Los ingenieros de la Universidad de Illinois han encontrado una manera de redirigir las ondas de luz inadaptadas para reducir la pérdida de energía durante la transmisión de datos ópticos. En un estudio, los investigadores explotaron una interacción entre la luz y las ondas sonoras para suprimir la dispersión de la luz de los defectos materiales, lo que podría conducir a una mejor comunicación por fibra óptica. Sus hallazgos se publican en la revista Optica .

Las ondas de luz se dispersan cuando encuentran obstáculos, ya sea una grieta en una ventana o un pequeño defecto en un cable de fibra óptica. Gran parte de esa luz se dispersa fuera del sistema, pero parte de ella se dispersa hacia la fuente en un fenómeno llamado retrodispersión, dijeron los investigadores.

"No existe un material perfecto, "dijo el profesor de ingeniería y ciencias mecánicas Gaurav Bahl, quien dirigió el estudio. "Siempre hay un poco de imperfección y un poco de aleatoriedad en los materiales que usamos en cualquier tecnología de ingeniería. Por ejemplo, la fibra óptica más perfecta que se utiliza para la transmisión de datos de largo alcance aún puede tener algunos defectos invisibles. Estos defectos pueden deberse a la fabricación, o pueden aparecer con el tiempo como resultado de cambios térmicos y mecánicos en el material. Por último, tales defectos establecen los límites de rendimiento de cualquier sistema óptico ".

Algunos estudios previos han demostrado que la retrodispersión no deseada puede suprimirse en materiales especiales que tienen ciertas propiedades magnéticas. Sin embargo, estas no son opciones viables para los sistemas ópticos de hoy que usan transparencias, materiales no magnéticos como silicio o vidrio de sílice, Bahl dijo

En el nuevo estudio, Bahl y el estudiante de posgrado Seunghwi Kim utilizaron una interacción de luz con ondas de sonido, en lugar de campos magnéticos, para controlar la retrodispersión.

Las ondas de luz viajan a través de la mayoría de los materiales a la misma velocidad independientemente de la dirección, ya sea hacia adelante o hacia atrás, Dijo Bahl. "Pero, mediante el uso de algunas interacciones opto-mecánicas sensibles a la dirección, podemos romper esa simetría y detener efectivamente la retrodispersión. Es como crear un espejo unidireccional. Al bloquear la propagación hacia atrás de una onda de luz, no tiene adónde ir cuando se encuentra con un esparcidor, y ninguna otra opción que seguir avanzando ".

Para demostrar este fenómeno, el equipo envió ondas de luz a una pequeña esfera hecha de vidrio de sílice, llamado microrresonador. Dentro, la luz viaja a lo largo de un camino circular como una pista de carreras, encontrar defectos en la sílice una y otra vez, amplificando el efecto de retrodispersión. Luego, el equipo usó un segundo rayo láser para activar la interacción luz-sonido solo en la dirección hacia atrás, bloqueando la posibilidad de que la luz se disperse hacia atrás. Lo que se hubiera perdido energía sigue avanzando, a pesar de defectos en el resonador.

Ser capaz de detener la retrodispersión es importante, pero parte de la luz todavía se pierde debido a la dispersión lateral, sobre la que los científicos no tienen control, Dijo Bahl. "Por lo tanto, el avance es muy sutil en esta etapa y solo es útil en un ancho de banda estrecho. Sin embargo, simplemente verificar que podemos suprimir la retrodispersión en un material tan común como el vidrio de sílice sugiere que podríamos producir un mejor cable de fibra óptica o incluso seguir usando el viejo, cable dañado que ya está en servicio en el fondo de los océanos del mundo, en lugar de tener que reemplazarlo ".

Probar el experimento en cable de fibra óptica será el siguiente paso para demostrar que este fenómeno es posible en los anchos de banda requeridos en las comunicaciones de fibra óptica.

"El principio que exploramos ya se ha visto antes, ", Dijo Bahl." La verdadera historia aquí es que hemos confirmado que la retrodispersión se puede suprimir en algo tan simple como el vidrio, utilizando una interacción opto-mecánica que está disponible en todos los materiales ópticos. Esperamos que otros investigadores examinen este fenómeno en sus sistemas ópticos, así como, para seguir avanzando en la tecnología ".