La investigación innovadora de la Universidad de Texas en Arlington y la Universidad de Vermont podría conducir a una reducción dramática en el costo y el consumo de energía de las conexiones a Internet de alta velocidad.
Los efectos ópticos no lineales, como el índice de refracción dependiente de la intensidad, se pueden usar para procesar datos miles de veces más rápido de lo que se puede lograr electrónicamente. Tal procesamiento, hasta ahora, ha funcionado solo para un haz óptico a la vez porque ellos efectos ópticos no lineales también causan interacción entre haces no deseada, o interferencia, cuando hay múltiples haces de luz.
Un artículo publicado en el Comunicaciones de la naturaleza revista, por el grupo de investigación de Michael Vasilyev, profesor de ingeniería eléctrica en la UTA, en colaboración con Taras I. Lakoba, profesor de matemáticas en la UVM, detalló una demostración experimental de un medio óptico en el que múltiples haces de luz pueden autocorregir suspropias formas sin afectarse entre sí.
Este trabajo, financiado por la National Science Foundation, permite el procesamiento óptico no lineal simultáneo de múltiples haces de luz por un solo dispositivo sin convertirlos a forma eléctrica, abriendo el camino para que esta tecnología alcance su potencial multi-Terabit por segundo completo,resultando en comunicaciones de internet de alta velocidad más baratas y más eficientes energéticamente.
Actualmente, para eliminar el ruido acumulado durante la propagación de la luz en los enlaces de comunicación ópticos, los operadores de telecomunicaciones deben recurrir a la regeneración optoelectrónica frecuente, donde convierten las señales ópticas en eléctricas a través de fotodetectores rápidos, las procesan con circuitos basados en silicio y luego las eléctricas.las señales vuelven a la óptica, utilizando láseres seguidos de moduladores electroópticos. Dado que cada fibra óptica puede transportar más de cien señales diferentes en varias longitudes de onda, conocidas como multiplexación por división de longitud de onda WDM, dicha regeneración optoelectrónica debe hacerse por separado para cadalongitud de onda, lo que hace que los regeneradores sean grandes, caros e ineficientes consumidores de energía.
Una alternativa atractiva a esto es procesar la señal óptica directamente, sin convertirla en eléctrica y viceversa. En particular, la velocidad de la luz que se propaga en un medio transparente puede modificarse ligeramente por un cambio en la intensidad de la luz. Esto es una manifestaciónde un efecto óptico no lineal conocido como "modulación autofásica" o SPM. Si la luz contiene señal y ruido, el SPM puede ayudar a limpiar la señal del ruido al dispersar la energía del ruido en frecuencias muy fuera de la banda de señal, desde dondeun filtro puede eliminar fácilmente el ruido. Cuando se aplica a la luz que contiene datos útiles, esta operación de eliminación de ruido habilitada para SPM se denomina "regeneración totalmente óptica", lo que puede dar como resultado una autocorrección óptica de las señales que transportan datos cien veces más rápidostasas que pueden ser procesadas electrónicamente.
Sin embargo, la adopción de la regeneración totalmente óptica en los sistemas de comunicación se ha visto obstaculizada por su incapacidad para trabajar con señales WDM. Esto se debe a que en presencia de haces de señales múltiples o canales WDM, la SPM deseada siempre va acompañada de dosefectos indeseables: modulación de fase cruzada, donde la intensidad de un canal modifica la velocidad de propagación de otro canal, y mezcla de cuatro ondas, donde la interacción de varios canales conduce a la interferencia con otros canales.
En su artículo publicado, Vasilyev y sus colegas informan la demostración experimental de un nuevo medio óptico no lineal administrado por retraso de grupo, donde se logra un fuerte efecto SPM sin dicha interferencia entre canales. División de un medio no lineal convencional, como una fibra óptica, en varias secciones cortas separadas por filtros especiales de retardo de grupo periódico produce un medio en el que todos los componentes de frecuencia del mismo canal WDM viajan con la misma velocidad, asegurando un SPM fuerte. Diferentes canales WDM viajan con diferentes velocidades, lo que suprime dramáticamente cualquier interinteracción de canales.
"Nuestro nuevo medio no lineal nos ha permitido demostrar la regeneración totalmente óptica simultánea de 16 canales WDM por un solo dispositivo, y este número solo ha sido limitado por las limitaciones logísticas de nuestro laboratorio", dijo Vasilyev. "Este experimento abre las oportunidadespara escalar el número de canales a más de cien sin aumentar el costo, todo en un dispositivo del tamaño de un libro ".
El regenerador multicanal podría incluso reducirse al tamaño de una caja de fósforos en el futuro si el medio óptico no lineal se pudiera implementar en un microchip.
"Este avance es un ejemplo de cómo los investigadores de UTA pueden impactar positivamente el bienestar físico y económico de la sociedad en el área del descubrimiento basado en datos y el impacto ambiental global, temas del Plan Estratégico 2020 de UTA Bold Solutions | Impacto global"dijo Jonathan Bredow, profesor y presidente del Departamento de Ingeniería Eléctrica en la Facultad de Ingeniería de la UTA.
"Los esfuerzos anteriores para implementar el procesamiento óptico no lineal, como la regeneración, no tuvieron impacto porque no había ventaja en emplearlos sobre las señales eléctricas debido a la incapacidad de usar más de un canal. Ahora que el grupo del Dr. Vasilyev tieneSuperar ese obstáculo, hay nuevas posibilidades tremendas para una transmisión de mensajes más rápida y eficiente ", dijo Bredow.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Texas en Arlington . Original escrito por Jeremy Agor. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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