Silvano Donati es un científico en fotónica. Es profesor emérito de la Universidad de Pavía , donde ha sido catedrático durante 30 años y ha creado el Grupo de Ingeniería Electro-Óptica.
Donati comenzó su carrera en el CISE (Centro de Investigación del Instituto de Generación Eléctrica) en 1966, inicialmente con una beca CNR de un año, y de 1967 a 1975 contratado a tiempo completo por el CISE. Allí llevó a cabo investigaciones sobre electrónica nuclear y detectores, y sobre la naciente instrumentación fotónica, en particular telémetros, interferómetros y sensores de vibración de patrón de moteado. Mientras tanto, de 1967 a 1971 fue profesor del curso de "Electrónica" en el ISTIM, el Máster en ingeniería mecánica.
En 1971 fue nombrado profesor en la Universidad de Pavía para el recién iniciado plan de estudios de Ingeniería Electrónica, y allí creó y equipó el Laboratorio Circuiti para la enseñanza del diseño de circuitos con la ayuda de experimentos prácticos de ensamblaje y prueba, el primero de este género en Italia. [1]
En 1975 se convirtió en "Professore Stabilizzato", o titular, se trasladó a tiempo completo a la Universidad de Pavía y comenzó a enseñar sus cursos recién activados de "Materiales y Tecnologías Electrónicas" y "Sistemas Electro-Ópticos", siendo este último el primer curso de Fotónica de las Universidades Italianas. [2] En 1981 fue nombrado Profesor Titular en la Universidad de Pavía, cargo que ocupó hasta 2010. [2]
Con el paso de los años, fue mejorando paulatinamente las notas de clase de los cursos que impartía a los estudiantes hasta el punto de publicar dos libros de texto: "Photodetectors" 448 páginas, publicado por primera vez por Prentice Hall 2000, [3] con una 2.a ed. en 2021, y "ElectroOptical Instrumentation", 442 páginas, publicado por primera vez en 2004 por Prentice Hall , traducido al chino (Guang Dien Yi Chi) en 2006 [4] con una 2.a ed. en 2023. [5] De 2010 a 2014 continuó impartiendo cursos como profesor, y en 2015 se le concedió la Cátedra Emérita.
También desarrolló actividad e impartió cursos en varias universidades de Taiwán como profesor visitante: NTU (Taipei) en 2005, NSYSU (Kaohsiung) en 2007 a 2010, NCKU (Tainan) en 2012, NCHU (Taichung) en 2013-14, NTUT (Taipei) en 2015-17, nuevamente NTU (Taipei) 2018-20, y 2021-2022 NCHU (Taichung), [6] [7] y 2023- 2024 NTUST (Taipei).
Ha sido profesor distinguido de la IEEE Photonics Society y profesor itinerante de Optica y SPIE, totalizando 120 conferencias presenciales en el período 2010-2020. [8]
El principal campo de investigación de Donati ha sido la ingeniería fotónica. En el período de 1975 a 1990 trabajó en componentes y sensores, con contribuciones innovadoras al desarrollo de acopladores de fibra (que terminaron en una spin-off, la empresa Tel.Es, activa durante 7 años y con una plantilla de 24 personas, que vendió durante un tiempo los mejores acopladores fusionados con pérdida de inserción de 0,05 dB) y aisladores ópticos (tanto de espacio libre como de fibra). Para los sensores de fibra, en 1985 desarrolló en Pavía el primer prototipo de giroscopio de fibra (patrocinado por Elsag Genova y posteriormente absorbido por GEM) y el sensor de corriente de fibra.
En 1978, en su primera investigación realizada en la Universidad de Pavía, propuso una nueva configuración de interferometría, que llamó "modulación inducida", caracterizada por la ausencia de cualquier componente óptico externo a la fuente y basada en la modulación del campo de la cavidad producida por la señal óptica que regresa del objetivo remoto. Las modulaciones son tanto AM como FM, y estas dos señales llevan el senoφ y el cosφ habituales de los interferómetros convencionales, siendo φ = 2(2πL/λ) la longitud del camino óptico hasta el objetivo a una distancia L y viceversa. En un artículo seminal, Donati demostró cómo detectar señales AM y FM con un láser HeNe dividido por Zeeman y, a partir de ellas, cómo medir los desplazamientos ya sea contando incrementos λ/8 o mediante una reconstrucción analógica de la forma de onda L = L (t), con precisión sub-λ. Además, lo empleó como estetoscopio óptico para medir el ritmo cardíaco y los sonidos respiratorios. Sin embargo, el progreso fue lento debido a la voluminosa fuente de HeNe, hasta que finalmente estuvieron disponibles en los años 90 los láseres de diodo monomodo, fiables y de bajo coste. Entonces, muchos investigadores a nivel internacional comenzaron a desarrollar el nuevo interferómetro, en aquel momento denominado "automezclador" debido a la interacción en la cavidad. El gran problema del diodo láser era que sólo estaba disponible un único canal (el AM), por lo que la medición se veía afectada por la ambigüedad. En 1994, Donati y su grupo propusieron el régimen de retroalimentación moderada, por el cual la forma de onda cosφ se distorsiona mediante una conmutación que lleva el signo del desplazamiento, una idea patentada en 1994 y desde entonces utilizada en todas las aplicaciones posteriores.
La actividad de Donati continuó en los años 2002-2015 con la aplicación del interferómetro de automezcla (SMI) a una variedad de tareas de medición, incluida la vibrometría para señales de amplitud sub-nm mediante un análisis de bucle cerrado: una nueva configuración que abre el camino a varias aplicaciones, en particular el análisis espectral mecánico sin contacto, la medición del ciclo de histéresis mecánica y el diagnóstico MEMS. Además, él y su grupo desarrollaron nuevos métodos de medición de distancia absoluta, medición de ángulos, detectores de eco y medición de parámetros láser, como el ancho de línea y el factor α. En 2013, uno de sus colaboradores inició una exitosa empresa derivada de SMI, la empresa Julight. Los principales artículos sobre interferometría de automezcla publicados por Donati y sus colaboradores suman un total de 60 y han recopilado más de 4500 citas.
Otro logro de Donati, también perteneciente a la clase de fenómenos de acoplamiento en fuentes láser y sus aplicaciones, es la criptografía del caos. En 1996, después de un artículo sobre la dinámica de diodos láser acoplados a alto nivel que mostraba la bifurcación, la multiperiodicidad y el caos ya conocidos, él y su colega V. Annovazzi-Lodi desarrollaron la sincronización del caos y propusieron hacer criptografía mediante codificación por desplazamiento del caos[9], un avance respecto al simple enmascaramiento del caos de las señales. A estos artículos seminales le siguió mucho trabajo, fomentando dos rondas de proyectos EEC FET que involucraron a siete grupos internacionales encabezados por C. Mirasso de IMEDEA. Como resultado, finalmente se desarrolló un chip InP de criptografía del caos que incorpora diodo láser, modulador y atenuador, y que sirve como transmisor y receptor de información codificada en caos.
Una contribución reciente de Donati a la mejora de los dispositivos de imagen que incluyen circuitos importantes para el procesamiento píxel por píxel, también conocidos como píxeles inteligentes (como los telémetros 3D), ha sido la idea de intercambiar el ángulo sólido de aceptación por un aumento del área, aprovechando la invariancia de la radiancia. Así, los conjuntos SPAD con un factor de relleno bajo (por ejemplo, FF=0,05) gracias a un conjunto de microlentes pueden recuperar casi por completo la pérdida de FF. Los conjuntos de microlentes se utilizan ampliamente en la actualidad.