Ones mil·limètriques per a l'última milla

Investigadors de l'ETH de Zurich, han desenvolupat un modulador amb el qual, les dades transmeses a través d'ones mil·limètriques es poden convertir directament en polsos de llum per a les fibres òptiques. Això podria fer que, cobrir la "última milla" fins a la presa de internet a casa, sigui considerablement més ràpid i econòmic.

Les altes freqüències  de les ones de llum fan que siguin ideals per a la  transmissió ràpida  de dades de manera que, es poden enviar a través de fibres òptiques i transportar fàcilment a centenars de milers de milions de bits (Gigabits) per segon. L'última milla mitjançant un cable de fibra òptica  és el més difícil i costós. Algunes alternatives, per exemple, la telefonia mòbil 4G-5G, són més barates, però no poden proporcionar  simultàniament les taxes de transmissió extremadament elevades a tots els usuaris requerides per les aplicacions actuals, com ara és la transmissió de TV.

Jürg Leuthold, professor de l'Institut de Campos Electromagnètics de l'ETH Zurich i els seus col·laboradors, han desenvolupat, amb el suport dels col·legues de la Universitat de Washington a Seattle, un nou modulador de llum que permetrà cobrir l'última milla en el futur de forma eficient i de baix cost amb microones d'alta freqüència, anomenades ones mil·limètriques i, per tant, amb altes taxes de transmissió de dades.

Modulador de llum sense electrònica

Per transferir les dades codificades en fibres òptiques a través d'una variació de la intensitat de la llum en ones mil·limètriques, es necessiten components electrònics molt ràpids i, per tant, cars. Per altre banda, aquestes ones mil·limètriques, primer han de ser rebudes per una antena, després amplificades i modulades a la banda base  i finalment injectades en un modulador de llum, que tradueix les dades contingudes a les ones de ràdio, novament en polsos de llum .

Leuthold i els seus col·legues, han aconseguit construir un modulador de llum que funciona completament sense electrònica ni batries. Això fa que aquest modulador sigui totalment independent de les fonts d'alimentació externes i, sobretot, extremadament petit perquè pugui, en principi, muntar-se en qualsevol fanal. A partir d'aquí, poder rebre dades a través dels senyals de microones de les cases individuals i alimentar directament a la fibra òptica central.

Modulació a través de plasmons

El modulador construït pels investigadors de l'ETH, consisteix en un xip de menys d'un mil·límetre que també conté l'antena de microones. Aquesta antena rep les ones i les converteix en una tensió elèctrica. La tensió llavors actua sobre una prima ranura al centre del xip; que és el cor real del modulador. Allí, una estreta franja, de només uns pocs micròmetres de longitud i menys d'un centenar de nanòmetres d'ample, està plena d'un material especialment sensible als camps elèctrics. El feix de llum de la fibra ataca aquesta escletxa. Tanmateix, a l'interior de la ranura, la llum es propaga, de manera diferent del cable de fibra òptica o de l'aire, ja no com una ona electromagnètica, sinó com el que es coneix com un plasmó.

El material  ("no lineal") dins de la ranura, que és elèctricament sensible garanteix que fins i tot el camp elèctric més petit creat per l'antena influirà fortament en la propagació dels plasmons. Aquesta influència en la fase oscil·lant de les ones es conserva quan els plasmons es converteixen de nou en ones de llum al final de la ranura. D'aquesta manera, els bits de dades continguts en les ones, es transfereixen directament a les ones de llum: sense desviar-se  i sense cap alimentació externa. En un experiment de laboratori amb senyals de microones a 60 Gigahertz, els investigadors van poder demostrar velocitats de transmissió de dades de fins a 10 Gigabits per segon a una distància de cinc metres i 20 Gigabits per segon més d'un metre.

Barat i versàtil

A més de la petita mida i el insignificant consum d'energia, el nou modulador té una sèrie d'avantatges addicionals. La transferència directa des de les ones  fins a les ones de llum, fa que el  modulador sigui particularment versàtil en quant a la freqüència i el format exacte de la codificació de dades. De fet, el modulador ja és compatible tant amb la nova tecnologia 5G i amb les futures normes de la indústria basades en freqüències de micro-ones de 300 Gigahertz i velocitats de transmissió de dades de fins a 100 Gigabits per segon. A més, es pot produir mitjançant la tecnologia convencional de silici i, per tant, a un cost relativament baix.

Finalment, Leuthold pot tranquil·litzar els usuaris que podrien estar preocupats per la radiació electromagnètica que comporta. A diferència de les ones de ràdio o de microones d'un mòdem WiFi, que es propaguen de manera uniforme en totes les direccions, les ones mil·limètriques poden estar fortament orientades per a la transmissió a l'exterior i només es propaguen entre  dos punts d'un feix de vint centímetres de diàmetre.  Això redueix fortament la potència necessària per a la transmissió en comparació amb altres tecnologies sense fils. També elimina els problemes típics dels mòdems WiFi.

Font: ETH Zurich