Un nuevo cambio de paradigma en la forma de cómo se operan los láser puede convertirse en el futuro del WiFi.

El cada vez mayor tráfico a través de redes WiFi y móvil, con un incremento exponencial en los últimos años, está llevando a un cuello de botella tecnológico ante la imposibilidad de aumentar la capacidad de las actuales redes inalámbricas. La llegada del 5G puede aliviar un poco este problema pero no es una solución a largo plazo.  Es por ello que las actuales investigaciones se están centrado en las frecuencias de terahercios, ya que permiten que los datos puedan moverse a velocidades cientos de veces más rápidas que las actuales tecnología inalámbricas.

En 2017, investigadores de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas John A. Paulson de Harvard descubrieron que un “Peine de frecuencia” infrarroja en un láser de cascada cuántica podría ofrecer una nueva forma de generar ondas terahercianas. Ahora, estos mismos científicos han descubierto un nuevo fenómeno de los “Peines de frecuencia láser” que permitiría que estos dispositivos actúen como transmisores o receptores integrados que puedan codificar información de manera eficiente.

“Este trabajo representa un cambio de paradigma completo en la forma que se puede operar un láser”, dijo Federico Capasso, profesor de Física Aplicada  del Rober L. Wallace y autor senior del estudio. “Este nuevo fenómeno transforma un láser (un dispositivos que funciona en frecuencias ópticas) en un modulador avanzado a frecuencias de microondas, lo que tiene una importancia tecnológica fundamental para el uso eficiente del ancho de banda en los sistemas de comunicación”.

Los peines de frecuencia óptica son herramientas de alta precisión para medir y detectar frecuencias de luz. A diferencia de los láseres convencionales, que emiten una única frecuencia, estos láseres emiten múltiples frecuencias simultáneamente y espaciadas uniformemente pareciéndose a los dientes de un peine, de ahí su nombre. En la actualidad los peines de frecuencia ópticos, que han sido coronadas con un premio Nobel, se utilizan para todo, desde medir las huellas dactilares de moléculas específicas hasta la detección de exoplanetas.

En esta investigación, en cambio, no estaban interesados en la salida óptica del láser, sino en su interior.

“Estábamos interesados en lo que está sucediendo dentro del láser, en el esqueleto electrónico del láser”, afirmó Marco Picardo, becado postdoctoral en SEAS y autor principal del artículo “Mostramos, por primera vez, que un láser en longitudes de onda ópticas funciona como un dispositivo de microondas”.

Dentro del láser, las diferentes frecuencias de luz se combinan para generar radiación de microondas. Los investigadores descubrieron que la luz dentro de la cavidad del láser hacer que los electrones oscilen en la frecuencia de microondas que están dentro del espectro de comunicaciones. Estas oscilaciones pueden modularse externamente para codificar información en una señal portadora.

«Actualmente, las fuentes de terahercios tienen serias limitaciones debido al ancho de banda limitado», dijo Capasso. «Este descubrimiento abre un aspecto completamente nuevo de los peines de frecuencia y podría conducir, en el futuro cercano, a una fuente de terahercios para comunicaciones inalámbricas».

El estudio fue publicado en la revista científica Optica el mes Abril de este año.

Créditos de Portada: Ilustración cortesía de Jared Sisler / Harvard University