Datos en 100 gigabits por segundo
Lo que distingue al láser de cascada cuántica de terahercios de otros láseres es el hecho de que emite luz en el rango de terahercios del espectro electromagnético. Tiene aplicaciones en el campo de la espectroscopia donde se usa, fundamentalmente, en análisis químicos. Foto: Thomas-Suisse

Investigadores de la Universidad de Leeds, a los que se han añadido varios científicos de la Universidad de Nottingham, han logrado un gran avance en el control de los láseres cuánticos en cascada de terahercios, lo que podría conducir a la transmisión de datos a una velocidad de 100 gigabits por segundo, alrededor de 1.000 veces más veloz que un Ethernet rápido que funciona a 100 megabits por segundo.

Estos científicos aseguran en Nature Communications que han encontrado una forma de ofrecer una modulación ultrarrápida, combinando el poder de las ondas acústicas y luminosas.

Lo que distingue al láser de cascada cuántica de terahercios de otros láseres es el hecho de que emite luz en el rango de terahercios del espectro electromagnético. Tiene aplicaciones en el campo de la espectroscopia donde se usa, fundamentalmente, en análisis químicos.

Eventualmente y según los analistas, los láseres también podrían proporcionar enlaces inalámbricos ultrarrápidos de salto corto, donde se deben transferir grandes conjuntos de datos a través de los campus de los hospitales o entre las instalaciones de investigación en las universidades, o en las comunicaciones por satélite.

Modulación ultrarrápida de los láseres

Láser de cascada cuántica de terahercios datos
Láser de cascada cuántica de terahercios durante el proceso de montaje. El dispositivo cabe en la palma de la mano. Foto: Leeds University

Para tener la capacidad de transmitir datos a estas velocidades aumentadas, los láseres deben modularse muy rápidamente; esto es, encender y apagar o pulsar alrededor de 100.000 millones de veces por segundo. Esta cifra era impensable de lograr para los ingenieros y científicos. Hasta ahora.

El profesor John Cunningham, experto en Nanoelectrónica de la Universidad de Leeds, explica que “el sistema para modular un láser de cascada cuántica es accionado eléctricamente, pero tiene limitaciones. Irónicamente, la misma electrónica que proporciona la modulación, generalmente frena su velocidad. El mecanismo que estamos desarrollando se basa en las ondas acústicas”.

Un láser de cascada cuántica es muy eficiente. Cuando un electrón pasa a través del componente óptico del láser, atraviesa una serie de pozos cuánticos, donde el nivel de energía del electrón cae y se emite un fotón o pulso de energía luminosa.

Como es sabido, un único electrón es capaz de emitir múltiples fotones. Es precisamente este proceso el que se controla durante la modulación.

Ondas acústicas

En lugar de utilizar dispositivos electrónicos externos, el equipo de investigadores de las universidades de Leeds y Nottingham utilizó ondas acústicas. Así hicieron vibrar los pozos cuánticos dentro del láser de cascada cuántica.

En su estudio detallan que las ondas acústicas fueron generadas por el impacto de un pulso de otro láser sobre una película de aluminio. Esto hizo que la película se expandiera y contrajera, enviando una onda mecánica a través del láser de cascada cuántica.

Así, el profesor Anthony Kent, físico de la Universidad de Nottingham, detalla que “esencialmente, lo que hicimos fue usar la onda acústica para sacudir los intrincados estados electrónicos dentro del láser de cascada cuántica. Entonces pudimos ver que su salida de luz se alteraba por la onda acústica”.

Ambos investigadores coinciden en reconocer que no llegaron a una situación en la que “pudiéramos detener e iniciar el flujo por completo, pero pudimos controlar la salida de luz en un pequeño porcentaje, lo cual es un gran comienzo”.

En opinión de Cunningham, “con un mayor refinamiento, podremos desarrollar un nuevo mecanismo para el control completo de las emisiones de fotones del láser y, tal vez, incluso integrar estructuras que generen sonido con el láser de terahercios, de modo que no se necesite una fuente de sonido externa”.

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