Los ingenieros de Ruhr-Universität Bochum han desarrollado un concepto novedoso para la transferencia rápida de datos a través de cables de fibra óptica. En los sistemas actuales, un láser transmite señales de luz a través de los cables y la información se codifica en la modulación de la intensidad de la luz. El nuevo sistema, unEl láser de rotación de semiconductores se basa en una modulación de la polarización de la luz. Publicado el 3 de abril de 2019 en la revista Naturaleza , el estudio demuestra que los láseres giratorios tienen la capacidad de funcionar al menos cinco veces más rápido que los mejores sistemas tradicionales, mientras consumen solo una fracción de energía. A diferencia de otros sistemas semiconductores basados en espines, la tecnología potencialmente funciona a temperatura ambiente yno requiere ningún campo magnético externo. El equipo de Bochum en la Cátedra de Fotónica y Tecnología Terahertz implementó el sistema en colaboración con colegas de la Universidad de Ulm y la Universidad de Buffalo.
La transferencia rápida de datos es actualmente un gran consumo de energía
Debido a limitaciones físicas, la transferencia de datos que se basa en una modulación de la intensidad de la luz sin utilizar formatos de modulación complejos solo puede alcanzar frecuencias de alrededor de 40 a 50 gigahercios. Para lograr esta velocidad, se necesitan altas corrientes eléctricas "."como el Porsche, donde el consumo de combustible aumenta dramáticamente si el automóvil se conduce rápido", compara el profesor Martin Hofmann, uno de los ingenieros de Bochum. "A menos que actualicemos la tecnología pronto, la transferencia de datos e Internet consumirán más energía que nosotros".actualmente están produciendo en la Tierra ". Junto con el Dr. Nils Gerhardt y el estudiante de doctorado Markus Lindemann, Martin Hofmann está investigando en tecnologías alternativas.
Luz polarizada circularmente como portador de información
Proporcionados por la Universidad de Ulm, los investigadores utilizaron los láseres, que tienen un tamaño de unos pocos micrómetros, para generar una onda de luz cuya dirección de oscilación cambia periódicamente de una manera específica. El resultado es una luz polarizada circular que se forma cuando doslas ondas de luz lineales perpendicularmente polarizadas se superponen.
En la polarización lineal, el vector que describe el campo eléctrico de la onda de luz oscila en un plano fijo. En la polarización circular, el vector gira alrededor de la dirección de propagación. El truco: cuando dos ondas de luz polarizadas linealmente tienen frecuencias diferentes, el proceso resulta enpolarización circular oscilante donde la dirección de oscilación se invierte periódicamente, a una frecuencia definida por el usuario de más de 200 gigahercios.
Límite de velocidad aún por determinar
"Hemos demostrado experimentalmente que es posible una oscilación a 200 gigahercios", describe Hofmann. "Pero no sabemos cuánto más rápido puede llegar a ser, ya que aún no hemos encontrado un límite teórico".
La oscilación por sí sola no transporta ninguna información; para este propósito, la polarización tiene que ser modulada, por ejemplo, eliminando picos individuales. Hofmann, Gerhardt y Lindemann han verificado en experimentos que esto se puede hacer en principio. En colaboración con elequipo del profesor Igor? uti? y estudiante de doctorado Gaofeng Xu de la Universidad de Buffalo, utilizaron simulaciones numéricas para demostrar que es teóricamente posible modular la polarización y, en consecuencia, la transferencia de datos a una frecuencia de más de 200 gigahercios.
La generación de una polarización circular modulada
Dos factores son decisivos para generar un grado de polarización circular modulada: el láser debe funcionar de manera que emita dos ondas de luz polarizadas linealmente perpendiculares simultáneamente, cuya superposición da como resultado una polarización circular. Además, las frecuencias delas dos ondas de luz emitidas tienen que diferir lo suficiente para facilitar la oscilación de alta velocidad.
La luz láser se genera en un cristal semiconductor, que se inyecta con electrones y agujeros de electrones. Cuando se encuentran, se liberan partículas de luz. El giro, una forma intrínseca de momento angular, de los electrones inyectados es indispensable parapara garantizar la correcta polarización de la luz. Solo si el giro electrónico está alineado de cierta manera, la luz emitida tiene la polarización requerida, un desafío para los investigadores, ya que la alineación del giro cambia rápidamente.electrones lo más cerca posible del punto dentro del láser donde se emitirá la partícula de luz. El equipo de Hofmann ya ha solicitado una patente con su idea de cómo se puede lograr esto usando un material ferromagnético.
Diferencia de frecuencia por doble refracción
La diferencia de frecuencia en las dos ondas de luz emitidas que se requiere para la oscilación se genera utilizando una tecnología proporcionada por el equipo con sede en Ulm dirigido por el profesor Rainer Michalzik. El cristal semiconductor utilizado para este propósito es birrefringente. En consecuencia, los índices de refracción enlas dos ondas de luz polarizadas perpendicularmente emitidas por el cristal difieren ligeramente. Como resultado, las ondas tienen frecuencias diferentes. Al doblar el cristal semiconductor, los investigadores pueden ajustar la diferencia entre los índices de refracción y, en consecuencia, la diferencia de frecuencia.la diferencia determina la velocidad de oscilación, que eventualmente puede convertirse en la base de la transferencia acelerada de datos.
"El sistema aún no está listo para la aplicación", concluye Martin Hofmann. "La tecnología aún no se ha optimizado. Al demostrar el potencial de los láseres giratorios, deseamos abrir una nueva área de investigación".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Ruhr-Universidad Bochum . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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