Investigadores de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM) han desarrollado un dispositivo holográfico multifunción que se puede controlar en tiempo real. El dispositivo, destinado a redes de comunicaciones ópticas metropolitanas, se basa en un 'modulador espacial de luz' similar a una diminuta pantalla de cristal líquido.
Las redes de transmisión que actualmente se extienden por gran parte del mundo permiten que podamos comunicarnos e intercambiar todo tipo de información entre cualquier punto del globo terráqueo. En las últimas décadas ha aumentado la demanda de servicios de comunicación, tanto en los hogares como en las empresas. Los clientes finales requieren cada vez más una transmisión rápida a internet y de gran ancho de banda, transferencia de archivos, servicios de vídeo-multimedia, juegos en línea de alta definición, TV por cable, etc. A esto se suma el teletrabajo, la implantación de medios de televigilancia con finalidades de seguridad o de atención a las personas de edad avanzada en su propio entorno familiar y la conectividad que requiere el uso de las redes sociales.
El desarrollo de los cada vez más rápidos y potentes servicios de telecomunicaciones ha sido posible, principalmente, por el despliegue de las 'redes de comunicaciones ópticas'. En ellas se utilizan fuentes de luz (LED o láser) para transmitir la información a través de una fibra óptica que, debido a su gran ancho de banda, permite satisfacer la demanda de tráfico de alta capacidad. Para explotar este ancho de banda se utiliza la tecnología de 'Multiplexación por División en Longitud de Onda' (WDM, por sus siglas en inglés). Consiste en la transmisión por una única fibra de diferentes canales a longitudes de onda (colores) que provienen de diferentes fuentes de luz y en las que se puede implementar individual e independientemente los diferentes servicios.
En el contexto de la tecnología WDM, la investigación de nuevos dispositivos ópticos que permitan seleccionar individualmente los canales ópticos (filtrado), distribuirlos a diferentes usuarios (demultiplexación) o encaminarlos dependiendo de su longitud de onda (enrutado óptico), es una tarea crucial para su exitosa implantación. En este escenario se enmarca la investigación desarrollada por los investigadores de la UPM, cuya idea original se basa en realizar las tareas mediante un único dispositivo que pueda ser controlado en tiempo real para seleccionar la funcionalidad a realizar.
Las características ópticas del dispositivo se han probado en el banco experimental del laboratorio del departamento de tecnología fotónica de la ETSI Telecomunicación de la Universidad Politécnica de Madrid, donde se ha demostrado su capacidad para contribuir a la gran demanda social de servicios de comunicación en la actualidad, mediante su aplicación en redes de comunicaciones ópticas.
La ayuda del 'modulador espacial de luz'
Estructura del dispositivo holográfico. Imagen: UPM.
El componente que permite esta función es un 'modulador espacial de luz' (SLM), un dispositivo similar a una pantalla de cristal líquido pero de dimensiones reducidas y con una densidad de píxeles muy superior a aquellas, que permite cargar imágenes sobre él. La luz incidente sobre el SLM cambiará su dirección en función de la imagen cargada (holograma) y de su longitud de onda, siguiendo las leyes de la difracción. Por lo tanto, el dispositivo será capaz de realizar funciones diferentes según el tipo de holograma implementado en el SLM.
Diversos experimentos de laboratorio han demostrado la capacidad del modulador espacial de luz para difractar la luz incidente según su longitud de onda y el tipo de holograma para su uso en las distintas aplicaciones. Las típicas de este dispositivo holográfico multifunción se centran en redes ópticas WDM metropolitanas,en las que se puede emplear como multiplexor y enrutador óptico para la protección y reconfiguración del camino óptico entre nodos.
Los hologramas son la base del dispositivo y su generación se hace mediante ordenador, donde son almacenados y procesados en tiempo real. El objetivo es tener una base de hologramas disponible para efectuar los cambios en la funcionalidad del dispositivo de una forma dinámica. Generalmente, los hologramas utilizados se componen de barras negras y blancas de diferentes grosores.
La luz proveniente de la fibra óptica de entrada se colima, es decir, se paraleliza a través de una lente e ilumina el SLM y una red de difracción fija. Una segunda lente, a la salida, acopla el primer orden de difracción de la luz en la fibra o fibras ópticas de salida que se coloca en el plano focal de la lente. Aquí se localiza la transformada de Fourier del holograma, que para el caso de un holograma de barras, es un conjunto de puntos equidistantes de intensidad luminosa variable.
Mediante esta simple estructura el dispositivo puede realizar distintas aplicaciones: filtro sintonizable (paso banda fijo o variable), multiplexor (o demultiplexor) y enrutador en longitud de onda. Para conmutar entre una u otra aplicación sólo es necesario modificar los valores, fijos o variables, de dos parámetros: 'n' (tipo de holograma) y 'x' (separación de la fibra de salida del eje óptico del dispositivo). Esta capacidad multifunción es el rasgo más característico del dispositivo.
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Referencias bibliográficas:
Martin Minguez A, Horche PR. "Tunable holographic components in WDM optical networks", Optical and Quantum Electronics 42 (1): 45-67, noviembre de 2010.
Michel C. Parker and al. "Dynamic Digital Holographic Wavelength Filtering", IEEE/OSA, J. of Lightwave Tech.16(7):1259-1270, julio de 1998.
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