Al combinar dos láseres obtienen una señal que permite leer (e incluso espiar) a través de las paredes
Por primera vez, científicos integran transmisor y receptor de terahercios en un mismo chip semiconductor.
Durante décadas, las tecnologías de terahercios han prometido comunicaciones ultrarrápidas y nuevas formas de obtener imágenes, pero hasta ahora requieren equipo de laboratorio voluminoso. Investigadores de la Universidad de California en Los Ángeles (UCLA) mostraron cómo colocar los elementos principales de ese sistema en un único cristal semiconductor.
El rango de terahercios se sitúa entre las microondas y la radiación infrarroja. Las señales en esta parte del espectro pueden transmitir datos más rápido que las redes inalámbricas actuales, además de penetrar ciertos materiales y ayudar a inspeccionar cargamentos, verificar productos industriales y analizar la composición química. En la práctica, esta tecnología todavía es difícil de usar debido a las fuentes y receptores de radiación costosos y complejos.
Los autores emplearon pozos cuánticos, es decir, capas extremadamente finas de semiconductor que ya se usan en circuitos fotónicos. Antes se pensaba que los electrones quedaban atrapados en esas estructuras demasiado tiempo y dificultaban el funcionamiento a frecuencias de terahercios. Los científicos midieron y demostraron que las partículas abandonan los pozos cuánticos en menos de una billonésima de segundo.
Usando arseniuro de galio y arseniuro de aluminio-galio, los especialistas fabricaron fotodiodos capaces tanto de generar como de recibir señales de terahercios. Para generar radiación, el dispositivo se ilumina con dos láseres de frecuencias ligeramente diferentes. Al superponerse las ondas de luz surge una oscilación eléctrica cuya frecuencia es la diferencia entre las frecuencias de los láseres.
El prototipo funcionó en el rango de 100 a 500 GHz. Un amplificador óptico semiconductor colocado en el mismo cristal aumentó aproximadamente diez veces la eficiencia con la que se genera la señal y, al mismo tiempo, redujo la potencia requerida de los láseres.
Los desarrolladores llamaron a la plataforma Monolithically Integrated Terahertz Optoelectronics. La arquitectura permite integrar en un mismo sustrato fuentes, receptores, amplificadores, moduladores y otros componentes fotónicos. Para fabricar la plataforma sirven procesos tecnológicos que ya emplean empresas comerciales que producen circuitos fotónicos.
Por ahora el prototipo recibe luz de láseres externos; sin embargo, en el futuro los desarrolladores planean integrar láseres sintonizables directamente en el cristal. Ese enfoque permitirá crear transmisores de terahercios compactos, sistemas de obtención de imágenes, sensores químicos y dispositivos para vigilancia a distancia.
Aún es pronto para la producción en serie de la plataforma. Los especialistas deben mejorar las prestaciones de la plataforma, añadir nuevos componentes y combinar fuentes y receptores en grandes matrices. Los resultados del trabajo están publicados en la revista Nature Communications.