La información transmitida mediante la luz puede multiplicarse por 100

investigadores africanos han observado que la cantidad de información que se puede "envasar en luz" puede multiplicarse por 100.

Investigadores de la Universidad de Witwatersrand en Johannesburgo, y del Consejo de Investigación Científica e Industrial (CSIR), ambos de Sudáfrica, así como un científico de Túnez, están buscando fuentes alternativas que sean capaces de sustituir a los sistemas de comunicaciones ópticas tradicionales allá donde son propensos a fallar.

En su última investigación, publicada en línea en Nature, el equipo demuestra que hay más de 100 patrones de luz en un enlace de comunicación óptica, lo que podría multiplicar el ancho de banda de los sistemas de comunicación por 100.

La idea fue concebida por el profesor Andrew Forbes, de la Universidad de Wits, que dirigió la colaboración. El experimento clave lo llevó a cabo Carmelo Rosales-Guzmán, investigador del grupo de luz estructurada de la Facultad de Física, y Angela Dudley, del CSIR, académico honoraria de Wits.

Los sistemas de comunicaciones ópticas tradicionales modulan la amplitud, la fase, la polarización, el color y la frecuencia de la luz que se transmite. Sin embargo, a pesar de estas tecnologías, se predice que vamos a llegar a un límite máximo del ancho de banda en un futuro próximo.

Pero la luz también tiene un "patrón": la distribución de la intensidad de la luz, es decir, cómo se ve en una cámara o una pantalla.

Dado que estos patrones son únicos, pueden ser utilizados para codificar la información: el patrón 1 = canal 1 o la letra A; el patrón 2 = canal 2 o la letra B, y así sucesivamente. Esto significa que el ancho de banda podrá aumentar exactamente el número de patrones de luz que seamos capaces de utilizar.

Diez patrones significan un aumento de 10 veces en el ancho de banda existente, dado que surgirían 10 nuevos canales para la transferencia de datos.

Los sistemas de comunicación óptica moderno actuales sólo usan un patrón. Esto es debido a dificultades técnicas sobre cómo empaquetar la información en estos patrones de luz, y sobre cómo traer la información de vuelta.

Estudio

En este trabajo, el equipo realizó una transmisión de datos con más de 100 patrones de luz, explotando tres grados de libertad en el proceso. Utilizaron hologramas digitales impresos en una pequeña pantalla de cristal líquido (LCD) y demostraron que es posible tener un holograma codificado en más de 100 patrones, en varios colores.

"Este es el mayor número de patrones creados y detectados en un dispositivo de este tipo hasta la fecha, muy por encima de la técnica anterior", dice Forbes, en la nota de prensa de la universidad.

Uno de los nuevos pasos fue hacer que el dispositivo ciego al color, por lo que los mismos hologramas pueden ser utilizados para codificar muchas longitudes de onda.

Según Rosales-Guzmán, para hacer este trabajo "100 hologramas se combinaron en un solo holograma complejo. Además, cada sub-holograma fue adaptado de forma individual para corregir cualquier aberración óptica debido a la diferencia de color, el desplazamiento angular, etc.".

Embalaje más información en luz tiene el potencial de aumentar el ancho de banda de 100 veces

La siguiente etapa es salir del laboratorio y probar la tecnología en un sistema del mundo real. "Estamos trabajando con una entidad comercial para ello", dice Forbes. El enfoque del equipo podría ser utilizado tanto en redes de fibra óptica como en el espacio libre.

El proyecto fue apoyado por el Centro Láser Africano, un centro virtual financiado por el Departamento de Ciencia y Tecnología de Sudáfrica para apoyar la colaboración en investigación entre los países africanos en el campo de la fotónica.

Luz cuántica

La semana pasada, tres universidades valencianas -la Universitat Politècnica de València (UPV), la Universitat de València (UV), la Universidad Miguel Hernández (UMH) de Elche- y el Consejo Nacional de Investigación italiano presentaron un nuevo dispositivo experimental que genera emisión de luz cuántica compatible con las comunicaciones por fibra óptica.

El equipo ha conseguido diseñar y fabricar dispositivos integrados en fibra que permiten filtrar la luz emitida por puntos cuánticos (QDs), con una eficiencia más de 10 veces mayor que la típica. Este aumento en la eficiencia de filtrado ha permitido trabajar con detectores de infrarrojo cercano más simples y de menor coste.

Este tipo de filtros en fibra óptica se usa en muchos campos de la ingeniería e investigación de tecnología fotónica aplicados a la monitorización de procesos y estructuras industriales. Sin embargo, en el trabajo publicado, el dispositivo de fibra se ha incluido en un experimento de física fundamental, con el objetivo de mejorar las condiciones de detección de fotones.

Referencia bibliográfica:

Abderrahmen Trichili, Carmelo Rosales-Guzmán, Angela Dudley, Bienvenu Ndagano, Amine Ben Salem, Mourad Zghal, Andrew Forbes: Optical communication beyond orbital angular momentum. Scientific Reports (2016). DOI: 10.1038/srep27674.