Telecomunicazioni ottiche: record di 26 terabit al secondo con un singolo laser

Un gruppo di ricercatori ha condotto un esperimento nel campo delle comunicazioni ottiche dimostrando la possibilità di ottenere una velocità di trasferimento dati record pari a 26 terabit al secondo. A queste velocità sarebbe possibile trasferire una mole di informazione come quella dell'intera Biblioteca del Congresso USA in appena una decina di secondi.

Negli anni recenti le tecnologie di comunicazione ottica hanno assistito a notevoli passi avanti: laddove le prime tecnologie sviluppate in questi campi prevedevano la codifica di informazioni impiegando una singola lunghezza d'onda della luce, gli approcci più recenti prevedono la codifica delle informazioni su più lunghezze d'onda della luce basandosi sulla tecnica conosciuta con il nome di "orthogonal frequency division multiplexing". In questo caso al capo ricevente una serie di oscillatori laser viene impiegata per eseguire il processo inverso e recuperare le informazioni trasportate dalle singole lunghezze d'onda.

La velocità di trasferimento dati ottenibile utilizzando questi metodi dipende sostanzialmente dal numero di laser disponibili e, per questo, si tratta di tecniche che non sono in grado di scalare in maniera opportuna in termini economici. Il professor Wolfgang Freude, coautore del documento pubblicato su Nature Photonics, commenta: "E' già stato condotto un esperimento che ha dimostrato la possibilità di ottenere comunicazioni nell'ordine dei 100 terabit al secondo, con la differenza che non è stato impiegato un singolo laser ma qualcosa come 370, una cosa estremamente dispendiosa. 370 laser occupano un rack intero e consumano svariati kilowatt di potenza".

Il professor Freude ed i colleghi hanno invece lavorato per cercare di capire come ottenere una velocità di trasferimento confrontabile impiegando un singolo laser con pulsazioni estremamente brevi. Si tratta di un laser di tipo mode-locking che pertanto è in grado di produrre uno spettro di onde elettromagnetiche chiamato "pettine di frequenze". Si tratta di un numero finito di frequenze d'onda della luce, corrispondenti quindi ad altrettanti "colori".

Qundo le pulsazioni sono condotte attraverso una fibra ottica è possibile combinare in maniera opportuna le diverse frequenze d'onda del pettine, ottenendo così fino a 325 lunghezze d'onda (e colori) differenti. Ciascuna di queste lunghezze d'onda può essere codificata con l'informazione da trasmettere. Il gruppo di ricercatori ha condotto dapprima un esperimento preliminare che ha permesso di dimostrare una trasmissione ad oltre 10 terabit al secondo impiegando un numero inferiore di lunghezze d'onda.

Utilizzando questa tecnica, tuttavia, non è possibile impiegare al capo ricevente i metodi tradizionali per la separazione delle lunghezze d'onda. Al fine di poter ricostruire i flussi di dati i ricercatori hanno sfruttato l'algoritmo della trasformata di Fourier veloce (FFT - Fast Fourier Transform) che consente di recuperare le differenti lunghezze d'onda dal raggio in input basandosi sul ritardo di ricezione di parti differenti.

Il raggio in input viene infatti diviso ed instradato in differenti percorsi che giungono a destinazione con tempi diversi, ed in seguito ricombinati su un ricettore. La ricostruzione dell'informazione è pertanto riducibile alla riorganizzazione dei dati che giungono a destinazione in momenti diversi. Il professor Freude ha dichiarato che il progetto sperimentale ha mostrato prestazioni superiori rispetto agli approcci precedenti, semplicemente continuando ad incrementare i ritardi.

Freude riconosce che l'idea è complessa, ma è anche convinto che andrà incontro ad un naturale sviluppo con il crescere della domanda per velocità di trasferimento dati sempre maggiori a guidare l'innovazione. "Penso a tutto il tremendo progresso nel campo della silicon photonics. Nessuno avrebbe mai potuto immaginare 10 anni fa che oggi sarebbe stato comune integrare circuiti ottici relativamente complessi in un chip di silicio".