Los investigadores de ETH Zurich han desarrollado un modulador con el que los datos transmitidos a través de ondas milimétricas se pueden convertir directamente en pulsos de luz para fibras ópticas. Esto podría hacer que cubrir la "última milla" hasta el enchufe de Internet en casa sea considerablemente más rápido y económico.

Las altas frecuencias de oscilación de las ondas de luz las hacen ideales para la transmisión rápida de datos. Pueden enviarse a través de fibras ópticas y transportar fácilmente cientos de miles de millones de bits (Gigabits) por segundo. La "última milla" desde un cable de fibra óptica central hasta la toma de Internet en casa, sin embargo, es el más difícil y caro. Algunas alternativas por ejemplo, telefonía móvil 4 / 5G, son más baratos, pero no pueden proporcionar a todos los usuarios simultáneamente las velocidades de transmisión extremadamente altas que requieren las aplicaciones actuales, que consumen mucha información, como la transmisión de TV.

Jürg Leuthold, profesor del Instituto de Campos Electromagnéticos de ETH Zurich, y sus colaboradores tienen ahora, con el apoyo de colegas de la Universidad de Washington en Seattle, desarrolló un modulador de luz novedoso que permitirá en el futuro cubrir la última milla de manera eficiente y a bajo costo con microondas de alta frecuencia, las llamadas ondas milimétricas, y por lo tanto altas velocidades de transmisión de datos.

Modulador de luz sin electrónica

Para transferir datos codificados en fibras ópticas a través de una variación en la intensidad de la luz en ondas milimétricas, Se necesitan componentes electrónicos muy rápidos y, por tanto, costosos. En la dirección opuesta, las ondas milimétricas primero deben ser recibidas por una antena, luego amplificado y mezclado hasta la banda base y finalmente inyectado en un modulador de luz, que traduce los datos contenidos en las ondas de radio nuevamente en pulsos de luz.

Leuthold y sus colegas ahora han logrado construir un modulador de luz que funciona completamente sin baterías ni componentes electrónicos. "Eso hace que nuestro modulador sea completamente independiente de las fuentes de alimentación externas y, encima de eso, extremadamente pequeño para que pueda, en principio, montarse en cualquier poste de luz. Desde allí, luego puede recibir datos a través de señales de microondas de casas individuales y alimentarlos directamente a la fibra óptica central ", explica Yannick Salamin, un doctorado estudiante que hizo contribuciones cruciales al desarrollo del nuevo modulador.

Modulación a través de plasmones

El modulador construido por los investigadores de la ETH consiste en un chip de menos de un milímetro que también contiene la antena de microondas. Esa antena recibe las ondas milimétricas y las convierte en voltaje eléctrico. El voltaje luego actúa en una ranura delgada en el centro del chip, el corazón real del modulador. Allí, una hendidura estrecha, solo unos pocos micrómetros de largo y menos de cien nanómetros de ancho, está relleno de un material especialmente sensible a los campos eléctricos. El haz de luz de la fibra se introduce en esa rendija. Dentro de la hendidura sin embargo, la luz se propaga, a diferencia del cable de fibra óptica o del aire, ya no como una onda electromagnética, sino como un llamado plasmón. Los plasmones son criaturas híbridas hechas de campos electromagnéticos y oscilaciones de carga eléctrica en la superficie de un metal. Debido a esta propiedad, pueden confinarse mucho más estrechamente que las ondas de luz.

El material eléctricamente sensible ("no lineal") dentro de la rendija asegura que incluso el campo eléctrico más pequeño creado por la antena influirá fuertemente en la propagación de los plasmones. Esa influencia sobre la fase oscilatoria de las ondas se conserva cuando los plasmones se vuelven a convertir en ondas de luz al final de la rendija. De este modo, los bits de datos contenidos en las ondas milimétricas se transfieren directamente a las ondas de luz, sin desviarse por la electrónica, y sin ningún poder externo. En un experimento de laboratorio con señales de microondas a 60 Gigahercios, los investigadores pudieron demostrar velocidades de transmisión de datos de hasta 10 Gigabits por segundo a una distancia de cinco metros, y 20 Gigabits por segundo en un metro.

Barato y versátil

Además del pequeño tamaño y el insignificante consumo de energía, el nuevo modulador tiene una serie de ventajas adicionales. "La transferencia directa de ondas milimétricas a ondas de luz hace que nuestro modulador sea particularmente versátil en cuanto a frecuencia y formato exacto de codificación de datos", Leuthold enfatiza. De hecho, el modulador ya es compatible tanto con la nueva tecnología 5G como con los estándares futuros de la industria basados ​​en frecuencias de ondas milimétricas y terahercios de 300 Gigahercios y velocidades de transmisión de datos de hasta 100 Gigabits por segundo. Es más, se puede producir utilizando tecnología de silicio convencional, y por tanto a un coste comparativamente bajo.

Finalmente, Leuthold puede tranquilizar a los usuarios que podrían estar preocupados por la radiación electromagnética involucrada. A diferencia de las ondas de radio o microondas de un módem WiFi, que se propagan uniformemente en todas las direcciones, Las ondas milimétricas pueden enfocarse fuertemente para su transmisión al exterior y solo se propagan entre la antena del techo y un poste de luz dentro de un haz de veinte centímetros de diámetro. Esto reduce considerablemente la potencia necesaria para la transmisión en comparación con otras tecnologías inalámbricas. También elimina los problemas típicos de los módems WiFi, cuyas señales pueden interponerse en el camino del otro.