Sonido y luz para transferencias de datos ultra rápidas que lleguen a 100 gigabits por segundo

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Investigadores han logrado un gran avance en el control de los láseres cuánticos en cascada de terahercios, lo que podría conducir a la transmisión de datos a una velocidad de 100 gigabits por segundo.

Esa transferencia de datos ultrarrápida sería aproximadamente mil veces más rápida que una Ethernet rápida que funciona a 100 megabits por segundo.

Lo que distingue a los láseres de cascada cuántica de terahercios de otros láseres es el hecho de que emiten luz en el rango de terahercios del espectro electromagnético.

Tienen aplicaciones en el campo de la espectroscopia donde se usan en análisis químicos.

Los láseres también podrían eventualmente proporcionar enlaces inalámbricos ultrarrápidos de salto corto donde se deben transferir grandes conjuntos de datos a través de campus de hospitales o entre centros de investigación en universidades, o en comunicaciones por satélite.

Para poder enviar datos a estas velocidades aumentadas, los láseres deben modularse muy rápidamente: encender y apagar o pulsar aproximadamente 100 mil millones de veces por segundo.

Los ingenieros y científicos hasta ahora no han logrado desarrollar una forma de lograr esto.

Un equipo de investigación de académicos de la Universidad de Leeds y la Universidad de Nottingham cree que ha encontrado una forma de ofrecer una modulación ultrarrápida, combinando el poder de las ondas acústicas y luminosas.

John Cunningham, profesor de nanoelectrónica en la Escuela de Ingeniería Electrónica y Eléctrica de Leeds, dijo: “Esta es una investigación emocionante. Por el momento, el sistema para modular un láser de cascada cuántica es accionado eléctricamente, pero ese sistema tiene limitaciones.

“Irónicamente, la misma electrónica que ofrece la modulación generalmente frena la velocidad de la modulación.

El mecanismo que estamos desarrollando se basa en ondas acústicas“.

Un láser de cascada cuántica es muy eficiente.

Cuando un electrón pasa a través del componente óptico del láser, pasa a través de una serie de “pozos cuánticos” donde el nivel de energía del electrón cae y se emite un fotón o pulso de energía luminosa.

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Un electrón es capaz de emitir múltiples fotones.

Es este proceso el que se controla durante la modulación.

En lugar de usar electrónica externa, los investigadores usaron ondas acústicas para hacer vibrar los pozos cuánticos dentro del láser de cascada cuántica.

Las ondas acústicas fueron generadas por el impacto de un pulso de otro láser sobre una película de aluminio.

Esto hizo que la película se expandiera y contrajera, enviando una onda mecánica a través del láser de cascada cuántica.

Tony Kent, profesor de física en Nottingham, dijo:

“Esencialmente, lo que hicimos fue usar la onda acústica para sacudir los intrincados estados electrónicos dentro del láser de cascada cuántica.

Entonces pudimos ver que su salida de luz de terahercios estaba siendo alterada por la onda acústica”.

El profesor Cunningham agregó:

“No llegamos a una situación en la que pudiéramos detener e iniciar el flujo por completo, pero pudimos controlar la salida de luz en un pequeño porcentaje, lo cual es un gran comienzo.

Creemos que con un mayor refinamiento, podremos desarrollar un nuevo mecanismo para el control completo de las emisiones de fotones del láser, y tal vez incluso integrar estructuras que generen sonido con el láser de terahercios, de modo que no se necesite una fuente de sonido externa“.

El profesor Kent dijo:

“Este resultado abre una nueva área para que la física y la ingeniería se unan en la exploración de la interacción de las ondas de luz y sonido terahercios, que podrían tener aplicaciones tecnológicas reales“.

Fuente: University of Leeds