Cientistas do Instituto de Tecnologia de Tóquio fabricaram um módulo multiplexador / demultiplexador baseado em uma propriedade da luz que não estava sendo explorada em sistemas de comunicação:o vórtice óptico. Esses dispositivos serão cruciais para melhorar as redes ópticas, que são a espinha dorsal da Internet de hoje, para que possam atender às demandas de tráfego de amanhã.

Em nossa era centrada na comunicação, O tráfego da Internet tem aumentado rapidamente. As enormes quantidades de dados que viajam pela Internet são ativadas por enormes redes de backbone, geralmente envolvendo milhões de conexões implantadas usando tecnologia de comunicação óptica. Prevendo que esse aumento no fluxo de dados não parará tão cedo, pesquisadores em todo o mundo estão procurando maneiras de desenvolver e melhorar ainda mais as comunicações ópticas.

Uma técnica onipresente nas comunicações eletrônicas modernas é a multiplexação, que é uma forma de maximizar o uso da largura de banda disponível. A multiplexação consiste em empacotar vários sinais em um único sinal que pode ser enviado por meio de um meio compartilhado, como uma fibra óptica. O sinal complexo recebido é então demultiplexado no receptor e cada sinal simples é roteado para seu destino pretendido. Múltiplas abordagens de multiplexação são usadas hoje em dia para atingir velocidades de mais de 100 gbits / s por meio de redes ópticas.

Contudo, precisamos encontrar uma maneira de inserir mais dados em sinais ópticos sem exigir mais energia e a um custo baixo; isso é, novas tecnologias de multiplexação são necessárias. Métodos promissores recentes envolvem tirar vantagem de propriedades de luz não convencionalmente usadas para comunicação para codificar sinais independentes. Por exemplo, a polarização da luz já foi empregada e aplicações práticas foram propostas.

Por outro lado, há outra característica da luz, chamado de "vórtice óptico", que pode ser explorado. Este foi o foco de uma pesquisa realizada no Instituto de Tecnologia de Tóquio, liderado pelo Professor Assistente Tomohiro Amemiya. "O vórtice óptico carrega o momento angular orbital da luz e pode ser usado para multiplexar sinais atribuindo cada sinal a uma onda de luz de momento diferente, "explica Amemiya. A aplicação do vórtice óptico para multiplexação de sinal representa um território inexplorado com grande potencial.

Claro, até mesmo pensar em codificar sinais em ondas de luz com diferentes vórtices ópticos e transmiti-los, é primeiro necessário projetar e implementar os circuitos necessários para as operações de multiplexação e demultiplexação. A equipe de pesquisa, portanto, projetou e fabricou um módulo de multiplexação / desmultiplexação de momento angular orbital.

Seu dispositivo foi fabricado de forma a receber cinco sinais independentes como entrada. Usando uma combinação de duas pequenas estruturas de circuito, chamado de acoplador estrela e gerador de vórtice óptico, cada um dos cinco sinais é "codificado" com um momento angular óptico único. O sinal de saída consiste em uma combinação dos cinco sinais, e o circuito receptor precisa apenas realizar a operação de multiplexação em reverso (desmultiplexação) para terminar novamente com os cinco sinais independentes.

O módulo fabricado é mostrado na Figura 1. As pontas curvas das guias de onda do gerador de vórtice óptico eram feitas de silício e mediam alguns micrômetros. O processo de fabricação do gerador de vórtice óptico foi relatado em pesquisas anteriores, e o trabalho agora realizado pela equipe demonstra uma aplicação concreta dessa tecnologia.

Dispositivos e técnicas de multiplexação, como os demonstrados pela equipe, serão cruciais em um futuro muito próximo. “É certo que a demanda por sistemas de alta capacidade com baixo custo e menos perdas de energia aumentará ainda mais no futuro, "afirma Amemiya. Felizmente, mais maneiras de melhorar os sistemas de comunicação atuais, explorando as propriedades inexploradas da luz, certamente estarão disponíveis para nos dar um passo adiante em nossa era de comunicação.