Uma pesquisa inovadora da Universidade do Texas em Arlington e da Universidade de Vermont pode levar a uma redução dramática no custo e no consumo de energia das conexões de alta velocidade à Internet.

Efeitos ópticos não lineares, como índice de refração dependente da intensidade, pode ser usado para processar dados milhares de vezes mais rápido do que o que pode ser obtido eletronicamente. Esse processamento tem, até agora, funcionou apenas para um feixe óptico de cada vez porque os efeitos ópticos não lineares também causam interação indesejada entre feixes, ou diafonia, quando vários feixes de luz estão presentes.

Um artigo publicado na prestigiosa Nature Communications Diário, pelo grupo de pesquisa de Michael Vasilyev, professor de engenharia elétrica da UTA, em colaboração com Taras I. Lakoba, um professor de matemática na UVM, detalhou uma demonstração experimental de um meio óptico no qual múltiplos feixes de luz podem autocorrigir suas próprias formas sem afetar uns aos outros.

Este trabalho, financiado pela National Science Foundation, permite o processamento óptico não linear simultâneo de vários feixes de luz por um único dispositivo sem convertê-los em forma elétrica, abrindo o caminho para que esta tecnologia alcance seu potencial de multi-Terabit por segundo, resultando em comunicações de alta velocidade mais econômicas e com maior eficiência energética.

Atualmente, para eliminar o ruído acumulado durante a propagação da luz em links de comunicação óptica, as operadoras de telecomunicações devem recorrer à regeneração optoeletrônica frequente, onde eles convertem sinais ópticos em elétricos por meio de fotodetectores rápidos, processá-los com circuitos baseados em silício, e, em seguida, converter os sinais elétricos de volta em ópticos, usando lasers seguidos de moduladores eletro-ópticos. Uma vez que cada fibra óptica pode transportar mais de cem sinais diferentes em vários comprimentos de onda, conhecido como multiplexação por divisão de comprimento de onda (WDM), tal regeneração optoeletrônica precisa ser feita separadamente para cada comprimento de onda, tornando os regeneradores grandes, consumidores de energia caros e ineficientes.

Uma alternativa atraente para isso é processar o sinal óptico diretamente, sem convertê-lo em elétrico e vice-versa. Em particular, a velocidade de propagação da luz em um meio transparente pode ser ligeiramente modificada por uma mudança na intensidade da luz. Esta é uma manifestação de um efeito óptico não linear conhecido como "modulação de fase automática" ou SPM. Se a luz contém sinal e ruído, o SPM pode ajudar a limpar o sinal do ruído, espalhando a energia do ruído em frequências bem fora da banda do sinal, de onde o ruído pode ser facilmente removido por um filtro. Quando aplicado à luz que contém dados úteis, esta operação de remoção de ruído habilitada para SPM é chamada de "regeneração totalmente óptica, "que pode resultar em autocorreção óptica dos sinais que transportam taxas de dados cem vezes mais rápidas do que o que pode ser processado eletronicamente.

Contudo, a adoção da regeneração totalmente óptica em sistemas de comunicação tem sido prejudicada por sua incapacidade de trabalhar com sinais WDM. Isso ocorre porque, na presença de múltiplos feixes de sinal, ou canais WDM, o SPM desejado é sempre acompanhado por dois efeitos indesejáveis:modulação de fase cruzada, onde a intensidade de um canal modifica a velocidade de propagação de outro canal, e mixagem de quatro ondas, onde a interação de vários canais leva à interferência com outros canais.

Em seu artigo publicado, Vasilyev e colegas relatam a demonstração experimental de um novo meio óptico não linear gerenciado com atraso de grupo, onde forte efeito SPM é alcançado sem tal interferência inter-canal. Dividindo um meio não linear convencional, como uma fibra óptica, em várias seções curtas separadas por filtros especiais de atraso de grupo periódico produz um meio no qual todos os componentes de frequência do mesmo canal WDM viajam com a mesma velocidade, garantindo forte SPM. Diferentes canais WDM viajam com velocidades diferentes, o que suprime drasticamente qualquer interação entre canais.

"Nosso novo meio não linear nos permitiu demonstrar a regeneração totalmente óptica simultânea de 16 canais WDM por um único dispositivo, e esse número só foi limitado pelas restrições logísticas de nosso laboratório ", disse Vasilyev." Esse experimento abre as oportunidades para aumentar o número de canais para mais de cem sem aumentar o custo, tudo em um dispositivo do tamanho de um livro. "

O regenerador multicanal poderia até encolher potencialmente para o tamanho de uma caixa de fósforos no futuro se o meio óptico não linear pudesse ser implementado em um microchip.

"Esta descoberta é um exemplo de como os pesquisadores da UTA podem impactar positivamente o bem-estar físico e econômico da sociedade na área de descoberta baseada em dados e impacto ambiental global, temas no Plano Estratégico 2020 da UTA Soluções Ousadas | Impacto Global, "disse Jonathan Bredow, professor e catedrático do Departamento de Engenharia Elétrica da Faculdade de Engenharia da UTA.

"Esforços anteriores para implementar processamento óptico não linear, como regeneração, não causou impacto porque não havia vantagem em empregá-los em vez de sinais elétricos devido à impossibilidade de usar mais de um canal. Agora que o grupo do Dr. Vasilyev superou esse obstáculo, existem novas possibilidades tremendas para mais rapidez, transmissão mais eficiente de mensagens, "Bredow disse.