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PostHeaderIcon Envían "decenas de gigabits" por segundo de datos por el aire utilizando láseres

jueves, 6 de julio de 2023 | Publicado por el-brujo | Editar entrada

Investigadores de la ETH de Zúrich y sus socios europeos han transmitido con éxito varias decenas de terabits de datos por segundo utilizando láseres en Suiza, a pesar de una enorme cantidad de turbulencias aéreas perturbadoras.





Para lograr este hito, los socios del proyecto europeo Horizonte 2020 dieron un importante paso adelante en el establecimiento de un enlace de comunicación óptica por satélite mediante una prueba realizada con éxito entre el pico de la montaña alpina Jungfraujoch y la ciudad suiza de Berna.

Aunque el sistema láser no se probó directamente con un satélite en órbita, lograron una transmisión de datos de alta calidad a una distancia en espacio libre de 53 km. En el futuro, esta tecnología permitirá crear conexiones troncales a través de constelaciones de satélites cercanos a la Tierra mucho menos costosas que los cables submarinos.



"Para la transmisión óptica de datos, nuestra ruta de prueba entre la Estación de Investigación de Gran Altitud en el Jungfraujoch y el Observatorio Zimmerwald de la Universidad de Berna es mucho más difícil que entre un satélite y una estación terrestre", explica Yannick Horst, autor principal del estudio.

La columna vertebral de Internet está formada por una densa red de cables de fibra óptica, cada uno de los cuales transporta hasta más de 100 terabits de datos por segundo entre los nodos de la red. Las conexiones intercontinentales se establecen a través de redes submarinas, lo que supone un gasto enorme: un solo cable que cruce el Atlántico requiere una inversión de cientos de millones de dólares. El despliegue de cables submarinos es caro, laborioso y lento.
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Las telecomunicaciones inalámbricas serían mucho más sencillas y baratas. Starlink, de Elon Musk, es una red de más de 2.000 satélites que orbitan cerca de la Tierra y proporcionan acceso a Internet a prácticamente todos los rincones del mundo. Sin embargo, la transmisión de datos entre los satélites y las estaciones terrestres utiliza tecnologías de radio, considerablemente menos potentes. Al igual que una red de área local inalámbrica (WLAN) o las comunicaciones móviles, estas tecnologías operan en la gama de microondas del espectro y, por tanto, tienen longitudes de onda de varios centímetros.

En cambio, los sistemas ópticos láser operan en la gama del infrarrojo cercano con longitudes de onda de unos pocos micrómetros, que son unas 10.000 veces más cortas. Por eso pueden transportar más información por unidad de tiempo. Sin embargo, el uso del láser también plantea problemas.

El rayo láser atraviesa la densa atmósfera cercana al suelo. En el proceso, muchos factores influyen en el movimiento de las ondas de luz y, en consecuencia, también en la transmisión de datos. El centelleo del aire causado por fenómenos térmicos perturba el movimiento uniforme de la luz y puede apreciarse a simple vista en los calurosos días de verano.

Para evitar estos errores, los investigadores desplegaron un chip de sistema microelectromecánico (MEMS) con una matriz de 97 diminutos espejos ajustables. Los espejos pueden corregir el desplazamiento de fase del haz en su superficie de intersección a lo largo del gradiente medido actualmente 1.500 veces por segundo, lo que en última instancia mejora las señales en un factor de unas 500 veces. Esta mejora fue esencial para lograr un ancho de banda de 1 terabit por segundo en una distancia de 53 kilómetros, afirman los investigadores.

"Nuestro sistema representa un gran avance. Hasta ahora, sólo eran posibles dos opciones: conectar grandes distancias con anchos de banda pequeños de unos pocos gigabits o distancias cortas de unos pocos metros con anchos de banda grandes utilizando láseres de espacio libre", afirma el profesor Jürg Leuthold.

Además, el rendimiento de 1 terabit por segundo se consiguió con una sola longitud de onda. En futuras aplicaciones prácticas, el sistema podrá ampliarse fácilmente a 40 canales y, por tanto, a 40 terabits por segundo utilizando tecnologías estándar".

La ampliación no es algo de lo que Leuthold y su equipo vayan a preocuparse. Hay una parte del trabajo en la que los científicos de la ETH de Zúrich seguirán trabajando: En el futuro, es probable que el nuevo formato de modulación que han desarrollado aumente los anchos de banda en otros métodos de transmisión de datos en los que la energía del haz puede convertirse en un factor limitante.

Fuentes, créditos y referencias:

ETH Zurich - Yannik Horst et al, Tbit/s line-rate satellite feeder links enabled by coherent modulation and full-adaptive optics, Light: Science & Applications (2023). DOI: 10.1038/s41377-023-01201-7




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