La utilización de controles totalmente ópticos podría acelerar la transmisión de datos de telecomunicaciones, pero los conmutadores ópticos que pueden trabajar con anchos de banda alta requieren mucha energía para encenderse y apagarse. Así que el enfoque habitual es que los proveedores de telecomunicaciones implementar un sistema que convierte la luz en señales eléctricas para procesar los datos y, a continuación, vuelve a convertir estas señales eléctricas en luz para su transmisión.

Actualmente el trabajo teórico de los investigadores de la Universidad del Sur de California y de la Universidad de Stanford sugiere una manera de sortear este compromiso entre el ancho de banda y la potencia. Sus simulaciones sugieren que el control del haz de entrada mediante el uso de nuevas maneras de dar forma a los pulsos de luz permitiría la conmutación a una potencia menor. Si estos efectos se pueden demostrar en el laboratorio, podrían dar lugar a nuevos dispositivos para telecomunicaciones más rápidas y eficientes energéticamente.

El procesamiento óptico de las señales tiene altos requerimientos de energía, ya que se necesita mucha energía para hacer que los fotones interactúen entre sí. Una forma de fomentar estas interacciones es aumentar la intensidad de los haces de luz. Cuanto más intenso es el pulso, más potencia se necesita para producirlo, pero también más probable es que interactúe con otro pulso.

Sin embargo, actualmente los investigadores pueden diseñar estructuras a escala nano que permiten confinar la luz en una cavidad durante un tiempo relativamente largo. Esto lo logran mediante el acoplamiento de fibras ópticas a unas estructuras artificiales llamadas cristales fotónicos, que tienen impresos estructuras en la misma reducida escala que la longitud de onda de la luz con la que tienen que interactuar.

El trabajo teórico, obra de Michelle Povinelli, profesora asistente de ingeniería eléctrica de la Universidad del Sur de California, Shanhui Fan, profesor de ingeniería eléctrica de la Universidad de Stanford, y el estudiante de posgrado de Stanford Sunil Sandhu, combina este diseño de la cavidad que atrapa la luz con una nueva forma de controlar el pulso de luz entrante. Ellos han calculado que cambiando la forma del pulso sin aumentar su intensidad se puede estimular la conmutación óptica. La “forma” del pulso se refiere a cómo las diferentes ondas de luz dentro de él se alinean las unas con las otras. Los investigadores experimentales pueden ejercer un alto grado de control sobre la forma de un pulso de luz usando un método llamado de control coherente. Povinelli y Fan sugieren que debería ser posible utilizar estos efectos conformacionales para controlar las interacciones de la luz en los interruptores ópticos. Su trabajo fue descrito el mes pasado en la revista Applied Physics Letters.

Uno de los beneficios de la conformación de pulsos para el procesamiento óptico es el ahorro de energía. Povinelly y Fan han demostrado que debería ser posible reducir los requisitos de potencia por un factor de tres sin limitar el ancho de banda. Los datos ópticos se constituyen de una serie de pulsos de luz intensa que codifican 0s y 1s. Como más variedad de longitudes de onda diferentes, o colores, de luz haya en un pulso, más datos podrá éste transmitir. Sin dar forma al pulso, el ancho de banda tiene que ser reducido con el fin de operar a menor potencia.

Este trabajo también sugiere que la forma del pulso se puede utilizar para controlar las interacciones de la luz con gran sensibilidad, señala Steven Johnson, profesor asociado de matemáticas aplicadas en el MIT. "Aún queda por ver si esto permitirá la creación de nuevos dispositivos prácticos, y hay muchos obstáculos para el procesamiento óptico de la información, pero cada nuevo grado de control que tenemos en estos sistemas es valioso", afirma él.