Las redes de comunicación por cable de alta velocidad de hoy en día utilizan láseres para transmitir información a través de fibras ópticas, pero las redes inalámbricas están actualmente basadas en radiofrecuencias o microondas. En un avance que algún día podría hacer que las comunicaciones inalámbricas basadas en la luz se generalizaran en todas partes, los investigadores de Facebook, Conectividad Lab Inc., han demostrado un nuevo enfoque para la detección de señales de comunicaciones ópticas que viajan a través del aire.
El equipo de investigación de Facebook describió la nueva tecnología, que podría allanar el camino para las redes inalámbricas ópticas rápidas capaces de suministrar servicios de Internet a lugares lejanos, en Optica, la revista de la Sociedad Óptica para la investigación de alto impacto, según ha informado la asociación The Optical Society (OSA).
Reducir la brecha digital
La Conectividad Lab de Facebook se desarrolla tecnologías orientadas a la prestación de servicios de Internet asequibles para los aproximadamente 4 mil millones de personas en el mundo que no tienen acceso actualmente. «Una gran parte de las personas no se conectan a la Internet debido a que la infraestructura de comunicaciones inalámbrica no está disponible se viven, sobre todo en zonas muy rurales del mundo,» dijo Tobias Tiecke, que lidera el equipo de investigación. «Estamos desarrollando tecnologías de la comunicación que están optimizados para las áreas donde las personas viven muy separados unos de otros.»
La comunicación inalámbrica basada en la luz, también llamado espacio libre comunicaciones ópticas es una vía prometedora para llevar internet a las zonas en las que fibras ópticas y torres de telefonía móvil puede ser un reto para desplegar de manera rentable. El uso de luz láser para llevar la información a través de la atmósfera puede ofrecer potencialmente muy altos anchos de banda y capacidad de datos, pero uno de los principales retos ha sido cómo dirigir con precisión un pequeño rayo láser que transporta los datos en un pequeño detector de luz que está a cierta distancia.
Materiales fluorescentes
En el nuevo estudio, los investigadores de Facebook demuestran un método para el uso de materiales fluorescentes en lugar de la óptica tradicional para recoger la luz y concentrarla en una pequeña célula fotoeléctrica. Combinaron este colector de luz, que cuenta con 126 centímetros cuadrados de superficie que puede captar la luz desde cualquier dirección, con la tecnología de telecomunicaciones existentes para alcanzar velocidades de datos de más de 2 gigabits por segundo (Gbps).
«Hemos demostrado el uso de fibras ópticas fluorescentes que absorben un color de la luz y emiten otro color», afirman desde Facebook. «Las fibras ópticas absorben la luz procedente de cualquier dirección sobre un área grande, y la luz emitida viaja dentro de la fibra óptica, que canaliza la luz a una pequeña célula fotoeléctrica, muy rápido».
La comunicación rápida necesita detectores rápidos
Una red óptica en el espacio libre de alta velocidad requiere detectores muy rápidos para recibir la luz del láser que lleva información. Pero la velocidad debe equilibrarse con el tamaño; aunque los detectores más grandes hacen que un objetivo sean más fácil de golpear con un haz de luz láser que viaja por el aire, el aumento del tamaño de un detector hace que sea más lento.
Se puede utilizar una combinación de la óptica y de los sistemas mecánicos para realizar un seguimiento de la posición del detector y el punto a del láser, pero estos enfoques añaden un poco de complejidad. El nuevo colector de luz utiliza fibras ópticas de plástico que contienen moléculas de colorante orgánicos que absorben la luz azul y emiten luz verde. Esta configuración reemplaza la óptica clásica y la plataforma de movimiento que normalmente se necesitan para dirigir la luz a la zona de recogida.
Sistema OFDM
Las altas velocidades son posibles porque tarda menos de 2 nanosegundos, entre la absorción de la luz azul y la emisión de luz verde. Además, mediante la incorporación de un método de modulación de la señal llamado multiplexado por división de frecuencia ortogonal, OFDM o, los investigadores transmiten más de 2 Gbps a pesar de ancho de banda del sistema de 100 MHz. OFDM es un método de codificación de datos digitales para que múltiples flujos de datos se pueden transmitir a la vez. A pesar de que se utiliza comúnmente para la comunicación por cable e inalámbrica, no se suele utilizar con la comunicación por láser.
Captación de luz de todas las direcciones
En el documento de Optica, los investigadores demuestran un colector de luz en forma de bombilla a partir de un haz de fibras ópticas fluorescentes. Aunque muchas formas son posibles, la forma de la bombilla ofrece una sensibilidad de ancho de banda y omnidireccional muy grande, lo que significa que trabajaría con dispositivos móviles que se desplazan con respecto al transmisor. Los investigadores también demostraron que esta geometría puede recoger la luz de un área tan grande como 126 centímetros cuadrados, por lo que es menos sensible a la alineación.
«Nuestro detector absorbe la misma cantidad de energía y obtiene la misma señal a través de la comunicación con independencia de la alineación», dijo Tiecke de Facebook.
Además de trabajar con los socios para el desarrollo de nuevos materiales, el equipo de investigación también tiene previsto el traslado de esta tecnología fuera del laboratorio mediante el desarrollo de un prototipo que podría ser probado en una situación del mundo real. «Estamos investigando la viabilidad de un producto comercial,» dijo Tiecke. «Este es un sistema muy nuevo, y hay un montón de espacio para el desarrollo futuro».
La Sociedad Óptica
Fundada en 1916, la Sociedad Óptica (OSA) es la principal organización profesional para científicos, ingenieros, estudiantes y empresarios que dan forma a los descubrimientos sobre combustible, aplicaciones de la vida real y aceleran logros en la ciencia de la luz.
(Paper: T. Peyronel, K. J. Quirk, C. S. Wang, T. G. Tiecke, «Un detector luminiscente para Free-espacio de comunicación óptica,» Optica, 3, 7, 787 (2016). DOI: 10.1364 / optica.3.000787).
Fuente: OSA
