Los cables de fibra óptica constituyen la columna vertebral de las comunicaciones modernas, transportan datos y llamadas telefónicas a través de países y bajo los océanos. Pero una demanda cada vez mayor de datos —desde la transmisión de películas hasta búsquedas en Internet— está ejerciendo presión sobre esa red, porque hay límites para la cantidad de datos que se pueden pasar a través de los cables antes de que la señal se degrade, y los nuevos cables son costosos de construir.
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Ahora, un equipo de la Universidad de California en San Diego podría tener una solución tomando prestada una técnica utilizada en otros campos como herramienta de medición: el peine de frecuencia. Estos dispositivos basados en láser permitieron al equipo eliminar las distorsiones que generalmente aparecen antes de que la señal llegue al final de un cable. Los investigadores enviaron datos más que nunca antes, 7, 456 millas, sin la necesidad de aumentar la señal en el camino.
Si su técnica experimental se mantiene en el mundo real, los cables de fibra óptica necesitarían menos repetidores costosos para mantener las señales fuertes. Además, una mayor estabilidad de la señal dentro de un flujo de datos significaría que se podrían agregar más canales en una sola transmisión. En este momento, una compensación fundamental en fibra óptica es que cuantos más datos desee transmitir, menor será la distancia que puede enviar.
Las señales de fibra óptica son simplemente luz codificada, ya sea generada por un láser o un LED. Esta luz viaja por cables de vidrio delgados, reflejándose en sus superficies internas hasta que sale por el otro extremo. Al igual que las transmisiones de radio, un rayo láser tendrá un cierto ancho de banda, o rango de frecuencias, que cubre, y un cable típico de cable de fibra óptica puede transportar más de un canal de ancho de banda.
Pero las señales no pueden viajar para siempre y aún así ser decodificadas debido a los llamados efectos no lineales, específicamente el efecto Kerr. Para que la fibra óptica funcione, la luz dentro de la fibra tiene que refractarse o doblarse una cierta cantidad a medida que viaja. Pero los campos eléctricos alterarán la cantidad de vidrio que dobla la luz, y la luz misma genera un pequeño campo eléctrico. El cambio en la refracción significa que hay pequeños cambios en la longitud de onda de la señal transmitida. Además, hay pequeñas irregularidades en el vidrio de la fibra, que no es un reflector absolutamente perfecto.
Los pequeños cambios de longitud de onda, denominados jitter, se suman y provocan interferencias entre los canales. El jitter parece aleatorio porque una transmisión de fibra óptica transporta docenas de canales, y el efecto en cada canal es un poco diferente. Dado que el efecto Kerr es no lineal, matemáticamente hablando, si hay más de un canal, no puede simplemente restarlo; el cálculo es mucho más complejo y casi imposible para el equipo de procesamiento de señales actual. Eso hace que las inquietudes sean difíciles de predecir y corregir.
"Nos dimos cuenta de que la confusión, muy leve, hace que todo parezca como si no fuera determinista", dice Nikola Alic, investigadora científica del Instituto Qualcomm de la UCSD y uno de los líderes del trabajo experimental.
En la configuración actual de fibra óptica, las frecuencias de los canales deben estar lo suficientemente separadas como para que la fluctuación y otros efectos de ruido no los superpongan. Además, debido a que la fluctuación aumenta con la distancia, agregar más potencia a la señal solo amplifica el ruido. La única forma de lidiar con esto es colocar dispositivos costosos llamados repetidores en el cable para regenerar la señal y limpiar el ruido: un cable transatlántico típico tiene repetidores instalados cada 600 millas más o menos, dijo Alic, y necesita uno para cada canal. .
Los investigadores de la UCSD se preguntaron si podrían encontrar una manera de hacer que la inquietud parezca menos aleatoria. Si supieran exactamente cuánto cambiaría la longitud de onda de la luz en cada canal, podrían compensarlo cuando la señal llegara a un receptor. Ahí es donde entró el peine de frecuencia. Alic dice que la idea se le ocurrió después de años de trabajar en campos relacionados con la luz. "Fue una especie de momento de claridad", dice. Un peine de frecuencia es un dispositivo que genera luz láser en muchas longitudes de onda muy específicas. La salida se ve como un peine, con cada "diente" a una frecuencia dada y cada frecuencia un múltiplo exacto de los adyacentes. Los peines se utilizan en la construcción de relojes atómicos, en astronomía e incluso en investigación médica.
Alic y sus colegas decidieron averiguar qué sucedería si usaran un peine de frecuencia para calibrar las señales de fibra óptica salientes. Lo compara con un director que sintoniza una orquesta. "Piense en el conductor usando un diapasón para decirles a todos cuál es el A medio", dice. El equipo construyó sistemas de fibra óptica simplificados con tres y cinco canales. Cuando usaron el peine para calibrar las longitudes de onda de la señal de salida, todavía encontraron fluctuaciones, pero esta vez, todos los canales estaban fluctuando de la misma manera. Esa regularidad permitió que la señal fuera decodificada y enviada a una distancia récord sin repetidores. "Hace que el proceso sea determinista", dice Alic, cuyo equipo informa los resultados esta semana en Science .
Sethumadhavan Chandrasekhar, miembro distinguido del personal técnico de la compañía global de telecomunicaciones Alcatel-Lucent, es uno de los muchos científicos que han estado trabajando en el problema de la fluctuación de la fibra óptica durante varios años. Su trabajo publicado implica la transmisión de señales conjugadas en fase, dos señales que están exactamente desfasadas 180 grados entre sí. Esta configuración significa que cualquiera de los efectos no lineales que causan ruido se cancelaría.
El trabajo de UCSD es importante, pero aún no es una solución completa, dice Chandrasekhar. "Lo que falta es que la mayoría de los sistemas ahora tienen doble polarización", dice, lo que significa que los sistemas aumentan la capacidad mediante el envío de señales de luz que se polarizan de manera diferente. "La mayoría de los sistemas de hoy transmiten información en los dos estados de polarización de la luz, y el equipo de UCSD necesita demostrar que su técnica funciona tan bien bajo tal escenario de transmisión", dice.
Alic dice que el próximo conjunto de experimentos del equipo abordará ese mismo problema. Hasta ahora, piensan que esta técnica se puede adaptar para su uso en el mundo real, aunque requerirá construir e implementar nuevo hardware, lo que llevará tiempo. De cualquier manera, aumentar el alcance de las señales permitirá una construcción mucho más agresiva, produciendo más datos y más distancia sin preocupaciones por la pérdida de señal. "Ya no hay razón para tener miedo", dice.
