La Fibra Semiconductora Podría Reemplazar las Líneas de Transmisión de Cable de Fibra Óptica

Internet es un lugar extraño y maravilloso. Crecí al final de la era de acceso telefónico a Internet cuando las salas de chat estaban de moda. Ahora ocasionalmente disfruto usando Internet para jugar en línea, lo que era imposible en ese entonces. Mi enrutador telefónico y su red de cobre apenas podían soportar suficiente ancho de banda para cargar una imagen. Ahora nuestras redes se han actualizado con una fibra óptica ultrarrápida. Si bien estos sistemas de comunicación son ciertamente mejores que los antiguos de cobre, todavía tienen algunas desventajas. Esto ha llevado a los investigadores a buscar un nuevo tipo de fibra óptica, basada en semiconductores en lugar de sílice. Este nuevo tipo de cable podría ser instrumental en la transmisión de señal, tanto en la red más amplia como en las PCB.

Fibra Óptica

Si bien muchos de nosotros pensamos que Internet es una especie de "cosa" a la que nos conectamos, posiblemente alojada en la nube, en realidad son solo ordenadores. Millones de ordenadores todos conectados juntos. Los cables de fibra óptica comprenden muchas de las carreteras de información que conectan estos ordenadores entre sí. Las fibras ópticas están hechas de vidrio y han bendecido nuestras redes con sus altas velocidades y gran calidad de señal. Sin embargo, vienen con algunas desventajas. Nuestra principal preocupación es el gasto y la complejidad del equipo necesario para conectar los circuitos ópticos con los eléctricos.

La mayoría de los cables de fibra óptica utilizan sílice, también conocido como vidrio, para conducir la luz. La luz es un gran portador de información y tiene una capacidad de ancho de banda mucho mayor que los cables electrónicos. Las empresas ahora están discutiendo sobre 40 Gbps Ethernet, pero la fibra ya ha alcanzado velocidades hasta 43 Tbps. La luz también tiene una tasa de error de bits más baja y es más resistente a la interferencia electromagnética. Estas características lo han convertido en el método de transmisión elegido para carreras largas y redes donde la velocidad es el nombre del juego.

Es posible que estés pensando en obtener una conexión de fibra para tu casa ahora, pero es mejor que mires el precio antes de hacerlo. Una de las principales quejas sobre la fibra es el costo de los circuitos utilizados para convertir las señales ópticas en eléctricas. Esto convierte los puntos de conexión en puntos críticos cuando se trata de ganancias. Ese costoso equipo también es complejo y difícil de conectar a equipos electrónicos. Es por eso, que algunos investigadores han estado desarrollando fibras ópticas hechas de semiconductores.

 

Glass earth with a fiber optic cable background

La fibra óptica nos ha ayudado a conectarnos a la World Wide Web más rápido que nunca.

Fibra Óptica Semiconductora

Los semiconductores son ubicuos en el mundo de la electrónica. Mi ordenador de juegos no funcionaría sin ellos. Algunos años atrás, varios investigadores vieron cómo los beneficios de los semiconductores podrían aplicarse al cableado de fibra óptica. Desde entonces, han estado trabajando en la integración de las dos tecnologías, con un avance reciente.

Las redes de fibra óptica ya tienen un gran ancho de banda y buenas características de transmisión, entonces, ¿qué ventajas podrían aportar los semiconductores? Podrían resolver el único gran problema para la fibra óptica, su coste de conversión y complejidad. Los semiconductores pueden transmitir señales ópticas y eléctricas al mismo tiempo, y posiblemente podrían convertirse entre las señales en tránsito. El convertidor electrónico se asimilaría esencialmente al cable mismo.

Hasta hace poco, ha habido un problema importante al poner en práctica esta teoría. Los investigadores estaban usando cristales para conducir tanto la luz como los electrones en los cables, pero los cristales tenían demasiadas capas límite. En lugar de un cristal largo, el medio estaba formado por muchos cristales cortos. Cuando la luz pasara por el extremo de un cristal a otro, se dispersaría. Investigaciones en la Penn State University resolvieron este problema utilizando láseres para formar cristales contiguos largos dentro de un cable. Este método nos acerca un paso más a la fibra óptica semiconductora utilizable.

 

Fiber optic cable installation

Tal vez algún día pronto veamos este tipo de cable que se instala en nuestros vecindarios. Crédito editorial: Hadrian / Shutterstock.com

Aplicaciones

¿De qué sirve tener tecnología si no puedes encontrar un uso para ella y escribir sobre ella en Internet? En mi opinión, la fibra óptica semiconductora tiene dos aplicaciones interesantes, una obvia y otra no tan obvia.

La mayoría de las personas que hablan sobre esta tecnología parecen interesadas en sus aplicaciones macro. Podría revolucionar las redes, reemplazando la fibra óptica tradicional y el cobre por igual. Si bien esto es cierto, también estoy bastante interesado en sus posibles aplicaciones para líneas de transmisión a nivel de circuito. EMI es una plaga en todo tipo de PCB, especialmente cuando se trata de circuitos de señales mixtas o señales de alta velocidad. Lo que pasa con la transmisión óptica es que no irradia EMI significativa y es resistente a EMI. Así que, si tienes una línea de transmisión particularmente ruidosa en tu placa, dirígela con una fibra semiconductora. No irradiará EMI en su camino y se puede convertir en el cable sin usar chips adicionales. Esta tecnología ni siquiera se ha aplicado a su propósito principal, por lo que esto es principalmente una conjetura. Sin embargo, estate atento a las aplicaciones de nivel de placa una vez que esté disponible comercialmente.

Cuando lo descubrí por primera vez, Internet era algo maravilloso, pero ahora es un como un sombrero viejo. Afortunadamente, los investigadores están haciendo emocionantes descubrimientos ópticos para entusiasmarme. La fibra óptica nos trajo velocidad e integridad de la señal, pero su coste y complejidad han sido puntos conflictivos. Los cables de fibra óptica hechos de semiconductores podrían combinar los beneficios de los conductores eléctricos con los ópticos y generar una nueva era de comunicación. Incluso pueden reducir la EMI en tus placas.

A pesar de que las fibras semiconductoras pueden no necesitar chips de conversión en ninguno de los extremos, sus redes de transmisión ciertamente necesitarán muchas placas. Si vas a involucrarte en esa industria, necesitarás un software avanzado que pueda mantenerse actualizado. CircuitStudio® está a la vanguardia del diseño de PCB y tiene las herramientas para demostrarlo.

¿Tienes más preguntas sobre qué reemplazará la fibra óptica? Llama a un experto en Altium.

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