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May 31, 2023

A invenção que permitiu que a fibra óptica se espalhasse pelo mundo

Muitas grandes histórias do ano de 1985 tiveram seu momento ao sol e agora estão praticamente esquecidas: New Coke, “We Are the World”, a ascensão da editoração eletrônica. Mas uma invenção obscura na época

Muitas grandes histórias do ano de 1985 tiveram seu momento ao sol e agora estão praticamente esquecidas: New Coke, “We Are the World”, a ascensão da editoração eletrônica. Mas uma invenção, na altura obscura, daquele ano há muito que eclipsou as manchetes espumosas do seu tempo, porque compreende uma grande parte da infra-estrutura de comunicações que mantém unida a Internet moderna. Em 1985, o então estudante de graduação Robert Mears descreveu pela primeira vez o amplificador de fibra dopada com érbio (EDFA), um dispositivo que usa a energia de um laser para amplificar sinais que passam por uma fibra óptica quimicamente modificada. O EDFA permite que sinais ópticos cubram distâncias transcontinentais sem a necessidade de serem decodificados em bits eletrônicos. Também permite que as operadoras de telecomunicações empacotem terabits por segundo de sinais em fibras ópticas submarinas individuais. Sem ele, as telecomunicações de longa distância seriam limitadas e caras. Mears anunciou a conquista em um artigo de 1985 no Electronics Lettersjournal do IEEE. (Hoje Mears é CTO e fundador da empresa de aumento de desempenho de silício Atomera.) Em uma troca com o IEEE Spectrum, Mears discutiu o impacto de seu artigo de 1985 e como ele levou ao seu trabalho atual, um método de modificação química do crescimento de cristais de silício para melhorar a função e a confiabilidade do transistor.

IEEE Spectrum: Sobre o que é este artigo e por que você acha que ele tem sido tão influente?

Roberto Mears : O artigo descreve a primeira demonstração de ganho óptico em um amplificador de fibra óptica dopado com érbio. No artigo, demonstrei que a amplificação óptica de 30 decibéis era possível no então novo comprimento de onda de telecomunicações de 1,5 micrômetros com uma potência prática de bomba de laser de entrada na faixa de alguns miliwatts. Hoje, o amplificador é conhecido simplesmente como amplificador de fibra dopada com érbio, ou EDFA.

“O [amplificador de fibra dopada com érbio] transformou a transmissão de fibra óptica, possibilitando a Internet de banda larga.”—Robert Mears, CTO Atomera

Antes da invenção e demonstração do EDFA, os cabos transatlânticos de telecomunicações funcionavam a 140 megabits por segundo e exigiam repetidores electrónicos submarinos – sistemas que convertiam os sinais ópticos em electrónicos e vice-versa – a cada poucas dezenas de quilómetros. Ao manter o sinal óptico, múltiplas portadoras de comprimento de onda podem ser amplificadas simultaneamente, aumentando a largura de banda em mais de três ordens de grandeza. Além disso, os sinais permanecem ópticos em distâncias intercontinentais de milhares de quilómetros.

Robert Mears era um estudante de pós-graduação quando publicou o artigo que se tornaria um padrão global de comunicações de backbone da Internet.Atomera

O EDFA foi a chave para a Internet óptica e permitiu a amplificação óptica prática para redes de distribuição óptica de distâncias mais curtas e comutadores de comprimento de onda.

Você pode descrever os problemas importantes da área no momento em que escreveu este artigo e o que o levou a se concentrar nesta pesquisa específica?

Mears: Na época, houve um impulso na indústria de comunicações ópticas para aumentar a distância que um sinal óptico poderia ser transmitido antes de exigir um repetidor eletrônico. Ao mudar para a transmissão no infravermelho distante - a atenuação de fundo das flutuações de densidade é muito menor em comprimentos de onda mais longos - e ao usar técnicas sofisticadas de comunicação coerente, esperava-se estender o espaçamento entre repetidores para cerca de 200 quilômetros, permitindo que os repetidores fossem baseados em terra, em ilhas, em vez de do que submarino.

Tal transmissão, no entanto, estaria sujeita à limitação dos repetidores eletrônicos, provavelmente de alguns gigahertz no máximo.

Por outro lado, hoje em dia, graças ao EDFA, o sinal permanece óptico ao longo de vastas distâncias intercontinentais de milhares de quilómetros, e uma única fibra amplificada tem uma largura de banda superior a 1 terahertz.

Você tinha alguma ideia na época do impacto que esse trabalho teria em sua comunidade? Como foi recebido inicialmente?