Por el Dr. Michael Lebby, director ejecutivo de Lightwave Logic

Las comunicaciones, tal como las conocemos, existen desde hace más de 1000 años, tal vez más. Un método popular de comunicación a escala de un condado o país solía ser la iluminación de balizas. Históricamente, las balizas eran fuegos que se creaban y encendían para transmitir un mensaje a la población local, generalmente el acercamiento de un enemigo o incluso noticias importantes. Se colocaron balizas en puntos geográficos elevados para que se pudiera hacer una cadena de mensajes, a veces a través del brillo del fuego y, a veces, a través de patrones de humo.

El año pasado, mientras estaba en el Reino Unido, experimenté la tradición de un encendido ceremonial de un faro donde vive mi familia. Este evento se lleva a cabo para un aniversario real, y en este caso, fue el 70º o Jubileo de Platino de la Reina Isabel. Si bien este tipo de comunicación no era necesaria en la época actual para la celebración, el encendido sistemático de balizas en las localidades sirvió de base para transmitir un mensaje de respeto a todo el país.

Hoy en día, realmente no necesitamos balizas, pero lo que sí necesitamos es una arquitectura eficiente para transmitir información. A esto lo llamamos Internet, una red que se compone esencialmente de una complicada red de malla de cables de fibra óptica. Esta red se extiende por todo el mundo y se utiliza en centros de datos, conmutadores de telecomunicaciones, redes de backhaul para 5G y aplicaciones en las que se utiliza fibra óptica para llegar a edificios y/u hogares en el extremo de la red. Algunos de nosotros tenemos la suerte de tener fibra óptica que llega a nuestro hogar, pero otros tienen cables eléctricos que conectan nuestro hogar a la red de fibra óptica. De cualquier manera, la mayoría de nosotros tenemos el lujo de poder enviar y recibir mensajes e información directamente desde nuestros sistemas informáticos.

¿Por qué polímeros electro-ópticos y por qué Internet?

Uno de los componentes ópticos más importantes para Internet y las redes ópticas se denomina modulador óptico. Este diminuto dispositivo se usa en grandes volúmenes en todos los lugares donde un láser envía luz a través de un cable de fibra óptica. Necesitamos láseres para enviar la luz, ya que se convierte en la información digital que usamos para comunicarnos en Internet.

Hoy en día, los moduladores ópticos se fabrican con materiales semiconductores como el silicio (Si), el fosfuro de indio (InP) y el niobato de litio a granel (LiNO3). Desafortunadamente, estos materiales semiconductores sufren una saturación de rendimiento. Están luchando para manejar la demanda cada vez mayor de velocidades de datos más altas y, cuando lo hacen, se consume más energía, algo que los operadores de Internet y las personas que administran los centros de datos buscan mitigar significativamente. A veces, una tecnología establecida se queda sin fuerza y ​​está al límite del rendimiento, lo que permite que surja una nueva plataforma tecnológica que tiene mucho margen para aumentar el rendimiento. Este es uno de esos tiempos, y en los últimos años, la gente ha estado observando detenidamente los polímeros electro-ópticos.

Los moduladores creados a partir de polímeros electro-ópticos especialmente diseñados son naturalmente rápidos y, naturalmente, de baja potencia en su diseño. De hecho, son al menos 2-3 veces más rápidos en funcionamiento y hasta un orden de magnitud (10 veces) más bajos en consumo de energía. No es frecuente que la Madre Naturaleza trabaje con tecnólogos, y esta es una de esas situaciones. Las propiedades inherentes de alto rendimiento brindan a los diseñadores y arquitectos de redes una nueva y maravillosa oportunidad de diseñar redes ópticas para manejar datos más rápidos y un menor consumo de energía, no solo para telecomunicaciones y comunicaciones de datos de próxima generación, equipos de centros de datos (como enrutadores, servidores, interruptores, etc.), sino para la planificación de equipos durante la próxima década o dos.

El impacto de los polímeros electro-ópticos en Internet

El impacto de un modulador electroóptico más rápido y de menor potencia puede tener efectos de gran alcance en el mundo actual, donde la industria, las corporaciones y la fabricación requieren velocidades de datos más altas. El modulador permite un acceso más fácil a un flujo de datos de mayor calidad, lo que a su vez permite una mayor calidad de la información y un desarrollo de productos más eficiente. Si bien como consumidores queremos más velocidad para nuestro uso personal o profesional, la marcha hacia un menor consumo de energía es clave para los centros de datos hoy y hacia dónde se dirigirán en la próxima década. Tanto la alta velocidad como la baja potencia se han convertido en criterios de diseño importantes para las arquitecturas de red de próxima generación que se espera evolucionen en los próximos años.

Esto obliga a los arquitectos de redes ópticas y a los planificadores de redes ópticas a repensar su estrategia tecnológica. Se les está presionando para que averigüen cómo aumentar la velocidad del dispositivo óptico para transmitir más información, sabiendo muy bien que durante la última década, los moduladores ópticos que utilizan semiconductores no han aumentado su velocidad en absoluto. También se les está presionando para que descubran cómo reducir el consumo de energía. De hecho, nuestros arquitectos de redes de Internet han sido inteligentes, han utilizado dispositivos electrónicos complejos y que consumen mucha energía, como los procesadores de señales digitales (DSP) para limpiar las señales ópticas y aumentar las tasas de datos utilizando trucos electrónicos como la codificación de símbolos como Pulse Amplitude, Modulación (PAM) con 4 niveles y Modulación de Amplitud en Cuadratura (QAM), entre otros.

Los polímeros electro-ópticos permiten una óptica más rápida y, por lo tanto, permiten a los arquitectos y diseñadores de redes tener la opción de reducir significativamente el consumo de energía mientras usan una óptica más rápida y limpia utilizando moduladores ópticos de polímero electro-óptico. Es una estrategia potencialmente muy rentable y que ha generado mucho interés en la industria de Internet en los últimos dos años.

Volumen de escalado de polímeros electro-ópticos

Los polímeros electroópticos se pueden fabricar en grandes fundiciones de silicio. Estas son plantas de fabricación que se enfocan en semiconductores de silicio y tradicionalmente han configurado sus kits de diseño de procesos (PDK) para circuitos integrados. En los últimos años, muchas fundiciones de silicio han buscado aumentar su producción de obleas mediante el mantenimiento de soluciones fotónicas de silicio. Son estas fundiciones las que son el catalizador para la escala de volumen cuando se agregan polímeros electro-ópticos a la fotónica de silicio.

Para tener moduladores de polímeros electroópticos omnipresentes en toda la industria, se están logrando hitos clave a un ritmo récord: polímeros electroópticos avanzados y maduros, fabricación simple y estándar en volumen a gran escala y dispositivos moduladores ópticos empaquetados como parte de un alto rendimiento 'vehículo' para componentes de red como transceptores ópticos enchufables. La industria de polímeros electro-ópticos para comunicaciones por fibra está creciendo rápidamente. Con el posicionamiento correcto para la escala, el volumen y el rendimiento, los polímeros electro-ópticos están bien preparados para permitir a los arquitectos, diseñadores y planificadores de redes escalar Internet y la red óptica para ser mucho más competitivos pronto. 

Hemos superado la tradición de encender balizas para comunicarnos a medida que aumenta nuestro apetito por la información, junto con nuestro deseo de enviarla y recibirla más rápidamente. Esto significa que se necesita de manera crítica una óptica más rápida y limpia que sea más eficiente energéticamente. Hace unos años, los polímeros electro-ópticos pugnaban por hacerse un hueco en la red; Hoy en día, la industria de Internet está aprovechando los polímeros electro-ópticos, ya que representan una hoja nueva y emocionante para las comunicaciones. Tal vez algún día tengamos la tradición de encender moduladores de polímeros electro-ópticos en todo el país como faros para honrar el logro potencial que pueden traer.