Materia, la web de noticias de ciencia

Lee, piensa, comparte

OPINIÓN

Los beneficios prácticos de la luz láser caótica

por Claudio R. Mirasso e Ingo Fischer


Investigadores e ingenieros llevan 25 años tratando de evitar el problema de que el láser de semiconductor emita luz irregular o caótica. Sin embargo estudios recientes demuestran que ese ‘caos’ ofrece nuevas posibilidades que permitirían resolver importantes problemas en las tecnologías de la información y las comunicaciones

Más noticias de: criptografía, física teórica, matemáticas, teoría del Caos


LEER
IMPRIMIR

Los láseres de semiconductores o diodos láser, una maravilla de la tecnología moderna, son uno de los pilares fundamentales de nuestra sociedad de la información. Están presentes en innumerables aplicaciones que incluyen las comunicaciones ópticas (telefonía, internet), el almacenamiento de datos (DVD) y videojuegos (Blu-ray), los lectores de códigos de barras o las impresoras láser, la medicina, y muchas más.

Pero muchas de las bondades de estos dispositivos pueden esfumarse en un tris. Basta que una mínima cantidad de la luz emitida vuelva al propio láser (técnicamente “feedback óptico”) o que le llegue luz de otro láser, para que, con pasmosa facilidad, la intensidad de la luz emitida comience a variar de forma irregular, caótica, casi errática: el láser emite luz compleja. Y aunque nosotros no lo notemos a simple vista, porque estos cambios de intensidad ocurren a escalas de mil-millonésimas de segundo, los efectos pueden ser devastadores en ciertas aplicaciones, por ejemplo, en los sistemas de comunicaciones ópticas. Una forma de evitarlo es utilizando una especie de válvula (técnicamente, un “aislante óptico”) que solo deja pasar la luz en una dirección y la bloquea en la contraria evitando que la luz emitida vuelva a entrar en el láser o que otros láseres le afecten. El aislante, indispensable en los módulos de comunicaciones ópticas, es uno de los componentes más caros en los sistemas emisores de luz utilizando diodos láser.

Experimento de un láser de semiconductor con feedback. A la izquierda, un espejo refleja parte de la luz que vuelve al láser para que emita luz caótica. El láser está controlado en temperatura y corriente para evitar su deterioro.Ampliar

Experimento de un láser de semiconductor con feedback. A la izquierda, un espejo refleja parte de la luz que vuelve al láser para que emita luz caótica. El láser está controlado en temperatura y corriente para evitar su deterioro. / IFISC

El origen de este comportamiento dinámico irregular de la luz láser es conocido desde hace unos 25 años y los investigadores e ingenieros no han hecho más que empeñarse en evitarlo. Pero, ¿no podemos sacar nada positivo de esta luz compleja? ¿No hay forma de que esta luz caótica sea útil para algo? En años recientes, la perspectiva de estos fenómenos experimentó un cambio trascendente. Los autores del artículo publicado el 20 de marzo de 2013 en Reviews of Modern Physics (DOI:10.1103/RevModPhys.85.421), nos muestran como este “inconveniente” de generar una luz caótica se puede convertir en una “ventaja”.

Allí se describe cómo las emisiones complejas de los láseres de semiconductor con feedback o acoplados pueden utilizarse tanto en aplicaciones convencionales como en aplicaciones novedosas. Estas últimas van desde la comunicación cifrada utilizando el caos (encriptación utilizando portadoras caóticas), el intercambio de claves en criptografía (por ejemplo, para facilitar transacciones seguras), la teledetección, la generación de números aleatorios (por ejemplo necesarios para los juegos online), y el procesamiento de información utilizando dispositivos fotónicos.

Imitando a la forma en que nuestro cerebro procesa información se obtiene un excelente rendimiento

Esta última aplicación es particularmente relevante y prometedora. En un artículo reciente publicado en la revista Nature Communications {DOI:10.1038/ncomms2368} los autores nos muestran cómo un láser de semiconductor con feedback puede realizar determinadas tareas de procesamiento de información, por ejemplo el reconocimiento de voz. Imitando a la forma en que nuestro cerebro procesa información se obtiene un excelente rendimiento, alta velocidad y bajo consumo de energía, superando a los ordenadores convencionales.

En definitiva, los emisores de luz láser caótica nos ofrecen una infraestructura tecnológica novedosa que está llamada a resolver importantes problemas en los sistemas de comunicación y en la tecnología de la información, incluyendo la privacidad, la eficiencia computacional y el consumo de energía. Este cambio de paradigma, utilizando los fenómenos complejos, puede ser relevante para la comprensión de la naturaleza y el desarrollo de nuevas tecnologías.

Referencias:
Complex photonics: Dynamics and applications of delay-coupled semiconductors lasers, M. C. Soriano, J. García-Ojalvo, C. Mirasso and I. Fischer, Rev. Mod. Phys. 85, 421 (2013).
Parallel photonic information processing at gigabyte per second data rates using transient states, D. Brunner, M.C. Soriano, C.R. Mirasso and I. Fischer, Nature Communications 4, 1364 (2013).

— Claudio R. Mirasso e Ingo Fischer, Claudio R. Mirasso es catedrático de Física de la Universidad de las Islas Baleares e investigador del Instituto de Física Interdisciplinar y Sistemas Complejos. Ingo Fischer es profesor de Investigación del Consejo Superior de Investigaciones Científicas e investigador del Instituto de Física Interdisciplinar y Sistemas Complejos.

Archivado en: criptografía, física teórica, matemáticas, teoría del Caos




COMENTARIOS