Investigadores del Instituto de Tecnología de California, Caltech liderados por el científico Amnon Yariv, han diseñado un nuevo tipo de láser que puede aumentar cuatro veces la velocidad actual de internet que ofrecen las redes de fibra óptica más avanzadas para la transmisión de datos.

El estudio publicado en la edición online de The Proceedings of the National Academy of Sciences es fruto de cinco años de investigaciones por Amnon Yariv, Martin y Eileen Summerfield Profesor de Física Aplicada y profesor de ingeniería eléctrica.

Problema actual falta de pureza espectral

Actualmente, las redes más avanzadas utilizan la tecnología de fibra óptica, que transmite la información a través de luz en vez de señales eléctricas. La luz es capaz de transportar grandes cantidades de información – aproximadamente un ancho de banda 10.000 superior que el de las micro ondas, el método de transporte de datos inicial para largas distancias. Pero es en estas largas distancias cuando surge el problema, ya que las transmisiones pueden degradarse.

Para ser capaces de utilizar el gran potencial de transmisión de la luz, la luz láser debe ser lo más pura posible en su espectro (lo más próxima a una frecuencia única). Cuanto más puro sea el tono, mas información puede transportar y durante años los investigadores han tratado de desarrollar el laser que se acercara lo más posible a esa emisión de una única frecuencia.

«Lo que motivó principalmente nuestro proyecto era que los diseños de láser de hoy en día presentan una arquitectura interna que es desfavorable para la operación de alta pureza espectral. Esto es debido a que permiten una amplia y teóricamente inevitable cantidad de ruido óptico que se combina con el láser coherente lo que degrada su pureza espectral, » explica Yariv.

Solución basada en capa de silicio que no absorbe la luz

El nuevo láser de alta coherencia sigue convirtiendo corriente en luz utilizando materiales clasificados III- V- semiconductores típicamente arseniuro de galio y  fosfuro de indio que convierten en luz la corriente eléctrica aplicada – pero a diferencia del actual láser S – DFB, almacena la luz en una capa de silicio, que no absorbe la luz. El patrón espacial de esta capa de silicio le permite actuar como un concentrador de luz enviando la nueva luz generada fuera del material III – V (que absorbe la luz) trasladándola al silicio cuya absorción de luz es casi nula.

Esta alta pureza espectral alcanzada – un rango de frecuencias 20 veces más estrecho que el que se consigue con el actual láser S – DFB- podría ser especialmente importante para el futuro de las comunicaciones de fibra óptica. Originalmente, el haz de láser transportaba la información en las fibras ópticas por pulsos de luz; las señales de datos quedaban impresas en el haz realizando rápidos cambios del modo del láser entre encendido y apagado, y los pulsos de luz resultantes se transportaban a través de las fibras ópticas. Sin embargo, para satisfacer la creciente demanda de ancho de banda, los ingenieros de sistemas de comunicaciones están adoptando un nuevo método de impresionar los datos sobre los haces de luz láser que ya no requiere esta técnica «on-off». Este método se llama comunicación de fase coherente.

Reemplazo de técnica on-off por retrasos

En las comunicaciones de fase coherente, los datos residen en pequeños retrasos en el tiempo de llegada de las ondas; las demoras – una fracción muy pequeña (10-16) de un segundo de duración – pueden entonces transmitir con precisión la información, incluso a través de miles de kilómetros. Los bits electrónicos digitales que transportan vídeo, datos u otra información se convierten en el láser en estos pequeños retrasos. Pero el número de posibles retrasos, y por lo tanto la capacidad de soporte de datos del canal, está fundamentalmente limitado por el grado de pureza espectral del haz de láser. Esta pureza no puede ser absoluta – una limitación de las leyes de la física, pero con el nuevo láser, Yariv y su equipo han tratado de acercarse lo máximo posible a la pureza absoluta.

“La nueva tecnología es en definitiva capaz de aumentar por cuatro la cantidad de bytes por segundo que transporta cada canal, un número que puede aumentar con la continuación de nuestro trabajo, pero que a este nivel ya es una ventaja económica considerable”, afirma Yariv

Más información disponible en este enlace.