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Tiempo Lente Velocidades Datos ópticos
Investigadores de la Universidad de Cornell han desarrollado un dispositivo de silicio simple para acelerar los datos ópticos. El dispositivo incorpora un chip de silicio llamado lente de tiempo, longitudes de fibra óptica y un láser. Divide un flujo de datos codificado a 10 gigabits por segundo, lo vuelve a armar y genera los mismos datos a 270 gigabits por segundo. Acelerar la transmisión de datos ópticos generalmente requiere mucha energía y una óptica costosa y voluminosa. El nuevo sistema es energéticamente eficiente y está integrado en un chip de silicio compacto. Podría usarse para mover grandes cantidades de datos a altas velocidades a través de Internet o en chips ópticos dentro de las computadoras.
Lente de tiempo: Este chip de silicio, llamado lente de tiempo, está diseñado con guías de ondas que dividen las señales ópticas y las combinan con luz láser para acelerar las velocidades de datos.
La mayoría de los datos de telecomunicaciones actuales se codifican a una velocidad de 10 gigabits por segundo. A medida que los ingenieros intentaron expandirse a anchos de banda mayores, se encontraron con un problema. A medida que llega a velocidades de datos muy altas, no hay formas fáciles de codificar los datos, dice Alejandro Gaeta , profesor de física aplicada e ingeniería en la Universidad de Cornell, quien desarrolló el dispositivo de silicio con Michal Lipson , profesor asociado de ingeniería eléctrica e informática. Su trabajo se describe en línea en la revista. Fotónica de la naturaleza .
El nuevo dispositivo también podría ser un paso crítico en el desarrollo de chips ópticos prácticos. A medida que la electrónica se acelera, el consumo de energía se está convirtiendo en un problema cada vez más restrictivo, especialmente a nivel de chip, dice Cool Bergman , profesor de ingeniería eléctrica en la Universidad de Columbia, que no participó en la investigación. No puede hacer que su computadora portátil funcione más rápido sin que se caliente y consuma más energía, dice Bergman. La electrónica tiene un límite superior de aproximadamente 100 gigahercios. Los chips ópticos podrían hacer que las computadoras funcionen más rápido sin generar calor residual, pero debido a la naturaleza de la luz (a los fotones no les gusta interactuar), se necesita mucha energía para crear señales ópticas rápidas.
El nuevo modulador ultrarrápido soluciona este problema porque puede comprimir datos codificados con equipos convencionales a velocidades ultra altas. El dispositivo de Cornell se llama telescopio del tiempo. Mientras que una lente ordinaria cambia la forma espacial de una onda de luz, una lente de tiempo la estira o la comprime con el tiempo. Brian Kolner , ahora profesor de ciencias aplicadas e ingeniería eléctrica e informática en la Universidad de California, Davis, sentó las bases teóricas para la lente del tiempo en 1988 mientras trabajaba en Hewlett Packard . Hizo uno a principios de la década de 1990, pero requería un costoso modulador de cristal que requería mucha energía. El trabajo de Cornell, dice Kolner, es un sensato paso de ingeniería para reducir las pruebas de principio a una práctica útil.
Así es como funciona el sistema Cornell. Primero, una señal se codifica con luz láser usando un modulador convencional. Luego, la señal de luz se acopla al chip de Cornell a través de una bobina de fibra óptica, que la lleva a una guía de ondas de silicio con patrón de nanoescala. Así como un acorde de guitarra está compuesto por notas de diferentes cuerdas, la señal está compuesta por diferentes frecuencias de luz. Mientras está en el chip, la señal interactúa con la luz de un láser, lo que hace que se divida en estas frecuencias componentes. La luz viaja a través de otro tramo de cable hacia otra guía de ondas de silicio con patrón de nanoescala, donde interactúa con la luz del mismo láser. En el proceso, la señal se vuelve a armar, pero con su fase alterada. Luego sale del chip por medio de otra longitud de fibra óptica, a una velocidad de 270 gigabits por segundo.
La física es compleja, pero el efecto neto, dice Bergman, es tomar un flujo de bits que son algo lentos y hacerlos ir mucho más rápido. El telescopio de tiempo transmite más datos en menos tiempo y lo hace de una manera energéticamente eficiente, porque la única potencia requerida es la necesaria para hacer funcionar el láser.
El dispositivo de Cornell es uno de una serie de avances recientes en fotónica de silicio. El silicio es un material electrónico asombroso y durante mucho tiempo se consideró un material óptico regular, dice Gaeta. Durante los últimos cinco años, los investigadores han estado cambiando esta noción. En 2005, los investigadores de Intel fabricaron el primer láser de silicio; posteriormente, a partir del material se han fabricado otros componentes ópticos, incluidos los moduladores, dispositivos para codificar información sobre ondas de luz. La gente sigue diciendo que hay que reemplazar el silicio para hacer un procesamiento de muy alta velocidad, pero el silicio puede ser el camino a seguir, dice Gaeta.
Seguir con el silicio tiene dos ventajas. Primero, los fabricantes ya tienen la infraestructura para fabricar dispositivos con silicio. Puede aprovechar todas las tecnologías que se han desarrollado para la electrónica para fabricar dispositivos ópticos, dice Gaeta. Y si la electrónica y la óptica pueden fabricarse con el mismo material, podría ser mucho más fácil integrarlos en el mismo chip y hacer que cada uno haga lo que mejor sabe hacer: procesamiento en el caso de la electrónica, transmisión de datos ultrarrápida en el caso de la óptica. .