Uma torção na fibra óptica cria um caminho protegido para a luz

Fibra óptica torcida

Em tecnologias maduras, como as fibras ópticas, o mais comum é que as inovações sejam incrementais, em passos muito pequenos.

Por isso, está causando sensação o que Nathan Roberts e colegas da Universidade de Bath, no Reino Unido, conseguiram fazer agora: Eles descobriram um modo – e um modo muito simples – de tornar as fibras ópticas radicalmente melhores do que as atuais.

Apenas girando a fibra óptica conforme ela é produzida, Roberts desenvolveu uma nova estrutura que mantém a luz fluindo suavemente em curvas, torções e até mesmo em partes danificadas da fibra, o que viabiliza a operação das redes de comunicações por distâncias sem precedentes, dependendo muito menos de equipamentos de amplificação.

Os pesquisadores descobriram que, mesmo usando materiais padrão da indústria é possível criar uma fibra óptica com múltiplos núcleos condutores de luz. Uma simples torção na pré-forma durante a fabricação permite formar um caminho que permanece resistente a defeitos e desordem, garantindo que a luz continue a se propagar suavemente.

Como a torção é adicionada durante as etapas normais de fabricação já utilizadas pelos fabricantes de fibra óptica, não há necessidade de nenhum processamento especial ou adicional. Ou seja, a técnica é totalmente compatível com os métodos de produção de fibra existentes, além de adicionar resistência a defeitos.

Fibra óptica topológica

O efeito de uma simples torção pode parecer quase miraculoso, mas ele se deve à topologia, uma extensão da geometria na qual dois objetos são considerados equivalentes se puderem ser continuamente deformados um no outro sem precisar cortar, furar ou rasgar.

As chamadas fases topológicas da matéria foram descobertas há apenas 15 anos, mas têm sido sugeridas aplicações suas desde a eletrônica e spintrônica até o armazenamento e manipulação de informações quânticas e a simulação de teorias exóticas da física de altas energias. Seus frutos mais conhecidos são os isolantes topológicos, materiais que apresentam várias características interessantes porque suas propriedades eletroeletrônicas são diferentes em sua superfície e em seu interior.

Proteção da topologia

A mera torção da fibra coloca a topologia a seu serviço.

Uma fibra óptica convencional usada em telecomunicações guia a luz ao longo de um núcleo de cristal, tipicamente de sílica, mas qualquer pequena imperfeição no núcleo de vidro pode dispersar a luz, fazendo com que ela escape da fibra ou seja refletida de volta, degradando ou mesmo destruindo o sinal. Adicionar mais núcleos ajuda, criando canais adicionais para transportar mais dados, mas, na prática, a luz tende a se acoplar entre núcleos vizinhos, misturando os canais, introduzindo ruído e limitando a quantidade de informação que uma fibra pode transportar de forma confiável.

A nova fibra trançada evita esses problemas. Seus múltiplos núcleos, combinados com sua torção intrínseca, criam estados especiais de luz protegidos – os tais estados topológicos – que seguem naturalmente a torção e evitam o acoplamento com outros núcleos. Quando a luz encontra uma imperfeição, ela simplesmente a contorna, em vez de se dispersar. Como resultado, a transmissão de sinal é muito mais robusta.

“Ao adicionar uma torção controlada durante a criação da fibra, conseguimos induzir um comportamento topológico que permite que a luz contorne os defeitos em vez de se dispersar por eles. É uma maneira limpa e escalável de incorporar robustez às interconexões fotônicas. Esta é a primeira demonstração de uma fibra óptica com guia de luz bidimensional topologicamente protegida. Embora tenhamos usado apenas pequenos trechos de fibra para esta demonstração, nosso trabalho mostra um caminho para a proteção de sinais em fibras ópticas produzidas em massa, que poderiam ser usadas em grandes redes de centrais de dados,” disse o professor Peter Mosley.