Un descubrimiento fortuito abre nuevas perspectivas para nuestros sistemas de comunicación. Mientras trabajaban en el perfeccionamiento de los sistemas LiDAR, científicos observaron un fenómeno inesperado que podría revolucionar nuestra forma de transmitir información.
El equipo del laboratorio de Michal Lipson buscaba inicialmente desarrollar chips capaces de producir haces de luz más intensos para aplicaciones LiDAR. Al aumentar progresivamente la potencia que atravesaba sus dispositivos, notaron la aparición espontánea de un peine de frecuencias. Esta estructura luminosa particular se compone de múltiples colores perfectamente espaciados, similar a los dientes regulares de un peine. Cada frecuencia luminosa puede transportar su propio flujo de datos sin interferencia con las demás, multiplicando así las capacidades de transmisión.
Esquema que ilustra el elemento difractivo separando espectralmente las líneas del peine de frecuencias de alta potencia
Crédito: Laboratorio Michal Lipson Hasta ahora, la generación de peines de frecuencias potentes requería sistemas láser voluminosos y costosos. La innovación del equipo reside en la integración completa de esta funcionalidad en un simple chip fotónico. Andres Gil-Molina, ex investigador postdoctoral en el laboratorio, destaca que esta tecnología responde perfectamente a las crecientes necesidades de los centros de datos. Permite reemplazar racks enteros de láseres individuales por un dispositivo único y compacto, ofreciendo ganancias significativas en términos de eficiencia energética y espacio.
El desafío técnico principal consistía en dominar la luz producida por diodos láser multimodo, conocidos por su potencia pero también por su falta de coherencia. Los investigadores desarrollaron un mecanismo de bloqueo que explota las propiedades de la fotónica sobre silicio para purificar y estabilizar el haz luminoso. Una vez completada esta etapa, las propiedades ópticas no lineales del chip entran en juego, dividiendo el haz único en múltiples colores perfectamente espaciados.
Este avance llega en el momento justo frente a la explosión de las necesidades de procesamiento de datos, particularmente con el desarrollo de la inteligencia artificial. Los centros de datos modernos ya utilizan enlaces de fibra óptica, pero la mayoría aún funciona con láseres de longitud de onda única. La tecnología del peine de frecuencias permite hacer circular decenas de haces paralelos en la misma fibra, retomando el principio de multiplexación por longitud de onda que transformó Internet en la década de 1990.
Las aplicaciones potenciales superan ampliamente el ámbito de las telecomunicaciones. Estos chips fotónicos compactos podrían equipar espectrómetros portátiles, relojes ópticos de alta precisión, dispositivos cuánticos miniaturizados y... sistemas LiDAR mejorados. Michal Lipson considera este logro como una etapa importante en el desarrollo de la fotónica sobre silicio, una tecnología que se vuelve esencial para nuestra infraestructura digital cotidiana.
Fuente: Nature Photonics