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H2020

ROAM — Resultado resumido

Project ID: 645361
Financiado con arreglo a: H2020-EU.2.1.1.3.
País: Italia
Dominio: Investigación fundamental, Economía digital

La luz entrelazada impulsa las comunicaciones ópticas

Un equipo de investigadores financiado con fondos europeos utilizó una propiedad de la luz —su momento angular orbital (MAO)— para aumentar la capacidad de transmisión de datos de los sistemas ópticos y mejorar el rendimiento de componentes ópticos, tales como los conmutadores ópticos en los centros de procesamiento de datos.
La luz entrelazada impulsa las comunicaciones ópticas
La tasa de crecimiento actual del tráfico de datos en la red está siendo impulsada en gran medida por servicios que incrementan drásticamente el uso de internet. Los servicios de vídeo a la carta, las redes sociales y los servicios en la nube aumentan sobremanera el rendimiento de los centros de datos y pueden afectar la funcionalidad de la red.

Hasta ahora, se han propuesto e investigado un gran número de soluciones técnicas y arquitecturas de red para abordar estos problemas. Estas están relacionadas principalmente con la mejora de la escalabilidad, el ancho de banda y el consumo de energía de los enlaces y conmutadores ópticos de los centros de datos. A través del proyecto financiado con fondos europeos ROAM, los investigadores emplearon una propiedad de la luz muy poco aprovechada, su MAO, para aumentar la cantidad de datos que pueden transmitirse a través de una sola fibra óptica y mejorar el rendimiento de los conmutadores ópticos en los centros de datos.

Multiplexación del MAO

En función de la distribución espacial del campo eléctrico, los haces de luz con MAO presentan una onda helicoidal o entrelazada que puede tomar muchos valores enteros. «A diferencia de los sistemas de comunicaciones convencionales que emplean fotones como unos y ceros para transmitir datos, el MAO de la luz permite codificar datos adicionales en sus múltiples modos helicoidales. Esto significa que el MAO podría aumentar la capacidad de los sistemas de comunicaciones», señala la profesora Antonella Bogoni, coordinadora del proyecto.

ROAM examinó de manera activa el aprovechamiento de esta propiedad especial de la luz para aumentar la capacidad de transmisión de datos de la fibra óptica para enlaces de alta densidad de corto alcance. El concepto principal para aumentar la capacidad radica en la combinación de dos técnicas distintas de multiplexación por división ortogonal, a saber: la multiplexación por división de modo empleando el MAO y la multiplexación por división de longitud de onda (WDM, por sus siglas en ingles).

Gracias a la combinación del MAO y la WDM, el equipo logró demostrar las posibilidades de transmitir múltiples canales de datos independientes en el mismo enlace de fibra. Inicialmente, los investigadores multiplexaron diez modos de MAO coaxiales transmitidos simultáneamente con dieciséis longitudes de onda en una fibra con 1 km de largo. El sistema de transmisión de fibra óptica multiplexado fue capaz de proporcionar así 160 canales de datos. Seguidamente, la investigación se centró en ampliar el rango de transmisión de la fibra óptica. «Logramos multiplexar ocho modos de MAO en diez longitudes de onda, cada uno de ellos con un flujo de datos de 32 Gb, lo cual representa el sistema más avanzado en este campo», observa la profesora Bogoni. El equipo del proyecto demostró con éxito que los modos MAO pueden transmitirse hasta 10 km.

La multiplexación MAO demostró una compatibilidad total con las tecnologías previas, al tiempo que exhibía una sobrecarga de codificación de canal minimizada.

Conmutadores de alto rendimiento en centros de datos

Las interconexiones eléctricas convencionales de los centros de datos presentan una baja velocidad de transmisión de datos, poca flexibilidad y problemas de escalabilidad, así como un mayor consumo energético. Por lo tanto, la conmutación óptica ha comenzado a adquirir una importancia considerable, ya que puede proporcionar una mejor escalabilidad a través de la explotación de múltiples dominios como la longitud de onda, el espacio y el tiempo.

El equipo de ROAM trabajó en el desarrollo de un conmutador reconfigurable basado en la tecnología fotónica del silicio mediante la manipulación de diferentes modos de MAO y longitudes de onda WDM. «Incorporar un dominio de conmutación adicional dentro de una red de interconexión de múltiples capas puede aumentar aún más la escalabilidad de los conmutadores ópticos y disminuir el consumo de energía», explica la profesora Bogoni.

En primer lugar, el equipo evaluó un nuevo conmutador fotónico de silicio que presenta una elevada escalabilidad y un bajo consumo de energía. Aprovechando una combinación de diez modos de MAO y dieciséis longitudes de onda WDM a una velocidad de transmisión de datos de 30 Gb, la capacidad total del conmutador alcanzó los 20 Tbs por segundo, lo que permite una agregación de tráfico altamente escalable. Esta solución de conmutación se conectó a matrices de fibra óptica estándar para que sea totalmente compatible con las arquitecturas actuales de los centros de procesamiento de datos.

El desarrollo de un dispositivo a escala de chip que pueda generar, manipular y cambiar entre modos de MAO implica la existencia de aplicaciones que van más allá de los sistemas de transmisión óptica, tales como la imaginología, la física cuántica y la detección.

Palabras clave

ROAM, momento orbital angular (MAO), modos, multiplexación, centros de datos, multiplexación por división de longitud de onda (WDM), fibra óptica, conmutador óptico, escalabilidad, capacidad de transmisión
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