Una investigación innovadora de la Universidad de Texas en Arlington y la Universidad de Vermont podría conducir a una reducción drástica en el costo y el consumo de energía de las conexiones a Internet de alta velocidad.

Efectos ópticos no lineales, como el índice de refracción dependiente de la intensidad, se puede utilizar para procesar datos miles de veces más rápido de lo que se puede lograr electrónicamente. Dicho procesamiento tiene, hasta ahora, funcionó solo para un haz óptico a la vez porque los efectos ópticos no lineales también causan una interacción no deseada entre haces, o diafonía, cuando están presentes múltiples haces de luz.

Un artículo publicado en la prestigiosa Comunicaciones de la naturaleza diario, 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 UVM, detalló una demostración experimental de un medio óptico en el que múltiples haces de luz pueden autocorregir sus propias 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 mediante un solo dispositivo sin convertirlos a forma eléctrica, abriendo el camino para que esta tecnología alcance todo su potencial de múltiples terabit por segundo, resultando en comunicaciones por Internet de alta velocidad más baratas y energéticamente eficientes.

En la actualidad, eliminar el ruido acumulado durante la propagación de la luz en los enlaces de comunicación óptica, Los operadores de telecomunicaciones deben recurrir a la regeneración optoelectrónica frecuente, donde convierten señales ópticas en eléctricas a través de fotodetectores rápidos, procesarlos con circuitos basados ​​en silicio, y luego convertir las señales eléctricas de nuevo a ópticas, utilizando láseres seguidos de moduladores electro-ópticos. Dado que cada fibra óptica puede transportar más de cien señales diferentes en varias longitudes de onda, conocido como multiplexación por división de longitud de onda (WDM), tal regeneración optoelectrónica debe realizarse por separado para cada longitud de onda, agrandar los regeneradores, consumidores de energía caros e ineficientes.

Una alternativa atractiva a esto es procesar la señal óptica directamente, sin convertirlo en eléctrico y trasero. En particular, la velocidad de la luz que se propaga en un medio transparente puede modificarse ligeramente mediante un cambio en la intensidad de la luz. Esta es una manifestación de un efecto óptico no lineal conocido como "modulación de fase propia" o SPM. Si la luz contiene tanto señal como ruido, el SPM puede ayudar a limpiar la señal del ruido al dispersar la energía del ruido en frecuencias fuera de la banda de la señal, desde donde el ruido puede eliminarse fácilmente mediante un filtro. Cuando se aplica a la luz que contiene datos útiles, esta operación de eliminación de ruido habilitada para SPM se denomina "regeneración totalmente óptica, "que puede resultar en la autocorrección óptica de las señales que transportan velocidades de datos cien veces más rápidas que las que se pueden procesar 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 múltiples haces de señales, o canales WDM, el SPM deseado siempre va acompañado de dos efectos 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 interferencias con otros canales.

En su artículo publicado, Vasilyev y sus colegas informan la demostración experimental de un nuevo medio óptico no lineal gestionado por retardo de grupo, donde se logra un fuerte efecto SPM sin dicha interferencia entre canales. Dividiendo 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 una SPM fuerte. Los diferentes canales WDM viajan con diferentes velocidades, que suprime drásticamente cualquier interacción entre canales.

"Nuestro nuevo medio no lineal nos ha permitido demostrar la regeneración totalmente óptica simultánea de 16 canales WDM mediante un solo dispositivo, y este número solo ha estado limitado por las limitaciones logísticas de nuestro laboratorio ", dijo Vasilyev." Este experimento abre las oportunidades para 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 cerillas en el futuro si el medio óptico no lineal pudiera implementarse en un microchip.

"Este avance es un ejemplo de cómo los investigadores de la 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 catedrático del Departamento de Ingeniería Eléctrica de la Facultad de Ingeniería de la UTA.

"Los esfuerzos anteriores para implementar el procesamiento óptico no lineal, como la regeneración, no logró hacer un impacto porque no había ninguna ventaja en emplearlos sobre las señales eléctricas debido a la incapacidad de usar más de un canal. Ahora que el grupo del Dr. Vasilyev ha superado ese obstáculo, existen nuevas posibilidades tremendas para transmisión de mensajes más eficiente, ", Dijo Bredow.