Un láser para aumentar diez veces la conexión a internet

Los sistemas de comunicación óptica usados para conectarnos a internet utilizan luz para transmitir información a largas distancias. De este modo, los datos se transmiten mediante pulsos láser que viajan a alta velocidad a través de fibras ópticas.

Para garantizar que la información mantenga una alta calidad y no se vea saturada por ruido, se recurre a amplificadores ópticos. De este modo, la capacidad de transmisión de datos de un sistema de comunicación depende en gran medida del ancho de banda del amplificador, es decir, al rango de longitudes de onda de luz que puede manejar.

El rápido aumento del tráfico de datos exige cada vez más capacidad de los sistemas de comunicación. Ahora, en un estudio publicado en Nature, un equipo de investigación de la Universidad Tecnológica de Chalmers (Suecia) presenta un nuevo amplificador que permite la transmisión de diez veces más datos por segundo que los sistemas actuales de fibra óptica. Este amplificador, alojado en un pequeño chip, tiene un gran potencial para diversos sistemas láser críticos, incluidos los utilizados en diagnósticos y tratamientos médicos.

El avance de la tecnología de IA, la creciente popularidad de los servicios de streaming y la proliferación de nuevos dispositivos inteligentes son algunos de los factores que impulsan la previsión de que el tráfico de datos se duplique para 2030. Este aumento hace que sea imprescindible crear sistemas de comunicación capaces de gestionar grandes cantidades de información.

“Los amplificadores que se utilizan actualmente en los sistemas de comunicación óptica tienen un ancho de banda de aproximadamente 30 nanómetros – explivcca Peter Andrekson, líder del estudio -. Nuestro amplificador, sin embargo, cuenta con un ancho de banda de 300 nanómetros, lo que le permite transmitir diez veces más datos por segundo que los sistemas existentes”.

El nuevo amplificador, fabricado en nitruro de silicio, incorpora varias guías de ondas pequeñas, en forma de espiral e interconectadas, que dirigen la luz de forma eficiente con mínima pérdida. Al combinar este material con un diseño geométrico optimizado, se han logrado varias ventajas técnicas.

“La innovación clave de este amplificador reside en su capacidad de multiplicar por diez el ancho de banda, a la vez que reduce el ruido con mayor eficacia que cualquier otro tipo de amplificador. Esta capacidad le permite amplificar señales muy débiles, como las utilizadas en las comunicaciones espaciales”, añade Andrekson.

Además, los investigadores han miniaturizado con éxito el sistema para que quepa en un chip de tan solo unos centímetros.

“Si bien construir amplificadores en chips pequeños no es un concepto nuevo, este es el primer caso en el que se logra un ancho de banda tan grande”, confirma Andrekson.

Los autores han integrado múltiples amplificadores en el chip, lo que permite ampliar el concepto fácilmente según sea necesario. Dado que los amplificadores ópticos son componentes cruciales en todos los láseres, este diseño puede utilizarse para desarrollar sistemas láser capaces de cambiar rápidamente las longitudes de onda en un amplio rango. Esta innovación abre numerosas aplicaciones en la sociedad.

Pequeños ajustes en el diseño, por ejemplo, permitirían también la amplificación de la luz visible e infrarroja. Esto significa que el amplificador podría utilizarse en sistemas láser para diagnóstico, análisis y tratamiento médico. Su amplio ancho de banda permite análisis e imágenes más precisos de tejidos y órganos, lo que facilita la detección temprana de enfermedades.

Además de su enorme potencial de aplicación, el amplificador también puede contribuir a que los sistemas láser sean más pequeños y asequibles.

“Este amplificador ofrece una solución escalable para láseres, permitiéndoles operar en diversas longitudes de onda, a la vez que es más rentable, compacto y energéticamente eficiente – concluye Andrekson -. En consecuencia, un único sistema láser basado en este amplificador podría utilizarse en múltiples campos. Más allá de la investigación médica, el diagnóstico y el tratamiento, también podría aplicarse en la imagenología, la holografía, la espectroscopia, la microscopía y la caracterización de materiales y componentes en longitudes de onda completamente diferentes”.