A
tecnologia atualmente utilizada nas redes de comunicação óptica
não dará conta de atender à expansão da internet, dos
dispositivos móveis, da TV de alta definição e das demandas das
telecomunicações nos próximos 20 anos.
Será
necessário multiplicar a capacidade atual de operação - de um
terabyte por segundo - por um fator entre 100 e 1.000 para atender a
um número cada vez maior de usuários - que representará quase
metade da população mundial já em 2017 - e ao tráfego corporativo
global.
A
busca de soluções para isso mobiliza empresas e instituições de
pesquisas - entre elas, o Centro de Pesquisa em Óptica e Fotônica
(CePOF).
"Fazemos
todos os tipos de estudos com comunicações ópticas, desde
caracterizar fibras até testar os sistemas mais avançados, com
equipamentos de primeiro mundo", resume Hugo Fragnito,
coordenador do CePOF, que tem sede na Universidade Estadual de
Campinas (Unicamp).
Amplificadores
paramétricos de fibra óptica
O
CePOF ganhou posição de liderança na corrida mundial de pesquisas
relacionadas à tecnologia de amplificadores paramétricos de fibra
óptica (Fopa, do inglês Fiber Optic Parametric Amplifier).
Os
amplificadores têm a função de manter a potência do sinal de luz
que percorre o interior das fibras ao longo do percurso e, no caso
dos amplificadores paramétricos, poderão ser a resposta ao desafio
de ampliar a largura da banda e, consequentemente, o tráfego na
rede.
"Conseguimos
um recorde: já atingimos uma largura de banda de 115 nanômetros [um
nanômetro equivale a um milionésimo do milímetro]", explica
Hugo.
Foi,
de fato, um grande feito.
Os
sistemas disponíveis garantem uma largura máxima de banda de 30
nanômetros na região das comunicações ópticas, podendo comportar
até 80 lasers - o que limita a transmissão a uns poucos terabytes
por segundo.
Quanto
maior a largura da banda, maior o número de lasers colocados numa
única fibra e maior a capacidade de tráfego. De acordo com Hugo,
"utilizando os Fopas, será possível transmitir dez vezes
mais".
Érbio
A
operação comercial dos amplificadores paramétricos promete
promover uma nova revolução na comunicação óptica, comparável à
tecnologia de fibras ópticas dopadas com érbio, adotada em meados
dos anos 1990.
"O
érbio viabilizou a internet", enfatiza Hugo.
Antes
do érbio, ele conta, a comunicação entre São Paulo e Campinas por
meio de fibra óptica, por exemplo, funcionava com capacidade máxima
de 1 gigabyte por segundo. Em cada fibra, um laser. Se a demanda
crescesse, era necessário instalar mais fibras. E, a cada 20
quilômetros, era preciso colocar um repetidor de circuito eletrônico
para que a luz continuasse a sua viagem. Além de caro, o sistema era
lento.
O
érbio, elemento químico do grupo terras raras, tem a propriedade de
emitir fótons que aumentam a intensidade da luz e, com a tecnologia
WDM, possibilita que uma mesma fibra se transforme numa espécie de
ramalhete de lasers operando em frequências diferentes e com sinais
mais intensos.
Tal
tecnologia viabilizou os serviços de banda larga e permitiu
substituir repetidores por amplificadores, instalados a cada 50
quilômetros ao longo do percurso da fibra, acelerando o tráfego de
dados.
Vidro
telurito
Ante
o risco de congestionamento na rede, no entanto, há que se garantir
mais eficiência não apenas para os amplificadores, mas para todos
os componentes da rede óptica, inclusive para as fibras.
As
fibras ópticas são fabricadas com sílica, um óxido abundante e
barato. O problema é que um amplificador óptico carrega de 20 a 30
metros de fibras de sílica enroladas, o que aumenta as dimensões do
equipamento.
O óxido de telúrio está presente na emergente tecnologia dos vídeos holográficos. [Imagem: Daniel Smalley]
Os
pesquisadores do CePOF investigam alternativas para esse material e
têm conseguido resultados interessantes substituindo a sílica por
óxido de telúrio -
tecnologia já patenteada pela equipe.
"A
vantagem é que o telurito permite dissolver o érbio em concentração
70 vezes maior do que a sílica", compara Hugo. Quanto mais
érbio, mais fótons e mais luz.
Com
o telurito, talvez seja possível reduzir o comprimento e o volume
das fibras e, consequentemente, a dimensão dos amplificadores. "A
palavra de ordem é miniaturizar, reduzir de 20 metros para
centímetros", ele diz.
Miniaturização
Ainda
há problemas a serem solucionados antes de levar os Fopas ao
mercado. O primeiro é controlar a dispersão da luz na fibra óptica,
decorrente de variações de diâmetro ao longo do percurso e que
pode comprometer os ganhos da nova tecnologia, já que limita a
eficiência dos Fopas. "Estamos estudando como desenvolver
fibras e guias de onda extremamente uniformes, de forma a reduzir a
dispersão ao longo da fibra", afirma Hugo.
O
segundo problema, ainda sem solução, é a dimensão dos
equipamentos, levando-se em conta que, no mundo da alta tecnologia,
espaço é custo. O ideal seria colocar "tudo dentro de um
chip", diz Hugo. "A óptica integrada foi impulsionada pela
necessidade da indústria microeletrônica em vencer os limites de
espaço físico, aumentando as taxas de desempenho. Hoje, estamos
apostando na miniaturização de componentes de fibras ópticas - ou
seja, em fazer tudo menor e mais barato."
O
CePOF criou uma infraestrutura de ponta para a fabricação de
dispositivos de óptica integrada a base de silício e outros
materiais semicondutores. Essa tecnologia permitirá integrar dezenas
de lasers, filtros, detectores e outros dispositivos fotônicos
interconectados por guias de onda de dimensões nanométricas, tudo
em um único chip do tamanho de uma moeda de R$ 0,25.
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