En febrero de 1880, en su laboratorio en Washington, el inventor estadounidense Alexander Graham Bell desarrolló un dispositivo que él mismo llamó su mayor logro, incluso mayor que el teléfono: el "fotófono". La idea de Bell de transmitir palabras habladas a grandes distancias usando la luz fueel precursor de una tecnología sin la cual el Internet moderno sería impensable. Hoy, grandes cantidades de datos se envían increíblemente rápido a través de cables de fibra óptica como pulsos de luz. Para ese propósito, primero deben ser convertidos a partir de señales eléctricas, que son utilizadas porcomputadoras y teléfonos, en señales ópticas. En los días de Bell era un espejo simple y muy delgado que convertía las ondas de sonido en luz modulada. Los moduladores electroópticos de hoy en día son más complicados, pero tienen una cosa en común con su ancestro lejano:varios centímetros siguen siendo bastante grandes, especialmente cuando se comparan con dispositivos electrónicos que pueden ser tan pequeños como unos pocos micrómetros.
En un artículo seminal en la revista científica Fotónica de la naturaleza , Juerg Leuthold, profesor de fotónica y comunicaciones en ETH Zurich, y sus colegas ahora presentan un modulador novedoso que es cien veces más pequeño y que, por lo tanto, puede integrarse fácilmente en circuitos electrónicos. Además, el nuevo modulador es considerablemente más baratoy más rápido que los modelos comunes, y usa mucha menos energía.
El truco del plasmón
Para este juego de manos, los investigadores dirigidos por Leuthold y su estudiante de doctorado Christian Haffner, que contribuyeron al desarrollo del modulador, utilizan un truco técnico. Para construir el modulador más pequeño posible, primero necesitan enfocar un haz de luz cuyointensidad que desean modular en un volumen muy pequeño. Sin embargo, las leyes de la óptica dictan que dicho volumen no puede ser más pequeño que la longitud de onda de la luz misma. Las telecomunicaciones modernas utilizan luz láser con una longitud de onda de un micrómetro y medio, queen consecuencia es el límite inferior para el tamaño de un modulador.
Para superar ese límite y hacer que el dispositivo sea aún más pequeño, la luz se convierte primero en los llamados polaritones de plasmón de superficie. Los polaritones de plasma son una combinación de campos electromagnéticos y electrones que se propagan a lo largo de la superficie de un metaltira. Al final de la tira se convierten de nuevo en luz una vez más. La ventaja de este desvío es que los plasmón-polaritones pueden confinarse en un espacio mucho más pequeño que la luz de la que se originaron.
índice de refracción cambiado desde el exterior
Para controlar la potencia de la luz que sale del dispositivo, y así crear los pulsos necesarios para la transferencia de datos, los investigadores utilizan el principio de funcionamiento de un interferómetro. Por ejemplo, un rayo láser puede dividirse en dos brazos porun divisor de haz y recombinado con un combinador de haz. Las ondas de luz se superponen "interfieren" y se fortalecen o debilitan entre sí, dependiendo de cómo su estado relativo de fase en los dos brazos del interferómetro. Puede producirse un cambio de fasede una diferencia en el índice de refracción, que determina la velocidad de las ondas. Si un brazo contiene un material cuyo índice de refracción se puede cambiar desde el exterior, la fase relativa de las dos ondas se puede controlar y, por lo tanto, el interferómetro se puede utilizar comoun modulador de luz.
En el modulador desarrollado por los investigadores de ETH, no son los haces de luz, sino los polaritones de plasmón que se envían a través de un interferómetro de solo medio micrómetro de ancho. Al aplicar un voltaje, el índice de refracción y, por lo tanto, la velocidad de los plasmones ense puede variar un brazo del interferómetro, lo que a su vez cambia su amplitud de oscilación en la salida. Después de eso, los plasmones se vuelven a convertir en luz, que se alimenta a un cable de fibra óptica para una mayor transmisión.
Comunicación más rápida con menos energía
El modulador construido por Leuthold y sus colegas tiene varias ventajas a la vez: "Es increíblemente pequeño y simple, y además es el modulador más barato jamás construido", explica Leuthold. Y simple, que consiste en una capa doradaen vidrio de solo 150 nanómetros de espesor y un material orgánico cuyo índice de refracción cambia cuando se aplica un voltaje eléctrico y que por lo tanto modula los plasmones dentro del interferómetro. Como tal modulador es mucho más pequeño que los dispositivos convencionales, consume muy poca energía, solounas pocas milésimas de vatios a una velocidad de transmisión de datos de 70 gigabits por segundo. Esto corresponde a solo una centésima parte del consumo de modelos comerciales.
En ese sentido, contribuye a la protección del medio ambiente, dado que la cantidad de energía utilizada en todo el mundo para la transmisión de datos es considerable; después de todo, hay moduladores en cada línea de fibra óptica. Cada año se necesitan cantidades cada vez mayores de datos parase transmite a una velocidad cada vez mayor, lo que lleva a un aumento del consumo de energía. Por lo tanto, un ahorro de energía cien veces mayor sería más que bienvenido. "Nuestro modulador proporciona más comunicación con menos energía", como lo explica el profesor de ETH en pocas palabras.presente la confiabilidad del modulador se está probando en ensayos a largo plazo, que es un paso crucial para que sea apto para uso comercial.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por ETH Zúrich . Original escrito por Fabio Bergamin. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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