Los investigadores desarrollan un nuevo amplificador que podría duplicar la capacidad de los cables de fibra óptica


Más de 3.400 millones de personas están conectadas a Internet, colocando una demanda cada vez mayor en la industria de las telecomunicaciones para proporcionar mayor, mejor y más rápido ancho de banda a los usuarios. Los investigadores del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL) han dado un paso importante para abordar esa necesidad desarrollando un nuevo tipo de amplificador de fibra óptica que potencialmente podría duplicar la capacidad de transmisión de información de los cables de fibra óptica.

La mayor parte de los datos para el viaje de Internet en cables de fibra óptica, que se componen de conjuntos de hilos que transmiten luz láser. A medida que la fibra se hace más larga, sin embargo, se pierde energía debido a la atenuación. A finales de los 80 y principios de los 90, los investigadores descubrieron que podrían mitigar esta pérdida desarrollando amplificadores de fibra óptica en línea.

En ese momento, los láser funcionaban a una longitud de onda de 1,3 micrones, o 1,300 nanómetros (nm). Sin embargo, no se desarrollaron amplificadores ópticos que funcionaran bien en esa región. Los investigadores fueron capaces de desarrollar un amplificador a 1,55 micras, o 1,550 nm, por lo que los sistemas de transmisión láser fueron cambiados a coincidir. Al mismo tiempo, descubrieron que los amplificadores ópticos en línea les permitió amplifican muchos láseres diferentes al mismo tiempo, un descubrimiento que aumentó la capacidad de transportar información de una sola fibra óptica de 155 megabits un segundo a más de un terabit un segundo. Si bien se trata de un enorme aumento, sigue siendo una cantidad limitada de información, que requiere muchos cables para transmitir.

Despues de 25 años el equipo de Livermore estaba trabajando en láseres de fibra óptica dopados con neodimio, los cuales se miden a 1,330 nm (1,33 micras), 1,064 nm (1,064 micras) y 920 nm. El equipo construyó una fibra óptica personalizada que suprimió el láser a 1.064 nm y amplificó la luz preferentemente a 920 nm. En el curso de la prueba del láser de 920 nm, el equipo observó en los espectros fluorescentes que la fibra también mostraba signos de amplificación a 1.400-1.450 nm, una longitud de onda que nunca funcionó previamente.

Los amplificadores de fibra anteriores no suprimieron el láser a 1.064 nm y también se observó que sufrían de un efecto conocido como absorción de estado excitado en la región de 1.330 nm. Este efecto realmente causa la pérdida de fibra para aumentar cuando se aplica-la luz de bombeo opuesto del efecto deseado, que es generar ganancia óptica.

A continuación, el equipo rediseñó la fibra para suprimir la acción del láser a 1,064 nm y 920 nm. Esta nueva fibra, que elimina completamente el potencial de láser a 920 nm o 1.064 nm, ahora sólo puede proporcionar ganancia en la transición láser de 1.330 nm. La absorción por estado excitado todavía impide la amplificación a 1.330 nm, pero la línea láser amplifica la luz a través de un amplio rango de longitudes de onda. Los investigadores desarrollan un nuevo amplificador que podría duplicar la capacidad de los cables de fibra óptica.

la nueva fibra optica

Vista frontal de la nueva fibra óptica. La fibra tiene un diámetro exterior de 126 micras y las características observables están separadas por 6,6 micras. El punto central está dopado con iones de neodimio, el mismo dopante usado en los láseres de NIF, pero el material es vidrio de sílice fundido en lugar de vidrio de fosfato. Los puntos brillantes son inclusiones GRIN (índice de gradiente), y las manchas oscuras son sílice fundida dopada con flúor, que tienen un índice de refracción menor que la sílice fundida no dopada. Crédito: Lawrence Livermore National Laboratory

 

El equipo descubrió que de 1,390 nm a 1,460 nm hay ganancia óptica positiva significativa, y esta nueva fibra genera potencia láser y ganancia óptica con una eficiencia relativamente buena. Este descubrimiento abre el potencial para que las fibras ópticas instaladas operen en una región de transmisión conocida como banda E, además de las bandas C y L donde actualmente operan, duplicando efectivamente el potencial de transmisión de información de una única fibra óptica.

“El principal componente faltante para operar una red de telecomunicaciones en esta región de longitud de onda ha sido el amplificador de fibra óptica”. “Lo que hemos hecho es crear algo que se verá como un amplificador convencional de fibra de erbio, pero en una región de longitud de onda adyacente, duplicando la capacidad de carga de un amplificador de fibra óptica.”

dijo Jay Dawson, subdirector del programa de DoD Technologies en el NIF y Photon Science Directorate

Los amplificadores permitirían potencialmente a las compañías de telecomunicaciones apalancar más fuertemente su base instalada de equipos, requiriendo menos inversión de capital que el nuevo cable, lo que resultaría en un mayor ancho de banda y menores costos para el usuario final. La instalación de un nuevo cable es costosa; Un proveedor de servicios no sólo debe comprar nuevos cables, sino también someterse a los grandes gastos de cavar trincheras para instalar el nuevo cable.

“Mediante el uso de la fibra que hemos desarrollado, se podría construir un conjunto de amplificadores de fibra óptica que se vería virtualmente idéntica en tecnología a los amplificadores de fibra que ya existen. En lugar de tener que colocar otro cable caro, podría instalar estos nuevos amplificadores en los mismos edificios que los amplificadores de corriente, lo que resulta en el doble de ancho de banda en los cables de corriente”.

“Para mí, eso es lo que es emocionante al respecto”, agregó. “Es algo que nadie ha podido hacer anteriormente, y el potencial es realmente hacer una gran diferencia”.

“Esto parecía ser un descubrimiento significativo que podría resolver un problema en la industria de las telecomunicaciones, que es un mercado grande e importante, pero se necesitaba más I + D”, dijo Michael Sharer, gerente de IPO para la comercialización de tecnología. “El comité de la FDI consideró que este era un proyecto importante para financiar desde este punto de vista”.

dijo Dawson.

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