sistemi di visione per l’industria.

In questo contesto, HiPOVor è visto come un moltiplicatore di capacità, capace di attrarre talenti internazionali e di rafforzare i legami con il tessuto produttivo. La formazione di 15 dottorandi in un network europeo crea inoltre connessioni professionali che possono tradursi, nel medio periodo, in nuove iniziative imprenditoriali o in progetti congiunti di ricerca applicata.

La dimensione internazionale è considerata un fattore chiave anche per la competitività. In un mercato globale dove Stati Uniti e Asia investono massicciamente in fotonica e semiconduttori, la capacità europea di coordinare risorse e competenze è determinante per mantenere un ruolo di primo piano nelle tecnologie di prossima generazione.

Verso applicazioni reali e nuove traiettorie di sviluppo

Con l’avvio operativo nel 2026, HiPOVor entra in una fase in cui i risultati dovranno dimostrare la fattibilità industriale dei vortici ottici ad alta potenza. Se gli obiettivi saranno raggiunti, le ricadute potrebbero estendersi oltre i settori già identificati, influenzando anche ambiti come la metrologia avanzata e alcune applicazioni di difesa e sicurezza, dove il controllo fine dei fasci laser è un requisito critico.

Più in generale, il progetto rappresenta un test per il modello europeo di innovazione basato su reti di formazione, grandi infrastrutture e partenariati industriali. La capacità di trasformare una proprietà fisica complessa in una piattaforma tecnologica affidabile sarà un indicatore della maturità del sistema di ricerca e trasferimento tecnologico nel campo della fotonica applicata.

Se la luce strutturata riuscirà a uscire dai laboratori per entrare nelle fabbriche e nei dispositivi di uso quotidiano, il percorso tracciato da Tampere potrebbe diventare un riferimento per altri programmi deep tech. In questo senso, i vortici ottici non sono solo un oggetto di studio, ma un banco di prova per la strategia europea di portare l’innovazione di frontiera dentro l’economia reale.

Ecco tre approfondimenti che potrebbero interessarti:

Sul Säntis grazie al laser deviato per la prima volta un fulmine
AI e “super raggi X” per svelare il mistero dei papiri di Ercolano
Il Tecnopolo di Bologna al centro della rivoluzione digitale