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Comunicaciones por láser

Pequeñas soluciones

En la Unicamp, conciben nanofibras ópticas para la transmisión de información vía ondas luminosas

Marcelo Gouveia/ lafe-UnicampFiltro óptico: anillo formado por una microfibra de 3 micrones de diámetroMarcelo Gouveia/ lafe-Unicamp

La tendencia de las tecnologías de la información apunta una constante miniaturización. Esta evolución se dirige, entre otros caminos, hacia circuitos totalmente ópticos. En éstos, los chips podrán comunicarse sin necesitar más que las ondas luminosas de los láseres. Entre los aspirantes a formar parte de estas futuras conexiones se encuentran las microfibras y nanofibras ópticas, que dejarían atrás a los electrones de los circuitos electrónicos de las actuales computadoras. Son dispositivos que se encuentran en estudio desde 2009 en el Laboratorio de Fibras Especiales (LaFE) del Instituto de Física Gleb Wataghin (IFGW) de la Universidad Estadual de Campinas (Unicamp).

Los primeros resultados han empezado a aparecer y se encuadran en el ámbito de la nanofotónica, una nueva área que comprende la transmisión de la información mediante ondas luminosas en equipos de tamaños microscópicos, mucho menores que los actuales. “Serían las comunicaciones de luz a luz en las cuales circuitos nanométricos harían el procesamiento y la transmisión de datos”, dice el profesor Cristiano Monteiro de Barros Cordeiro, coordinador del LaFE. Este laboratorio forma parte del Centro de Investigación en Óptica y Fotónica (CePOF) de Campinas, financiado por la FAPESP en el marco del programa de Centros de Investigación, Innovación y Difusión (Cepid), coordinado por el profesor Hugo Fragnito.

Lo que se estudia en el IFGW, que forma parte también del Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología de Fotónica de Comunicaciones Ópticas (Fotonicom), son dispositivos de alrededor de 10 centímetros de longitud y entre 10 micrones (1 micrón equivale a la milésima parte de 1 milímetro) y 200 nanómetros (1 nanómetro es la millonésima parte de un milímetro) de diámetro. La dimensión de los mismos es hasta 500 veces menor que el diámetro de un cabello. Las fibras comerciales que se encuentran instaladas en las grandes ciudades y en los cables submarinos, por ejemplo, que permiten el funcionamiento de internet y de la telefonía, son de 8 micrones de diámetro en su interior, por donde pasa la luz, y una capa de sílice (también llamado vidrio) de 125 micrones de diámetro, además de muchos kilómetros de extensión.

Aparato empleado
para producir las microfibras y nanofibras en la Unicamp

Claudecir Biazoli/ lafe-UnicampAparato empleado
para producir las microfibras y nanofibras en la UnicampClaudecir Biazoli/ lafe-Unicamp

Entre las ventajas operativas de las nuevas fibras se encuentra el menor consumo de energía, con menos calentamiento del sistema, y capacidad de transmisión de datos mayor que los circuitos electrónicos actuales. Las otras ventajas de estas diminutas fibras son su delgadez y su buena flexibilidad, que las capacitan para integrar un sistema óptico completo dentro de una computadora. La gran curiosidad es que algunas de éstas, con diámetro de 1 micrón, son menores que la longitud de onda de los haces de láser típicos, de 1 micrón y medio, empleados en las comunicaciones ópticas. Por tal motivo, parte de la luz queda del lado de afuera de la pared de la fibra, pero la onda luminosa acompaña a lo largo del dispositivo. Al mover la fibra de un lado a otro, la luz la sigue. “Si esa parte de luz que queda afuera puede ayudar u obstaculizar en las interconexiones ópticas futuras, es una cuestión que ha quedado abierta para todos los grupos mundiales que estudian estas fibras”, dice el profesor Cristiano. Entre esos grupos se encuentran la Universidad de Southampton, en el Reino Unido, y la OFS Laboratories, ligada a la empresa Furukawa.

Estas micro y nanofibras también están siendo estudiadas desde la perspectiva de su uso en sensores, en la detección de gases y en monitoreo químico y biológico. Un ejemplo de ello sería la detección de agua contaminada con la bacteria Escherichia coli. “Es posible darles a las fibras la función de detectar la presencia de la bacteria, mediante una alteración en la transmisión de la luz y la consiguiente identificación del microorganismo”, dice  Cristiano. Su equipo, en el marco de un experimento llevado a cabo en los laboratorios del IFGW, manipuló bacterias y levaduras en medio líquido. Lograron seleccionar o hacer estacionar sobre una microfibra de 500 nanómetros de diámetro un grupo de bacterias. Este tipo de experimento podría ser útil en estudios sobre anticuerpos de esa especie de microorganismo.

Otra funcionalidad sensorial de las fibras ha redundado en un depósito de patente en el Instituto Nacional de la Propiedad Industrial (INPI) a finales de 2011. El grupo logró producir una fibra 50 veces más sensible a la tracción mecánica que las destinadas al uso en la construcción civil. Se las pega a lo largo de estructuras tales como puentes para medir, mediante la alteración de la luz, la deformación de la estructura al paso de un camión, por ejemplo.

Específicamente en el campo de las comunicaciones ópticas, los investigadores lograron crear un filtro óptico bajo la forma de un anillo con una fibra de 3 micrones de diámetro que deja pasar solamente una determinada longitud de onda. La producción en laboratorio de estos dispositivos con características propias se lleva a cabo mediante el calentamiento y el estiramiento de las fibras comerciales. “Es como calentar una tanza de pesca y tirar de cada lado de manera controlada hasta lograr un espesor nanométrico”, explica Cristiano.

El Proyecto
1.
Centro de Investigación en Óptica y Fotónica (CePOF) de Campinas (nº 2005/51689-2); Modalidad Centros de Investigación, Innovación y Difusión (Cepid); Coordinador Hugo Fragnito – Unicamp; Inversión
R$ 1 millón por año para todo o CePOF (FAPESP)
2. Fotónica para comunicaciones ópticas – INCT (nº 2008/57857-2); Modalidad Proyecto Temático; Coordinador Hugo Fragnito –Unicamp; Inversión R$ 1.021.698,99 y US$ 1.027.935,95 (FAPESP y CNPq)

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