Investigadores Desarrollan Método para Suprimir Retrodispersión, Mejorando Transmisión Óptica de Datos

Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, Champaign, IL

Ingenieros de la Universidad de Illinois han encontrado una forma de redirigir ondas de luz desajustadas para reducir pérdida de energía durante transmisión óptica de datos. En un estudio, investigadores explotaron una interacción entre ondas de luz y sonido para suprimir la dispersión de luz desde defectos de material —lo que podría llevar a comunicación por fibra óptica mejorada.

El profesor de ciencia e ingeniería mecánica Gaurav Bahl, izquierda, y el estudiante graduado Seunghwi Kim confirmaron que las ondas de luz retrodispersadas pueden ser suprimidas para reducir pérdida de datos en sistemas de comunicaciones ópticas. (Foto cortesía Julia Stackler)

Rompiendo la Simetría de Retrodispersión

Las ondas de luz se dispersan cuando encuentran obstáculos, 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 de vuelta hacia la fuente —un fenómeno llamado retrodispersión. Siempre hay un poco de imperfección y un poco de aleatoriedad en los materiales que se usan en cualquier tecnología diseñada. Por ejemplo, la fibra óptica más perfecta usada para transmisión de datos de largo alcance podría aún tener algunos defectos invisibles. Estos defectos pueden ser resultado de fabricación, o pueden aparecer con el tiempo como resultado de cambios térmicos y mecánicos en el material. En última instancia, tales fallos establecen los límites de rendimiento para cualquier sistema óptico.

Algunos estudios previos han mostrado que la retrodispersión indeseable puede ser suprimida en materiales especiales que tienen ciertas propiedades magnéticas. Sin embargo, estos no son opciones viables para los sistemas ópticos de hoy que usan materiales transparentes, no magnéticos como silicio o vidrio de sílice. En el nuevo estudio, los investigadores usaron 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 materiales a la misma velocidad independientemente de la dirección, sea hacia adelante o hacia atrás. Pero, al usar algunas interacciones opto-mecánicas sensibles a la dirección, los investigadores son capaces de romper esa simetría y efectivamente cerrar la retrodispersión. Es como crear un espejo unidireccional. Al bloquear la propagación hacia atrás de una onda de luz, no tiene a dónde ir cuando encuentra un dispersor, y no otra opción que continuar moviéndose hacia adelante.

Demostración Experimental en Microresonador

Para demostrar este fenómeno, el equipo envió ondas de luz a una pequeña esfera hecha de vidrio de sílice, llamada microresonador. Dentro, la luz viaja a lo largo de un camino circular como una pista de carreras, encontrando defectos en la sílice una y otra vez, amplificando el efecto de retrodispersión. El equipo entonces usó un segundo haz láser para involucrar la interacción luz-sonido en la dirección hacia atrás solo, bloqueando la posibilidad de dispersión de luz hacia atrás. Lo que habría sido energía perdida continúa moviéndose hacia adelante, a pesar de defectos en el resonador.

"Ser capaz de detener la retrodispersión es significativo, pero parte de la luz aún se pierde por dispersión lateral, sobre la cual los científicos no tienen control", dijo el investigador principal, profesor de ciencia e ingeniería mecánica Gaurav Bahl. "El avance es, por tanto, muy sutil en esta etapa y solo útil sobre 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 mejor cable de fibra óptica o incluso continuar usando cable viejo, dañado, ya 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 mostrar que este fenómeno es posible en los anchos de banda requeridos en comunicaciones de fibra óptica. "El principio que exploramos se ha visto antes", dijo Bahl. "La verdadera historia aquí es que hemos confirmado que la retrodispersión puede ser suprimida en algo tan simple como vidrio, usando una interacción opto-mecánica que está disponible en todo material óptico. Esperamos que otros investigadores examinen este fenómeno en sus sistemas ópticos, también, para avanzar aún más la tecnología."

Para más información, contacte a Gaurav Bahl en This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it..