El futuro de la fibra óptica

Dibujo20150626 ever-faster fibers - information highway cannot keep up insatiable demand - science mag

Las autopistas de la información en internet son de fibra óptica. El tráfico ha crecido un 60% desde el año 2000 y nos estamos acercando a un posible atasco de tráfico global. Las llamadas telefónicas vía IP, los vídeos de gatos en YouTube y las descargas de películas en Netflix están congestionando nuestras autopistas de datos. La crisis de capacidad es un problema real, un gran problema según todos los expertos.

La solución la tienen que ofrecer los investigadores. Se publica en Science un nuevo esquema para el envío de datos a través de fibra óptica que puede aumentar su capacidad entre dos y cuatro veces. Un esquema que promete retrasar la congestión de la internet y ofrecer a los investigadores unos años más para encontrar la solución definitiva.

Nos lo cuenta Robert F. Service, “Breaking the light barrier,” Science 348: 1409-1410, 26 Jun 2015, doi: 10.1126/science.348.6242.1409, que se hace eco del artículo de E. Temprana et al., “Overcoming Kerr-induced capacity limit in optical fiber transmission,” Science 348: 1445-1448, 26 Jun 2015, doi: 10.1126/science.aab1781.

Dibujo20150626 new scheme - long distance communication - science mag

Las fibras ópticas se desplegaron en la década de los 1980 para sustituir a las señales analógicas vía cables de cobre. La fibra óptica propaga pulsos de luz de diferentes longitudes de onda (colores) lo que permite enviar más de 100 canales de datos bien separados sin interferencias por la misma fibra, alcanzando unos 20 terabits (billones de bits) por segundo. Hoy en día, además de la amplitud, la fase y la polarización de los pulsos, también se puede modular su separación física en la sección transversal de la fibra.

Dibujo20150626 optical signal distorsion and correction in long distance communication - science mag

 

No todo son ventajas. La fibra óptica tiene pérdidas que son relevantes en grandes distancias. Además, las señales ópticas se dispersan y varios pulsos interfieren entre sí, lo que degrada la señal. El 80% del coste de las infraestructuras de fibra óptica se consume en técnicas para corregir estos problemas. Normalmente, cada kilómetro se usan amplificadores optoelectrónicos que leen la señal, eliminan las posibles distorsiones y la reenvían por la fibra. Este proceso tiene el problema de que ralentiza el tráfico. El nuevo artículo del grupo de Stojan Radic, Universidad de California en San Diego, propone resolver este problema analizando en detalle cómo afecta la distorsión de la señal en distancias grandes y generando los pulsos láser de tal forma que minimicen dichas distorsiones.

Dibujo20150626 Pump-probe cross-phase modulation compensation - science mag

La técnica recuerda a la óptica adaptativa que se usa en telescopios. En lugar de usar un láser para inyectar los pulsos en la fibra, el grupo de Radic propone usar un peine de frecuencias para convertir la luz de un único láser, en una sola longitud de onda, en pulsos toda una gama de diferentes longitudes de onda. Como todos los pulsos provienen de la misma fuente, se simplifica el proceso de estimar las distorsiones que introduce la fibra (mediante una ecuación no lineal de Schrödinger generalizada que incorpore el efecto Kerr y efectos de mayor orden). Además se pueden usar técnicas para corregir dichas distorsiones (reconstruyendo la señal esperada usando una formulación matemática incorporada en los amplificadores optoelectrónicos).

Dibujo20150626 Long-interaction length experimental setup - science mag

La idea es sencilla y sorprende que se publique en una revista tan prestigiosa como Science. La nueva técnica permite separar los amplificadores optoelectrónicos entre el doble y el cuádruple de la distancia usual. Pero además, manteniendo la distancia actual permite multiplicar la capacidad de datos de las fibras existentes entre dos y cuatro veces. Por supuesto, futuros avances podrán mejorar estos números. Como ocurre con la ley de Moore en la informática, la imaginación de los investigadores e ingenieros no tiene límites cuando nos acercamos al límite (sobre todo si hay ingentes cantidades de dinero en juego).

 



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Por Francisco R. Villatoro
Publicado el ⌚ 26 junio, 2015
Categoría(s): ✓ Ciencia • Física • Noticias • Óptica • Physics • Science
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