La conexión a internet de tu hogar funciona de una de dos maneras. Una consiste en usar un cable de cobre, probablemente la línea telefónica, para enviar señales eléctricas desde el proveedor de internet hasta tu hogar y viceversa. Esta tecnología no ha cambiado mucho desde la época del telégrafo. La otra tecnología utiliza cables ópticos, que convierten las señales eléctricas en luz y viceversa. Esto aumenta la velocidad de transferencia de datos porque las señales luminosas pueden recorrer distancias mayores sin distorsionarse.
Ahora, los científicos están explorando una nueva forma de transmitir datos mediante haces de luz «retorcidos». Las ondas luminosas de estos haces forman patrones helicoidales —similares a la estructura del ADN— que giran alrededor de un eje central. Como se diferencian del haz de luz estándar utilizado para las comunicaciones, la luz retorcida podría constituir un nuevo canal de comunicación en los cables ópticos.
La transmisión de datos por cables ópticos implica transferir unos y ceros de un punto a otro. Los métodos estándar utilizan la presencia y la ausencia de un haz de luz para representar esos unos y ceros. Sin embargo, este método impone un límite físico a la cantidad de haces de luz que pueden viajar por un mismo cable óptico.
Aumentar la transferencia de datos
Los haces de luz retorcidos ofrecen un método distinto para transferir los mismos datos. Como sus propiedades son diferentes de las de los haces de luz normales, pueden codificarse de otra manera. Y, dado que esta codificación no interferiría con los métodos estándar, podría aumentar drásticamente la capacidad de transmisión de datos de los mismos cables ópticos. Sin embargo, pese a los avances recientes, existen pocos métodos para generar luz retorcida y, algo crucial, son lentos.
Para abordar estas limitaciones, nuestro equipo de ingenieros ha desarrollado un nuevo dispositivo acustoóptico capaz de retorcer haces de luz a velocidades nunca antes alcanzadas. El dispositivo también puede formar una amplia variedad de patrones, dando forma y dirigiendo los haces de luz con mayor destreza que antes. Los resultados del estudio se publicaron en la revista Optics Express.
El nuevo dispositivo consta de 64 diminutas fuentes de sonido «piezoeléctricas» dispuestas en un anillo, cada una de las cuales actúa como un altavoz de alta frecuencia. Los materiales piezoeléctricos convierten las señales eléctricas en vibraciones y, por tanto, en sonido. En conjunto, estas fuentes se utilizan para generar campos sonoros controlados con precisión.
Dejar que el sonido haga el trabajo
La clave para retorcer la luz es que la presencia del sonido modifica sutilmente el índice de refracción del material por el que se propaga. El cambio en el índice de refracción altera ligeramente la dirección de la luz, lo que modifica la forma del haz luminoso. Si se conoce la relación entre la intensidad de las ondas sonoras y su efecto sobre la luz, se puede crear casi cualquier forma de haz luminoso. En el dispositivo, utilizamos ondas sonoras retorcidas para imprimir su patrón en el haz láser y formar haces de luz retorcidos.
Aunque esta forma de retorcer la luz ya se había conseguido antes, nuestro dispositivo puede producir estos resultados con gran rapidez. Solo tenemos que cambiar los patrones eléctricos en el material piezoeléctrico, lo que modifica el campo sonoro y, finalmente, cambia la forma del haz luminoso.
Podemos generar millones de patrones diferentes por segundo. Esto significa que, en el futuro, los dispositivos basados en haces láser podrán reconfigurarse mucho más rápido de lo que es posible actualmente. Hasta ahora, la mayor velocidad alcanzada era de unos pocos miles de actualizaciones por segundo. Esta diferencia importa porque, sin una frecuencia de actualización tan rápida, la tecnología no podrá competir con la tecnología estándar de comunicación óptica. En cierto modo, esta diferencia de velocidad se asemeja a la que existe entre internet por línea telefónica y la banda ancha.
Además de para las comunicaciones, la capacidad de dar forma, dirigir y retorcer haces láser resulta útil para muchas otras aplicaciones ópticas, como las pinzas ópticas, que son haces de luz capaces de sujetar células u objetos diminutos similares. En muchas de estas aplicaciones, la velocidad es clave, así que esperamos que nuestro nuevo dispositivo abra posibilidades interesantes que van mucho más allá de lo que habíamos imaginado.
Este artículo se publica en colaboración con The Conversation. La publicación no implica que el Foro Económico Mundial respalde estas opiniones.
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Autor: Bruce Drinkwater es profesor de ultrasonidos en la Universidad de Bristol.
Imagen: Cables LAN de internet aparecen en esta foto ilustrativa tomada en Sídney el 23 de junio de 2011. REUTERS/Tim Wimborne.
