Acceso múltiple por división de momento angular orbital de la luz

El acceso múltiple por división de momento angular orbital de la luz —OAM por sus siglas en inglés— es un método de multiplexación de señales electromagnéticas que usa el momento angular orbital de las ondas electromagnéticas para distinguir entre las diferentes señales ortogonales.^[1]​

El momento angular orbital de la luz es una de las dos formas en las que se manifiesta el momento angular de la luz, junto con el momento angular de espín de la luz, que no debe confundirse con el primero. De este último se pueden obtener sólo dos estados cuánticos ortogonales entre sí, que se corresponden a los dos modos de polarización circular, y que se demuestra que son equivalentes a una combinación de multiplexación de polarización y desplazamiento de fase. El acceso múltiple por división de momento angular orbital de la luz puede, en teoría, hacer uso de un número ilimitado de estados cuánticos con los que poder establecer muchos canales de comunicación, con la única limitación de las técnicas ópticas.

Aunque las técnicas de acceso múltiple por división de momento angular orbital de la luz se muestran capaces de proveer una mejora significativa del ancho de banda en comparación con otras técnicas de multiplexación, se trata aún de una técnica experimental que no ha salido de los laboratorios.

Historia

El acceso múltiple por división de momento angular orbital de la luz se demostró usando rayos de luz a principios de 2004.^[2]​ Desde entonces, la actividad investigadora se ha centrado en dos áreas: transmisión con radiofrecuencias y transmisión óptica.

Radiofrecuencias

Un experimento en el 2011 demostró que se podía multiplexar señales de radio incoherentes y transmitirlas a una distancia de 442 m.^[3]​ Sin embargo, existen críticas que afirman que este método no mejora los parámetros de transmisión que se pueden lograr con los sistemas de radiofrecuencias que usen tecnologías ya existentes como el MIMO, ya que desde el punto de vista teórico las técnicas convencionales de MIMO podrían duplicar los resultados obtenidos con técnicas basadas en el OAM, por lo que no supondría una mejora significativa.^[4]​

En noviembre de 2012 se materializaron más actores que criticaron la base teórica de esta técnica, pues unos sostenían que ésta no era más que una implementación más de MIMO, mientras que otros sostenían que era un fenómeno distinto al descrito por dicha técnica.^[5]​^[6]​^[7]​

Ópticas

La multiplexación por división de momento angular orbital de la luz tendría un nicho muy importante en la comunicación óptica. En 2012, unos investigadores lograron transmisiones basadas en esta técnica con velocidades superiores a 2,5 Tbits/s usando ocho canales distintos en un rayo de luz, aunque sólo a un metro de distancia.^[1]​^[8]​ Se sigue investigando cómo aplicar esta técnica en la comunicación óptica por el espacio libre.^[9]​

El acceso múltiple por división de momento angular orbital de la luz no puede ser implementado en los sistemas de fibra óptica actuales basados en la fibra monomodo, pues no soporta distintos estados de la luz. Sería necesario el uso de fibra multimodo. Otro problema adicional para esta técnica es el que causa el acoplamiento de modos en la fibra óptica.^[10]​ Para 2012 ya era posible trasmitir estados OAM con una pureza del 97 % a 20 metros de distancia en fibras especiales.^[11]​

Demostración práctica en sistemas de fibra óptica

En el 2013, Bozinovic et. al. publicaron en la revista Science que habían logrado con éxito multiplexar señales mediante esta técnica a lo largo de 1,1 km de un canal de prueba.^[12]​^[13]​ Este sistema fue capaz de transmitir cuatro canales diferentes de información mediante el uso de una fibra óptica con un índice de refracción que provocaba un vórtice óptico. También consiguieron usar simultáneamente este tipo de multiplexación con la multiplexación por división de longitud de onda, pero usando sólo dos modos de OAM.^[13]​

Véase también

• Comunicación óptica
• Momento angular de la luz
• Momento angular orbital de la luz
• Vórtice óptico
• Acceso múltiple por división de polarización
• Multiplexación por división de longitud de onda

Referencias

1. Sebastian Anthony (25 de junio de 2012). Extremetech, ed. «Infinite-capacity wireless vortex beams carry 2.5 terabits per second». Consultado el 25 de junio de 2012. 
2. Gibson, G.; Courtial, J.; Padgett, M. J.; Vasnetsov, M.; Pas'Ko, V.; Barnett, S. M.; Franke-Arnold, S. (2004). «Free-space information transfer using light beams carrying orbital angular momentum». Optics Express 12 (22): 5448-5456. PMID 19484105. doi:10.1364/OPEX.12.005448. 
3. Tamburini, F.; Mari, E.; Sponselli, A.; Thidé, B.; Bianchini, A.; Romanato, F. (2012). «Encoding many channels on the same frequency through radio vorticity: first experimental test». New publicación of Physics 14: 033001. doi:10.1088/1367-2630/14/3/033001. 
4. Edfors, O.; Johansson, A. J. (2012). «Is Orbital Angular Momentum (OAM) Based Radio Communication an Unexploited Area?». IEEE Transactions on Antennas and Propagation 60 (2): 1126. doi:10.1109/TAP.2011.2173142. 
5. Jason Palmer (8 de noviembre de 2012). BBC News, ed. «'Twisted light' data-boosting idea sparks heated debate». Consultado el 8 de noviembre de 2012. 
6. Tamagnone, M.; Craeye, C.; Perruisseau-Carrier, J. (2012). «Comment on 'Encoding many channels on the same frequency through radio vorticity: first experimental test'». New publicación of Physics 14: 118001. doi:10.1088/1367-2630/14/11/118001. 
7. Tamburini, F.; Thidé, B.; Mari, E.; Sponselli, A.; Bianchini, A.; Romanato, F. (2012). «Reply to Comment on 'Encoding many channels on the same frequency through radio vorticity: first experimental test'». New publicación of Physics 14: 118002. doi:10.1088/1367-2630/14/11/118002. 
8. BBC News, ed. (25 de junio de 2012). «'Twisted light' carries 2.5 terabits of data per second». Consultado el 8 de marzo de 2014. 
9. Djordjevic, I. B.; Arabaci, M. (2010). «LDPC-coded orbital angular momentum (OAM) modulation for free-space optical communication». Optics Express 18 (24): 24722-24728. PMID 21164819. doi:10.1364/OE.18.024722. 
10. McGloin, D.; Simpson, N. B.; Padgett, M. J. (1998). «Transfer of orbital angular momentum from a stressed fiber-optic waveguide to a light beam». Applied optics 37 (3): 469-472. PMID 18268608. doi:10.1364/AO.37.000469. 
11. Bozinovic, Nenad; Steven Golowich; Poul Kristensen; Siddharth Ramachandran (julio de 2012). «Control of orbital angular momentum of light with optical fibers». Optics Letters 37 (13): 2451-2453. 
12. Jason Palmer (28 de junio de 2013). BBC News, ed. «'Twisted light' idea makes for terabit rates in fibre». 
13. Bozinovic, N.; Yue, Y.; Ren, Y.; Tur, M.; Kristensen, P.; Huang, H.; Willner, A. E.; Ramachandran, S. (2013). «Terabit-Scale Orbital Angular Momentum Mode Division Multiplexing in Fibers». Science 340 (6140): 1545. doi:10.1126/science.1237861. 

•   Datos: Q7100069