Más potencia para las redes de fibra óptica

Aplicaciones como los vehículos autónomos, las comunicaciones móviles 6G y las comunicaciones cuánticas están llevando las redes de fibra óptica al límite. Investigadores del Fraunhofer, en colaboración con distintos socios, han ideado soluciones innovadoras para optimizar la transmisión de datos. Los conmutadores ópticos con espejos de cristal líquido sobre silicio (LCoS) reducen el tamaño de los paquetes de datos para que la red pueda transportar más información, mientras que los señales se distribuyen entre diferentes fibras para aportar mayor flexibilidad.

Los cables de fibra óptica transportan señales a velocidades cercanas a la de la luz y pueden transmitir grandes volúmenes de datos a velocidades vertiginosas. Sin embargo, los sistemas de fibra óptica convencionales ya no son lo suficientemente potentes para soportar las tecnologías del futuro. En los proyectos WESORAM y Multi-Cap, el Instituto Fraunhofer de Óptica Aplicada e Ingeniería de Precisión (IOF) de Jena ha trabajado junto a distintos socios para preparar las redes de fibra óptica para el mundo del mañana.

Las redes de fibra óptica ya utilizan tecnologías como la multiplexación por división de longitud de onda. En este método, la luz se emplea como portadora de un flujo de datos, y un conmutador óptico divide la luz en múltiples frecuencias. Una rejilla espectrométrica separa la señal en diferentes longitudes de onda y las transmite a un espejo LCoS, que reenvía las señales a las fibras de salida, permitiendo que cada fibra transporte múltiples flujos de datos. No obstante, este método solo puede aplicarse dentro de un rango de frecuencias limitado.

En el proyecto WESORAM (Wellenlängenselektive Schalter für optisches Raummultiplex, o Conmutadores selectivos de longitud de onda para multiplexación por división espacial), el Dr. Steffen Trautmann y su equipo en el Fraunhofer IOF, junto con sus socios, han perfeccionado esta tecnología. Primero, añadieron flexibilidad al mecanismo de conmutación en el interruptor LCoS, permitiendo redirigir el flujo de datos a cualquier fibra. Una vez que la rejilla espectrométrica ha dividido la señal luminosa entrante en distintas frecuencias, el espejo LCoS envía cada frecuencia a una fibra diferente. Esto amplía la multiplexación por división de longitud de onda hacia una técnica de multiplexación por división espacial. Además del principio de “múltiples frecuencias en una fibra”, ahora también se puede aplicar el principio de “una frecuencia, múltiples fibras”.

“En nuestro proyecto, logramos enviar señales desde ocho canales de entrada a 16 canales de salida de forma flexible. Este tipo de interconexión aumenta la capacidad de la red, ya que permite una mayor flexibilidad en la transmisión y el encaminamiento de los flujos de datos. Esto resulta especialmente útil para la transmisión de datos a largas distancias, como entre ciudades”, explica Trautmann, director del proyecto y experto en sistemas ópticos.

Otra ventaja es que se requieren menos conmutadores ópticos en la red de fibra óptica en general, lo que reduce los costes tanto de instalación como de operación.

Como siguiente paso, los investigadores de Jena lograron aumentar la resolución del módulo óptico con una rejilla de nueva fabricación. “Actualmente, la resolución espectral estándar es de 100 GHz, aproximadamente 0,8 nm. El espejo que hemos desarrollado puede alcanzar hasta 25 GHz, o aproximadamente 0,2 nm”, explica Trautmann. La mayor resolución significa que la frecuencia de la luz para el flujo de datos es cuatro veces más estrecha en banda, por lo que los paquetes de datos son proporcionalmente más pequeños. Como resultado, los conductores ópticos pueden transmitir muchos más paquetes de datos simultáneamente.

Los socios del proyecto fueron Adtran, una empresa de redes con sede en Meiningen (Turingia), y Holoeye, una compañía de Berlín especializada en sistemas ópticos que construyó el espejo LCoS. Los expertos del Fraunhofer IOF se encargaron del diseño óptico, además de desarrollar un divisor de haz para la rejilla espectrométrica mediante tecnología de ultra precisión e integrar todos los componentes en un solo módulo compacto.

WESORAM encaja perfectamente con otro proyecto, Multi-Cap. En este, los investigadores trabajan para aumentar el número de canales de transmisión de datos en paralelo. Mientras que las fibras tradicionales contienen un solo canal de datos y un solo núcleo de señal, las fibras de múltiples núcleos utilizan varios núcleos para transmitir datos. Aunque estos cables contienen muchos más conductores, su grosor apenas varía.

El equipo del Fraunhofer IOF ha desarrollado los amplificadores de señal necesarios para las fibras de múltiples núcleos. Estos pueden atender hasta 12 canales simultáneamente, logrando más de 20 dB de amplificación por canal. Esta tecnología es significativamente más eficiente en términos de energía, ya que un solo módulo de amplificación puede gestionar 12 canales a la vez.

Ambos proyectos han sido financiados por el Ministerio Federal de Educación e Investigación de Alemania (BMBF) y la Asociación de Ingenieros Alemanes (VDI).