Los investigadores desarrollan un método para suprimir la retrodispersión y mejorar la transmisión de datos ópticos

Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, Champaign, IL

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 las ondas de luz y sonido para suprimir la dispersión de la luz debido a defectos materiales, lo que podría conducir a una mejor comunicación por fibra óptica.

El profesor de ingeniería y ciencias mecánicas Gaurav Bahl, izquierda, y el estudiante de posgrado Seunghwi Kim confirmaron que las ondas de luz retrodispersadas se pueden suprimir para reducir la pérdida de datos en los sistemas de comunicaciones ópticas. (Foto cortesía de Julia Stackler)

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 se dispersa hacia la fuente, un fenómeno llamado retrodispersión. Siempre hay un poco de imperfección y un poco de aleatoriedad en los materiales que se utilizan en cualquier tecnología de ingeniería. Por ejemplo, la fibra óptica más perfecta utilizada para la transmisión de datos de largo alcance aún podría tener algunos defectos invisibles. Estos defectos pueden ser el resultado de la fabricación o pueden aparecer con el tiempo como resultado de cambios térmicos y mecánicos en el material. En última instancia, estos defectos establecen los límites del rendimiento de cualquier sistema óptico.

Algunos estudios previos han demostrado que la retrodispersión indeseable se puede suprimir en materiales especiales que tienen determinadas propiedades magnéticas. Sin embargo, estas no son opciones viables para los sistemas ópticos actuales que utilizan materiales transparentes y no magnéticos como el silicio o el vidrio de sílice. En el nuevo estudio, los investigadores utilizaron una interacción de la luz con ondas sonoras, 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. Pero, al utilizar algunas interacciones optomecánicas sensibles a la dirección, los investigadores pueden romper esa simetría y cerrar efectivamente 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 se encuentra con un dispersor y no tiene otra opción que seguir avanzando.

Para demostrar este fenómeno, el equipo envió ondas de luz a una pequeña esfera hecha de vidrio de sílice, llamada microresonador. En el interior, la luz viaja a lo largo de una trayectoria circular como una pista de carreras, encontrando defectos en la sílice una y otra vez, amplificando el efecto de retrodispersión. Luego, el equipo utilizó un segundo rayo láser para activar la interacción luz-sonido solo en dirección hacia atrás, bloqueando la posibilidad de que la luz se dispersara hacia atrás. Lo que habría sido energía perdida sigue avanzando, a pesar de los defectos del resonador.

"Poder detener la retrodispersión es importante, pero parte de la luz aún se pierde debido a la dispersión lateral, sobre la cual los científicos no tienen control", dijo el investigador principal, el profesor de ingeniería y ciencias mecánicas Gaurav Bahl. "Por lo tanto, el avance es muy sutil en esta etapa y sólo 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 mejores cables de fibra óptica o incluso seguir usando cables viejos y dañados que ya están en servicio en el fondo de los océanos del mundo, en lugar de tener que reemplazarlos".

Probar el experimento con 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", afirmó 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 optomecánica que está disponible en todos los materiales ópticos. Esperamos que otros investigadores también examinen este fenómeno en sus sistemas ópticos, para seguir avanzando en la tecnología".

Para obtener más información, comuníquese con Gaurav Bahl en Esta dirección de correo electrónico está protegida contra spambots. Necesita activar JavaScript para verlo..