Cuando la información viaja en la luz

Juan Hinojosa y Félix Martínez, profesores de la UPCT.
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Juan Hinojosa y Félix Martínez, profesores de la UPCT.

M. J. MORENO

Ya hace algunos años que las redes de fibra óptica llegaron a los hogares, asociadas a conexión a internet, telefonía y sobre todo velocidad. Poder utilizar las webs sin perder ni un minuto, descargar archivos de manera inmediata o disfrutar de una calidad en los vídeos inmejorable son algunas de las características que ofrece ese servicio que, poco a poco, se ha ido ampliando por zonas geográficas pero que aún no llega a todos los rincones.

Todo ello se debe a que la información viaja en forma de luz y no de pulsos eléctricos como era antes habitual. En concreto, se trata de luz láser, algo que es posible porque se puede codificar la información en pulsos de luz. Ahora bien, es necesario que la emisión de luz del láser pueda ser modulada por la señal eléctrica que contiene la información y, por esta razón, no cualquier tipo de láser es adecuado para su aplicación en comunicaciones ópticas.

En realidad, solo un tipo particular de láser (entre los muchos tipos que existen) es adecuado para esta función. Se trata del diodo láser, el cual no emite una luz cualquiera, sino una luz especial que debe sus propiedades al principio físico que está detrás del funcionamiento del láser: la amplificación de luz por emisión estimulada de radiación, que con sus siglas en inglés (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) da nombre al propio láser. Esto significa que en el láser tienen lugar dos fenómenos que no tienen lugar en un LED convencional, por ejemplo, la emisión estimulada y la amplificación de luz.

El resultado de todo ello es una luz especial cuyas propiedades de luz monocromáticas (un solo color o longitud de onda) y de direccionalidad, junto con la mayor intensidad del haz emitido, son aprovechadas en los sistemas de comunicaciones ópticas.

La situación actual, a nivel global, es la de un gran despliegue de fibra óptica, incluyendo enlaces submarinos intercontinentales, que se han completado recientemente en la mayoría de los países con la instalación de la llamada 'Fiber to the Home' (FTTH) o fibra hasta el domicilio en los núcleos urbanos.

Gran parte del tráfico mundial de internet discurre a través de las fibras ópticas, utilizando diodos láser en los enlaces a gran distancia. Asimismo, muchas comunicaciones que antes se efectuaban mediante enlaces por satélite, ahora se llevan a cabo mediante fibra, ya que la latencia o retardo de la comunicación es mucho menor, además de que el coste es también sensiblemente inferior.

Los resultados de todo ello son fácilmente apreciables en diversos ámbitos: en la velocidad de las conexiones a internet, en la desaparición de los retardos en las llamadas telefónicas intercontinentales o en las conexiones de las cadenas de televisión con sus corresponsales. Aún cuando no se disponga de internet o FTTH en casa, gran parte de la información que llega a los hogares de manera inalámbrica, a través de la televisión convencional ,o por cable, a través de la línea telefónica, ha pasado antes con total seguridad a través de conexiones de fibra óptica.

Y que todo esto siga ocurriendo a través de un cable no es casualidad. Félix Martínez, profesor del área de electrónica del Departamento de Electrónica, Tecnología de Computadoras y Proyectos de la Universidad Politécnica de Cartagena (UPCT), explica que, «sin duda, es el método más eficiente, pues la capacidad de transmitir información mediante luz es mucho mayor que mediante señales eléctricas (cable tradicional de cobre) o señales electromagnéticas con frecuencias inferiores a la luz (comunicaciones inalámbricas mediante radiofrecuencia o microondas)».

«Una vez realizada la infraestructura, su rentabilidad está asegurada no solo por la enorme capacidad de transmisión, sino también por su menor coste de mantenimiento (emplea muchos menos repetidores), su mayor inmunidad al ruido y a las interferencias, y su mayor seguridad en entornos hostiles o peligrosos en los que las señales eléctricas pueden desencadenar incendios o deflagraciones (motivo por el cual se emplea en fábricas de muy diversos tipos, instalaciones industriales y hasta en el cableado de las señales de la cada vez más sofisticada electrónica del automóvil)».

Obviamente, la ciencia no para y se sigue trabajando por avanzar en este campo. «Hay numerosas líneas de investigación activas en el mundo. Entre ellas pueden citarse los esfuerzos para lograr que no solo la comunicación de los datos se haga de manera óptica, sino también el procesado de los mismos, de tal forma que se elimine toda forma de manipulación electrónica en su camino hacia el usuario final (conmutadores y 'routers' ópticos sustituirán a los actuales electrónicos)», según Juan Hinojosa, también profesor de la UPCT.

Añade que, «en última instancia, incluso el flujo de información que tiene lugar en el interior de los chips o circuitos integrados podría hacerse de manera óptica, empleando para ello el concepto de cristales fotónicos (estructuras periódicas en las cuales el flujo de luz es controlado mediante guías de dimensiones nanométricas). En un escenario incluso más futurista, la propia computación podría hacerse aprovechando fenómenos de la óptica cuántica, basados en la interacción entre fotones y estados cuánticos de los átomos (computación cuántica)».

El grupo de investigación en el que trabajan (Dispositivos y Diseño Microelectrónico), dirigidos por Antonio Urbina, emplea láseres pulsados ultracortos (con una duración del orden de 100 femtosegundos, siendo un femtosegundo 10-12 segundos) para estudiar fenómenos que ocurren en una escala de tiempo ultrarápida, tales como el movimiento de electrones en nuevos semiconductores y en grafeno, que tendrán aplicación en los sistemas de comunicación y computación del futuro.

También emplean estos pulsos ultracortos para generar ondas de terahercios (THz), un rango del espectro electromagnético intermedio entre el espectro óptico y las ondas milimétricas y que está todavía poco estudiado. Aseguran que «estas ondas de THz tendrán aplicación en comunicaciones inalámbricas entre satélites, así como en biomedicina para el estudio de nuevas biomoléculas con propiedades curativas, entre otras muchas aplicaciones todavía por explorar».