Os cabos de fibra ótica constituem a espinha dorsal das comunicações modernas, transportando dados e chamadas telefônicas entre os países e sob os oceanos. Mas uma demanda cada vez maior por dados - de streaming de filmes a buscas na Internet - está pressionando essa rede, porque há limites para a quantidade de dados que podem ser transmitidos pelos cabos antes que o sinal se degrade e novos cabos sejam caros.
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Agora, uma equipe da Universidade da Califórnia, em San Diego, pode ter uma solução emprestando uma técnica usada em outros campos como uma ferramenta de medição: o pente de frequência. Esses dispositivos baseados em laser permitiram que a equipe removesse distorções que normalmente apareciam antes que o sinal chegasse ao final de um cabo. Os pesquisadores enviaram dados mais do que nunca - 7.456 milhas - sem a necessidade de aumentar o sinal ao longo do caminho.
Se a sua técnica experimental se mantiver no mundo real, os cabos de fibra óptica precisariam de menos repetidores caros para manter os sinais fortes. Além disso, uma maior estabilidade do sinal dentro de um fluxo de dados significaria que mais canais poderiam ser colocados em uma única transmissão. Neste momento, um trade-off fundamental na fibra ótica é quanto mais dados você quiser transmitir, menor a distância que você pode enviar.
Os sinais de fibra ótica são simplesmente codificados, gerados por um laser ou por um LED. Essa luz passa por cabos de vidro finos, refletindo suas superfícies internas até que ela saia pela outra extremidade. Assim como as transmissões de rádio, um feixe de laser terá uma certa largura de banda, ou faixa de freqüências, cobre, e um cabo de fibra ótica típico pode transportar mais de um canal de largura de banda.
Mas os sinais não podem viajar para sempre e ainda serem decodificados devido aos chamados efeitos não-lineares, especificamente o efeito Kerr. Para que as fibras ópticas funcionem, a luz dentro da fibra tem que refratar, ou dobrar, uma certa quantidade enquanto viaja. Mas os campos elétricos alteram a quantidade de vidro que se dobra, e a própria luz gera um pequeno campo elétrico. A mudança na refração significa que há pequenas mudanças no comprimento de onda do sinal transmitido. Além disso, existem pequenas irregularidades no vidro da fibra, que não é um refletor absolutamente perfeito.
As pequenas mudanças de comprimento de onda, chamadas de jitter, se somam e causam interferência entre os canais. O jitter parece aleatório porque uma transmissão de fibra óptica transporta dezenas de canais, e o efeito em cada canal é um pouco diferente. Como o efeito de Kerr é não-linear, matematicamente falando, se houver mais de um canal, você não pode simplesmente subtraí-lo - o cálculo é muito mais complexo e quase impossível para o equipamento de processamento de sinal de hoje. Isso torna o nervosismo difícil de prever e corrigir.
"Percebemos que a imprecisão, sempre tão leve, faz com que a coisa toda apareça como se não fosse determinista", diz Nikola Alic, pesquisador do Instituto Qualcomm da UCSD e um dos líderes do trabalho experimental.
Na atual configuração de fibra ótica, as freqüências de canal precisam estar longe o suficiente para que o jitter e outros efeitos de ruído não os façam se sobreporem. Além disso, como o jitter aumenta com a distância, adicionar mais potência ao sinal só amplifica o ruído. A única maneira de lidar com isso é colocar dispositivos caros chamados repetidores no cabo para regenerar o sinal e limpar o ruído - um cabo transatlântico típico tem repetidores instalados a cada 600 milhas ou mais, disse Alic, e você precisa de um para cada canal .
Os pesquisadores da UCSD se perguntaram se poderiam encontrar uma maneira de tornar o jitter menos aleatório. Se eles soubessem exatamente o quanto o comprimento de onda da luz em cada canal mudaria, eles poderiam compensá-lo quando o sinal chegasse a um receptor. É aí que entra o pente de freqüência. Alic diz que a ideia surgiu depois de anos trabalhando em campos relacionados com a luz. "Foi uma espécie de momento de clareza", diz ele. Um pente de frequência é um dispositivo que gera luz laser em muitos comprimentos de onda muito específicos. A saída parece um pente, com cada "dente" em uma determinada freqüência e cada freqüência um múltiplo exato dos adjacentes. Os pentes são usados na construção de relógios atômicos, na astronomia e até mesmo em pesquisas médicas.
Alic e seus colegas decidiram descobrir o que aconteceria se usassem um pente de frequência para calibrar os sinais de fibra ótica que saíam. Ele compara isso a um maestro afinando uma orquestra. “Pense no maestro usando um diapasão para dizer a todos o que é o meio A”, diz ele. A equipe construiu sistemas de fibra ótica simplificados com três e cinco canais. Quando eles usaram o pente para calibrar os comprimentos de onda do sinal de saída, eles ainda encontravam tremulação, mas desta vez, todos os canais estavam oscilando da mesma maneira. Essa regularidade permitiu que o sinal fosse decodificado e enviado a uma distância recorde sem repetidores. "Isso torna o processo determinístico", diz Alic, cuja equipe relata os resultados desta semana na Science .
Sethumadhavan Chandrasekhar, distinto membro da equipe técnica da Alcatel-Lucent, empresa global de telecomunicações, é um dos muitos cientistas que têm trabalhado no problema do jitter de fibra óptica há vários anos. Seu trabalho publicado envolve a transmissão de sinais conjugados de fase - dois sinais que estão exatamente 180 graus fora de fase um com o outro. Essa configuração significa que qualquer um dos efeitos não lineares que causam ruído seria cancelado.
O trabalho da UCSD é importante, mas ainda não é uma solução completa, diz Chandrasekhar. "O que falta é que a maioria dos sistemas agora tem polarização dupla", diz ele, o que significa que os sistemas aumentam a capacidade enviando sinais luminosos que são polarizados de maneira diferente. "A maioria dos sistemas hoje transmite informações nos dois estados de polarização da luz, e a equipe da UCSD precisa demonstrar que sua técnica também funciona nesse cenário de transmissão", diz ele.
Alic diz que o próximo conjunto de experimentos da equipe abordará esse mesmo problema. Até agora, eles acham que essa técnica pode ser adaptada para uso no mundo real, embora seja necessário construir e implantar novo hardware, o que levará tempo. De qualquer forma, aumentar o alcance dos sinais permitirá um desenvolvimento muito mais agressivo, gerando mais dados e mais distância sem preocupações com a perda de sinal. "Não há motivo para ter mais medo", diz ele.
